PROJEKTÜBERBLICK

 

Kurzfassung

ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) soll wichtige Fragen in Bezug auf die Hauptziele der Rosetta Kometenmission beantworten. Um diese schwierigen Ziele zu erreichen hat ROSINA Fähigkeiten, die weit über bisherige Massenspektrometer im Weltraum hinaus gehen. Dazu gehören eine sehr grosse Massenauflösung (Unterscheidung von CO von N2 und 13C von CH), einen sehr grossen Massenbereich (von 1 atomaren Masseneinheit bis mehr als 300 atomaren Masseneinheiten); einen hohen dynamischen Bereich und eine hervorragende Empfindlichkeit. Zusätzlich kann ROSINA die Gasgeschwindigkeit und Gastemperatur des Kometen bestimmen.

Einführung

Die internationale Kometen Rendez-vous Mission Rosetta bietet eine einmalige Gelegenheit eine detaillierte Untersuchung eines primitiven Körpers unseres Sonnensystems zu machen. Als Teil der Kern-Nutzlast für diese Mission wird ROSINA (das Rosetta Orbiter Spektrometer für Ionen und Neutralgas Analyse) wichtige Fragen in Bezug auf die Hauptziele der Mission beantworten. Die Hauptmessziele des Spektrometers sind: Bestimmung der elementaren, isotopischen und molekularen Zusammensetzung der Atmosphäre und Ionosphäre des Kometen sowie der Temperatur und Geschwindigkeit des Gases; die Untersuchung der homogenen und inhomogenen Reaktionen der Gasmoleküle und der Ionen in der staubigen Kometenatmosphäre und -Ionosphäre. Durch die Bestimmung der Zusammensetzung der Atmosphäre und Ionosphäre des Kometen, können folgende wissenschaftliche Hauptziele erreicht werden, die durch das wissenschaftliche Definitionsteam von Rosetta bestimmt worden sind:

  • Bestimmung der globalen molekularen, elementaren und isotopischen Zusammensetzung und des physikalischen, chemischen und morphologischen Charakters des Kometennukleus.
  • Bestimmung der Prozesse, die die staubige Kometenatmosphäre und Ionosphäre formen und Charakterisierung der Koma-Dynamik als Funktion der Zeit, der heliozentrischen Distanz und der kometozentrischen Position.
  • Untersuchen des Ursprungs von Kometen, der Beziehung zwischen kometärem und interstellarem Material und der daraus zu ziehenden Schlüsse auf den Ursprung des Sonnensystems.
  • Untersuchen des möglichen Ausgasens von Asteroiden und Darlegen von möglichen Beziehungen zwischen Asteroiden und Kometen.

Um diese sehr schwierigen Ziele zu erreichen hat ROSINA Fähigkeiten, die diejenigen bisheriger Massenspektrometer im Weltall bei weitem übersteigen: 

  1.  sehr hoher Massenbereich von 1 atomaren Masseneinheit (amu) (Wassserstoff) zu mehr als 300 amu (organische Moleküle).
  2. sehr hohe Massenauflösung (Fähigkeit CO von N2 und 13C von 12CH zu unterscheiden).
  3. sehr breiten dynamischen Bereich und hohe Empfindlichkeit,  um für sehr grosse Bereiche von Ionen und Gaskonzentrationen zu funktionieren und um den grossen Änderungen bei Ionen und Gasfluss gerecht zu werden, wenn sich der Komet der Sonne nähert.
  4. die Fähigkeit, die Geschwindigkeit und die Temperatur des ausströmenden Kometengases zu bestimmen.

Gleichzeitige Studien mit optischen Beobachtungen, mit, z. B. den Staub-instrumenten, dem Magnetometer und dem Lander werden den wissenschaftlichen Wert von ROSINA zusätzlich erhlöhen. Die Notwendigkeit für die aussergewöhnlich hohen Ansprüche an die Leistungsfähigkeit von ROSINA kommt von der Tatsache, dass dies eines der Schlüsselexperimente ist, welches bedeutungsvolle Daten über die ganze Missionsdauern liefern kann und durch das Verfolgen und Charakterisieren der verschiedenen Phasen der Kometenaktivität vom Aphel bis zum Perihel werden wir ein ganzheitliches Bild der Funktion eines Kometen erhalten.

Instrumenten - Anforderung

Bis jetzt ist allerdings kein Instrument in der Lage, all diese Antworten gleichzeitig zu geben. Wir haben deshalb eine Drei-Sensoren Lösung gewählt. Jeder Sensor ist für einen Teil der wissenschaftlichen Fragestellung optimiert und komplementiert gleichzeitig aber die andern beiden Sensoren. In Hinsicht auf die sehr lange Missionsdauer ergibt das auch die notwendige Redundanz. Sensor I (DFMS) ist ein doppel-fokussierendes magnetisches Massenspektrometer mit einerm Massenbereich von 12-150 amu und einer Massenauflösung von 3000 auf dem 1% Niveau (9000 bei FWHM).  Dieser Sensor ist optimiert für eine sehr hohe Massenauflösung und einen hohen dynamischen Bereich. Sensor II (RTOF) ist ein Reflektron-Typ Flugzeitmassenspektrometer mit einem Massenbereich von 1 bis 300 amu und einer hohen Empfindlichkeit. Die Massenauflösung ist grösser als 500 bei 1% Peakhöhe. Dieser Sensor ist für hohe Empfindlichkeit optimiert über einen sehr grossen Massenbereich. Sensor III (COPS) besteht aus zwei Druckmessröhren, die die Totaldichte und den Staudruck des Gases messen.

Eine komplette Beschreibung von ROSINA finden Sie in:

 Balsiger et al., 2007, ROSINA—Rosetta orbiter spectrometer for ion and neutral analysis, Space Science reviews, 128, 745-801.