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Interstellar Boundary Explorer

Raumsonde zur Erforschung des Termination Shock

Interstellar Boundary Explorer (IBEX; deutsch Interstellare-Grenzschichten-Erforscher) ist ein NASA-Forschungssatellit zur Erforschung der Wechselwirkung des Sonnenwindes mit dem interstellaren Medium.[2] Er registriert und kartiert energiereiche elektrisch neutrale Atome (ENA), die in der Heliohülle, dem äußeren Bereich der Heliosphäre, erzeugt werden. Die IBEX-Mission wird im Rahmen des Small-Explorer-Programms durchgeführt. Nach dem erfolgreichen Start hat der Satellit die zusätzliche Bezeichnung Explorer 91 erhalten.

IBEX (Explorer 91)
IBEX (Explorer 91)
Typ: Forschungssatellit
Land: Vereinigte Staaten Vereinigte Staaten
Betreiber: NASA
COSPAR-ID: 2008-051A
Missionsdaten
Masse: 107 kg
Start: 19. Oktober 2008, 17:48 UTC
Trägerrakete: Pegasus-XL
Status: in Betrieb
Bahndaten
Umlaufzeit: 9,1 Tage[1]
Bahnneigung: 28,1°
Apogäumshöhe:  307.961 km
Perigäumshöhe:  47.016 km

Mission

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Aufbau der Heliosphäre und der Grenzschichten zum interstellaren Medium. (In dieser NASA-Grafik aus dem Jahr 2008 ist noch der damals vermutete Bow Shock eingetragen.)

Die bis dahin einzigen Messungen aus dem äußeren Sonnensystem stammten von den Raumsonden Pioneer 10 und 11 sowie Voyager 1 und 2. Am wichtigsten waren dabei die Daten der Voyager-Sonden, da zu ihnen noch Kontakt bestand, als sie die Randstoßwelle (termination shock) durchquerten und die Heliohülle erreichten.[3] IBEX führt im Gegensatz zu ihnen keine In-situ-Messungen durch, sondern bleibt in einer Erdumlaufbahn.

 
Pegasus-XL-Trägerrakete vor dem Start

IBEX wurde von einer flugzeuggestützten Pegasus-XL-Rakete mit zusätzlicher Star-27H-Oberstufe ins All gebracht. Der Startplatz des Trägerflugzeug des Typs L-1011 war das Kwajalein-Atoll im Pazifik. Die L-1011 mit dem Namen „Stargazer“ hob am 19. Oktober 2008 um 16:51 UTC von der Kwajalein Missile Range zu einem Nachtstart ab, nach Ortszeit war es 3:51 Uhr am 20. Oktober. Der Abwurf erfolgte um 17:48 UTC aus 39.000 ft (ca. 11.900 m) Höhe in der Kwajalein Drop Zone nördlich des Atolls[4] bei etwa 167,6° Ost, 10,5° Nord[5]

Der hoch exzentrische Orbit hatte direkt nach dem Start eine Bahnneigung von 11,3°, ein Perigäum von 226 km und ein Apogäum von 250.300 km bei einer Umlaufzeit von 7.921 Minuten.[6] IBEX vergrößerte die Bahnhöhe und insbesondere das Perigäum in den ersten 45 Tagen der Mission mit Hilfe seines eigenen Triebwerks, um schließlich einen Orbit mit einem Perigäum von 7000 km und einem Apogäum von ca. 50 Erdradien (ca. 317.850 km) und einer Periode von etwa 8 Tagen zu erreichen.[7] Im November 2011 wurde die Umlaufbahn erneut geändert. Die Umlaufdauer wurde auf 9,1 Tage justiert, was genau einem Drittel eines siderischen Monats entspricht. Damit ist die Bewegung von IBEX mit der des Mondes synchronisiert, wobei darauf geachtet wurde, dass IBEX dem Mond nie besonders nahekommt. Dadurch lassen sich Gravitationseinflüsse und somit notwendige Bahnkorrekturen vermeiden.[8]

Aufbau

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Basis

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Der nur 107 kg schwere Satellit ist auf einer oktogonalen Struktur aufgebaut, die von den Orbcomm-Kommunikationssatelliten abgeleitet ist. Hersteller ist die Orbital Sciences Corporation. Der Satellit ist spinstabilisiert, wobei die Rotationsachse stets auf die Sonne ausgerichtet wird. IBEX besitzt ein Hydrazin-Antriebssystem, das dazu dient, nach dem Start das Perigäum auf 7000 km anzuheben.

Instrumente

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An Bord von IBEX befinden sich lediglich zwei einfach aufgebaute Ein-Pixel-Sensoren. Jeweils eines der senkrecht zur Rotationsachse des Satelliten angebrachten Instrumente dient der Registrierung von hoch- und niederenergetischen elektrisch neutralen Partikeln (IBEX-Hi und IBEX-Lo). Diese sind an jeweils gegenüberliegenden Seiten des Satelliten angebracht[9][10]. Beide Sensoren werden von einer gemeinsamen Elektronik ausgelesen. Durch die Rotation des Satelliten und der Rotation der stets auf die Sonne ausgerichteten Rotationsachse im Laufe eines Jahres wird der gesamte Himmelsbereich durch die Detektoren erfasst und kartiert.

Forschungsergebnisse

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Winkelverteilung elektrisch neutraler Atome (ENA), gemessen von IBEX. Aus dem bandförmigen Winkelbereich kommen deutlich mehr ENA.

Nach Untersuchungen von Daten der Voyagersonden und IBEX (2012) bewegt sich die Sonne so langsam durch das interstellare Gas, dass es keine Bugstoßwelle (Bow Shock) gibt.[11] Dabei wurden auch erstmals Indizien für einen „Schweif“ der Heliosphäre unseres Sonnensystems gefunden.[12] Kombinierte Langzeitmessungen mit den Raumsonden Voyager 1 und 2, Cassini und IBEX legten 2017 jedoch nahe, dass die Heliosphäre eher kugelförmig ist.[13]

Unerwartet war die Entdeckung, dass die neutralen Teilchen in erhöhtem Maße aus einem bandförmigen Raumwinkelbereich kamen. Diese Bandstruktur soll von der Umströmung der Heliosphäre im interstellaren Magnetfeld herrühren.[14]

2016 beobachtete IBEX die Auswirkungen einer erhöhten Sonnenaktivität: In der zweiten Jahreshälfte 2014 hatten sich Dichte und Geschwindigkeit des Sonnenwindes erhöht, wodurch sein Druck um 50 % zunahm. Zwei Jahre später detektierte IBEX Sonnenwindteilchen, die den Rand der Heliosphäre erreicht hatten und von dort als neutrale Atome zurückgestreut worden waren.[15]

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Commons: IBEX – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑ Bahndaten nach Chris Peat: IBEX - Orbit. In: Heavens Above. 1. September 2012, abgerufen am 8. Oktober 2012 (englisch).
  2. ↑ NASA: IBEX Mission Pages. Abgerufen am 2. April 2018 (englisch). Mission Statement: The Interstellar Boundary Explorer (IBEX) mission science objective is to discover the nature of the interactions between the solar wind and the interstellar medium at the edge of our solar system.
  3. ↑ If we could see Our Heliosphere, What would our Home in the Galaxy look like? IBEX Science Overview
  4. ↑ Steve Siceloff: NASA's IBEX Launch Blog. NASA, 19. Oktober 2008, abgerufen am 8. Oktober 2012 (englisch).
  5. ↑ Jonathan McDowell: Jonathan’s Space Report No. 602. 26. Oktober 2008, abgerufen am 8. Oktober 2012 (englisch).
  6. ↑ Space 40: 2008-051A - IBEX
  7. ↑ Southwest Research Institute − Launch. In: swri.org. Archiviert vom Original am 18. Mai 2014; abgerufen am 8. Oktober 2012.
  8. ↑ Dave McComas: November 2011: IBEX Orbit - Raising Maneuver. NASA, November 2011, archiviert vom Original am 29. September 2014; abgerufen am 8. Oktober 2012 (englisch).
  9. ↑ Graphics. In: swri.edu. Archiviert vom Original am 31. Oktober 2013; abgerufen am 20. Januar 2018.
  10. ↑ Pictures. In: swri.edu. Archiviert vom Original am 31. Oktober 2013; abgerufen am 20. Januar 2018.
  11. ↑ Benjamin Knispel: Heliosphäre, Die Entdeckung der Langsamkeit. In: ASTROnews, 11. Mai 2012; abgerufen am 16. Mai 2012.
  12. ↑ NASA weist den Schweif unseres Sonnensystems nach. heise.de, 12. Juli 2013 14:00
  13. ↑ Sarah Frazier: NASA’s Cassini, Voyager Missions Suggest New Picture of Sun’s Interaction with Galaxy. In: NASA.gov. 24. April 2017, abgerufen am 21. September 2017 (englisch).
  14. ↑ Sarah Frazier: NASA’s IBEX Observations Pin Down Interstellar Magnetic Field. In: NASA.gov. 26. Februar 2016, abgerufen am 1. April 2018 (englisch).
  15. ↑ Miles Hatfield: As Solar Wind Blows, Our Heliosphere Balloons. In: NASA.gov. 6. Juni 2018, abgerufen am 20. September 2018 (englisch).
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