Japan hat den SLIM-Mondlander und das XRISM-Teleskop erfolgreich gestartet

Am Donnerstagmorgen schoss in Japan ein busgroßes Teleskop mit Röntgensicht ins All.

Er war nicht allein. Mit dabei war ein Roboter-Mondlander in der Größe eines kleinen Imbisswagens. Die beiden Missionen – XRISM und SLIM – werden sich bald trennen. Die eine soll einige der heißesten Orte unseres Universums ausspionieren, die andere soll der japanischen Raumfahrtbehörde JAXA dabei helfen, Technologien zu testen, die auf groß angelegten Mondmissionen eingesetzt werden sollen Missionen. Landung in der Zukunft.

Der Start vor der Küste von Tanegashima, einer Insel im südlichen Teil des japanischen Archipels, war spektakulär, als die japanische H-IIA-Rakete über den abgelegenen Startplatz flog und im blauen, von einigen Wolken bedeckten Himmel verschwand. Ungefähr 47 Minuten nach Beginn des Fluges traten die Startbeamten in einer Live-Videoübertragung auf und feierten in der Missionskontrolle, wie die Raumsonden XRISM und SLIM auf ihre unterschiedlichen kosmischen Ziele zusteuerten.

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Die Die Aufgabe der Röntgenbildgebung und Spektroskopie – kurz XRISM (ausgesprochen wie „chrism“) – ist der Hauptpassagier beim Start. Von einer Umlaufbahn 350 Meilen über der Erde aus wird XRISM die exotischen Umgebungen untersuchen, die Röntgenstrahlung aussenden, einschließlich der Akkretion von Material, das Schwarze Löcher umkreist, des brennenden Plasmas, das Galaxienhaufen durchdringt, und der Überreste massiver explodierender Sterne.

Die Daten des Teleskops werden Aufschluss über die Bewegung und Chemie dieser kosmischen Orte geben. Dabei kommt eine Technik namens Spektroskopie zum Einsatz, die auf Veränderungen der Helligkeit von Quellen bei unterschiedlichen Wellenlängen beruht, um Informationen über deren Zusammensetzung zu gewinnen. Diese Technologie ermöglicht Wissenschaftlern einen Einblick in einige der Phänomene höherer Energie im Universum und wird zu dem von Astronomen gezeichneten Gesamtbild des Universums mit mehreren Wellenlängen beitragen.

Makoto Tashiro, der leitende Forscher des Teleskops und Astrophysiker bei der Japan Aerospace Exploration Agency, schrieb in einer E-Mail, dass die XRISM-Spektroskopie „Energieflüsse zwischen Himmelskörpern verschiedener Größenordnungen“ mit beispielloser Genauigkeit aufdecken wird.

Die japanische Raumfahrtbehörde leitet die Mission in Zusammenarbeit mit der NASA. Die Europäische Weltraumorganisation hat zum Bau des Teleskops beigetragen, was bedeutet, dass ein Teil der Beobachtungszeit des Teleskops Astronomen aus Europa zur Verfügung gestellt wird.

XRISM ist eine Rekonstruktion der Hitomi-Mission, einer Raumsonde der Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA), die 2016 gestartet wurde. Das Hitomi-Teleskop geriet bereits Wochen nach Beginn seiner Mission außer Kontrolle und Japan verlor den Kontakt mit der Raumsonde.

Brian J. sagte: „Es war ein verheerender Verlust“, sagte Williams, ein Astrophysiker am Goddard Space Flight Center der NASA, der zum Hitomi-Team gehörte und jetzt Wissenschaftler am XRISM-Projekt ist. Die wenigen von Hitomi gesammelten Daten waren ein verlockender Vorgeschmack darauf, was eine Mission wie diese bieten könnte.

„Wir wussten, dass wir diese Mission wirklich noch einmal aufbauen mussten, denn dies ist die Zukunft der Röntgenastronomie“, sagte Dr. Williams.

Im Gegensatz zu anderen Lichtwellenlängen kann kosmische Röntgenstrahlung nur oberhalb der Erdatmosphäre erfasst werden, was uns vor schädlicher Strahlung schützt. XRISM wird sich der großen Zahl anderer Röntgenteleskope anschließen, die sich bereits im Orbit befinden, darunter Das Chandra-Röntgenobservatorium der NASAdas 1999 gestartet wurde, und der X-ray Polarimetry Explorer der NASA, der 2021 der Gruppe beitrat.

Was XRISM von diesen Aufgaben unterscheidet, ist ein Instrument namens Resolve, das auf einen Bruchteil über dem absoluten Nullpunkt gekühlt werden muss, damit das Instrument kleine Temperaturänderungen messen kann, wenn Röntgenstrahlen auf seine Oberfläche treffen. Das Missionsteam erwartet, dass die Spektraldaten von Resolve 30-mal genauer sind als die von Chandras Instrumenten.

Leah Corrales, die Astronomin der University of Michigan, die als Co-Wissenschaftlerin für die Mission ausgewählt wurde, sieht XRISM als „Pioniervehikel“, das „den nächsten Schritt in der Röntgenbeobachtung“ darstellt. Mithilfe modernster Spektroskopie wird Dr. Corrales die Zusammensetzung des interstellaren Staubs analysieren, um Einblicke in die chemische Entwicklung unseres Universums zu gewinnen.

Die hohe Qualität der von der XRISM-Spektroskopie gesammelten Daten könnte sich wie ein Besuch in denselben extremen Umgebungen anfühlen, sagte Jan Uy-Ness, ein Astronom bei der Europäischen Weltraumorganisation, der den Auswahlprozess für Vorschläge für die Beobachtungszeit für Europa leiten wird.

„Ich freue mich auf die spektroskopische Revolution“, sagte er und fügte hinzu, dass sie den Weg für die ehrgeizigeren Röntgenteleskope der Zukunft ebnen werde.

XRISM verfügt außerdem über ein zweites Tool namens Xtend, das gleichzeitig mit Resolve funktioniert. Wenn Resolve heranzoomt, zoomt Xtend heraus und bietet Wissenschaftlern so komplementäre Ansichten derselben Röntgenquellen über einen größeren Bereich. Laut Dr. Williams ist das Xtend weniger leistungsstark als das Bildgebungsgerät des älteren Chandra-Teleskops, das gebaut wurde Einige der bemerkenswertesten Ansichten des Röntgenuniversums zu einem Date gehen. Aber Xtend wird das Universum mit einer Auflösung abbilden, die der Auflösung ähnelt, die unsere Augen mit Röntgensicht wahrnehmen könnten.

Sobald sich XRISM in der erdnahen Umlaufbahn befindet, werden die Forscher die nächsten Monate damit verbringen, die Instrumente zu bedienen und ihre Leistung zu testen. Dr. Tashiro sagte, der wissenschaftliche Betrieb werde im Januar beginnen, erste datengestützte Studien könnten jedoch erst in einem Jahr oder länger erscheinen. Vor den Entdeckungen freute er sich darauf, die Instrumente in Aktion zu sehen, und fügte hinzu: „Wir werden auf jeden Fall die neue Welt der Röntgenastronomie sehen, sobald sie in Betrieb ist.“

Mehr als alles andere freut sich Dr. Williams auf die „unbekannten Unbekannten“, die XRISM entdecken könnte. „Jedes Mal, wenn wir eine neue Fähigkeit freischalten, entdecken wir etwas Neues über das Universum“, sagte er. „Was wäre das? Ich weiß es nicht, aber ich bin gespannt, es herauszufinden.“

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Der Intelligent Lunar Exploration Lander (SLIM) ist das nächste Roboter-Raumschiff, das zum Mond fliegt, aber möglicherweise nicht das nächste, das landet.

SLIM ermöglicht einen langen indirekten Flug von mindestens vier Monaten und benötigt weniger Treibstoff. Es wird mehrere Monate dauern, bis der Lander die Mondumlaufbahn erreicht. Dann wird er einen Monat damit verbringen, den Mond zu umkreisen, bevor er eine Oberflächenlandung in der Nähe des Kraters Xiuli auf der zugewandten Seite des Mondes versucht.

Das bedeutet, dass zwei US-Raumschiffe, von Astrobotic Technology aus Pittsburgh und Intuitive Machines aus Houston, die später in diesem Jahr starten und direktere Flugbahnen zum Mond nehmen könnten, SLIM auf der Oberfläche schlagen können.

Obwohl SLIM über eine Kamera verfügt, die Informationen über die Zusammensetzung der Gesteine ​​rund um den Landeplatz sammeln kann, sind die Hauptziele der Mission nicht wissenschaftlicher Natur. Vielmehr handelt es sich um eine Demonstration eines präzisen Navigationssystems, das darauf abzielt, in einer Entfernung von einem Fußballfeld am Zielort zu landen.

Derzeit können Mondlander versuchen, innerhalb von mehreren Meilen von ihrem vorgesehenen Landeplatz zu landen. Beispielsweise war die Landezone der indischen Raumsonde Chandrayaan-3, die letzten Monat als erste erfolgreich in der Südpolregion des Mondes landete, sieben Meilen breit und 34 Meilen lang.

In ihrer Pressemappe sagte die Japan Aerospace Exploration Agency, dass die visionsbasierten Systeme in vielen Landern begrenzt seien, weil die im Weltraum betriebenen Computerchips nur etwa ein Hundertstel der Rechenleistung der besten auf der Erde verwendeten Chips hätten.

Für SLIM hat die Japan Aerospace Exploration Agency Bildverarbeitungsalgorithmen entwickelt, die auf langsameren Weltraumchips schnell laufen können. Während sich SLIM seinem Abstieg nähert, wird die Kamera dabei helfen, den Abstieg der Raumsonde zur Mondoberfläche zu steuern. Radar und Laser werden die Höhe und Sinkgeschwindigkeit des Raumfahrzeugs messen.

Aufgrund der Kollisionsrisiken, die aktuelle Systeme mit sich bringen, werden Mondlander normalerweise auf flacheres, weniger interessantes Gelände ausgerichtet. Ein genaueres Navigationssystem würde es künftigen Raumfahrzeugen ermöglichen, in der Nähe von unebenem Gelände von wissenschaftlichem Interesse zu landen, beispielsweise in Kratern mit gefrorenem Wasser in der Nähe des Südpols des Mondes.

Beim Start wog SLIM über 1.500 Pfund; Mehr als zwei Drittel des Gewichts sind Treibstoff. Im Gegensatz dazu wogen Indiens Mondlander und sein kleiner Rover etwa 3.800 Pfund, und die begleitende Schubeinheit, die die beiden aus der Erdumlaufbahn in Richtung Mond trieb, wog 4.700 Pfund.