Die ULYSSES Mission

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Abbildung 1: Schnitt durch Ulysses mit Angabe der Instrumente

Die ULYSSES-Mission

ULYSSES ist eine ESA/NASA-kooperative Wissenschafts-Mission. Die Raumsonde wurde von der Firma Dornier in Friedrichshafen gebaut. Start der Mission war der 06. 10. 1990. Die Mission: Flug zum Jupiter in Ekliptik, Jupitervorbeiflug (Encounter) am 05. 02. 1992, Drehung der Umlaufbahn-Ebene durch Jupiter Gravitation um ca. 80 Grad, 1. Umlauf auf nahezu polarer Sonnenbahn bis Februar 1998, 2. Umlauf bis Februar 2004, 3. Umlauf nur noch teilweise beobachtbar. Die Mission wird wahrscheinlich dieses Jahr enden.

Die wissenschaftlichen Ziele und Ergebnisse

Mission zu den Polen der Sonne: 3-D-Struktur und Dynamik der Heliosphere
Die Sonne ist das Zentralgestirn unseres Planetensystems. Aus ihrer Atmosphäre werden in jeder Sekunde eine Millionen Tonnen heißes Plasma (ionisiertes Wasserstoff- und Heliumgas) mit Geschwindigkeiten von 300 – 800 km/s in den interplanetaren Raum hinausgeschleudert. Dieser Plasmastrom wird als Sonnenwind bezeichnet. Mit ihm werden auch Magnetfeldlinien der Sonne hinausgetragen. Da die Sonne mit einer Periode von 27 Tagen rotiert, verbiegen sich die Magnetfeldlinien im interplanetaren Raum zu Archimedes-Spiralen. Energiereiche Teilchen bewegen sich spiralförmig an den Magnetfeldlinien entlang. Magnetfeldlinien sind deshalb das wichtigste Strukturelement der Heliosphäre. Man kann sie als die langen Arme der Sonne auffassen, mit denen sie ihre Herrschaft über Entfernungen bis zu mindestens 130 Milliarden km ausübt.Die Sonne ist örtlich und zeitlich extrem variabel. Sonnenflecken, koronale Löcher und der 11-Jahresgang der Sonnenaktivität, (der eigentlich 22 Jahre dauert,) sind die bekanntesten variablen Erscheinungen der Sonnen, die sie auch der Heliosphäre aufprägen.

Die Sonnen-Korona: Bindeglied zwischen Sonne und Heliosphäre
Die Korona ist die äußere Atmosphäre der Sonne. Sie wird auf bis zu mehreren Millionen Kelvin aufgeheizt und ist äußerst turbulent. Bei totalen Sonnenfinsternissen und mit Koronographen, Teleskopen, in denen die Sonnenscheibe abgedeckt wird, ist sie beobachtbar. Von ihr geht der Sonnenwind aus, der lokale und momentane Eigenschaften der Korona mit in den interplanetaren Raum hinaus transportiert.
Die Korona ist direkt nicht von ULYSSES beobachtbar. Rückschlüsse auf die Korona sind aber aus den In-Situ-Messungen möglich. Die besten Koronamessungen liefert momentan SOHO.

Sonnenwind und energetische Teilchen: Beschleunigung und Ausbreitung
Sonnenwind, suprathermische und energiereiche Teilchen werden in der Korona der Sonne beschleunigt. Ihre Zusammensetzung kann Aufschluss geben über die Element- und Isotopen-Häufigkeiten sowie über Temperaturen in der Korona. Der Ursprungsort der Teilchen lässt sich aus den Informationen über die interplanetaren Magnetfelder sowie über die Sonnenwind-Geschwindigkeiten berechnen.

Jupiter: Ein rebellischer Planet, gefährlich, aber faszinierend
Jupiter besitzt wie die Erde ein starkes Magnetfeld und eine Magnetosphäre, in der geladene Teilchen beschleunigt und zeitweise gefangen gehalten werden. Die Elektronen-Intensität im Jupiter-Strahlungsgürtel ist als höchste im Sonnensystem um Größenordnungen höher als bei der Erde. Jupiter rotiert so schnell, dass der Jupiter-Tag nur 10 Stunden dauert. Dadurch ist die Jupitermagnetosphäre permanent Umstrukturierungen unterworfen und sehr aktiv. Die Jupitermagnetosphäre ist eine starke Quelle für energiereiche Elektronen im Sonnensystem. Immer, wenn Elektronen aus der Jupitermagnetosphäre entlang der interplanetaren Magnetfeldlinie Ulysses erreichen können, wird eine erhöhte Elektronenintensität gemessen. Schon im Abstand von einigen 150 Mio. km (1 AU) werden solche Anstiege beobachtet. Mit Annäherung an Jupiter steigt die Intensität um mehr als das Zehnfache an. Beim Eintauchen von Ulysses in die Jupiter-Magnetosphäre steigt die Elektronen-Intensität sprunghaft auf das Tausendfache an und steigt weiter zu sehr hohen Teilchendichte in der inneren Jupitermagnetosphäre bei der höchsten Annäherung von 6 Jupiter-Radien. Beim Austritt wird Ulysses von der variablen Magnetosphäre mehrfach wieder eingeholt, bis die Intensität endgültig auf interplanetare Werte zurückgeht. Beobachtet wird eine zeitliche Variation der Elektronenmesswerte mit einer Periode der Rotationsdauer von Jupiter, die als Jupiter-Uhr bezeichnet wird., Seit ihrer Entdeckung im Jahre 1973 ist sie bemerkenswert konstant geblieben. Nach 16 058 Jupiterumdrehungen betrug die Abweichung der ULYSSES-Beobachtung weniger als 30 Minuten. Nach 12 Jahren war ULYSSES am 5. Februar 2004 wieder in der Nähe von Jupiter, wenn auch im relativ großen Abstand von 0,8 AU (120 Mio km) und wie erwartet wurden Jupiter-Elektronen wieder beobachtet.

Die Kieler Instrumente an Bord von Ulysses

Kieler Elektronen-Teleskop (KET)
Teilchensensor aus Halbleiter-, Cherenkov-Detektoren und Szintillatoren
Energiebereiche: 2,50 MeV - > 6000 MeV
Elektronen und 5 MeV/n – > 2000 MeV/n H und He

Solar Wind Ion Composition Spectrometer
Datenanalyse und –Interpretation in Zusammenarbeit mit University of Maryland, USA.