Aus dem Weltraum sieht die Venus aus wie eine große, undurchsichtige Kugel. Aufgrund seiner extrem dichten Atmosphäre, die hauptsächlich aus Kohlendioxid und Stickstoff besteht, ist es unmöglich, die Oberfläche mit herkömmlichen Methoden zu betrachten. Infolgedessen wurde dank der Entwicklung von Radar-, spektroskopischen und ultravioletten Vermessungstechniken bis zum 20. Jahrhundert wenig über seine Oberfläche gelernt.
Interessanterweise sieht Venus im ultravioletten Bereich wie eine gestreifte Kugel aus, bei der sich dunkle und helle Bereiche nebeneinander vermischen. Seit Jahrzehnten theoretisieren Wissenschaftler, dass dies auf das Vorhandensein von Material in den Wolkendecken der Venus zurückzuführen ist, das Licht in der ultravioletten Wellenlänge absorbiert. In den kommenden Jahren plant die NASA, eine CubeSat-Mission zur Venus zu senden, um dieses dauerhafte Rätsel zu lösen.
Die Mission, bekannt als CubeSat UV Experiment (CUVE), wurde kürzlich vom Programm Planetary Science Deep Space SmallSat Studies (PSDS3) finanziert, das seinen Hauptsitz als Goddard Space Flight Center der NASA hat. Nach dem Einsatz wird CUVE die Zusammensetzung, Chemie, Dynamik und Strahlungsübertragung der Venusatmosphäre mithilfe ultraviolettempfindlicher Instrumente und eines neuen Lichtsammelspiegels aus Kohlenstoffnanoröhren bestimmen.
Die Mission wird von Valeria Cottini geleitet, einer Forscherin der University of Maryland, die auch CUVEs Principle Investigator (PI) ist. Im März dieses Jahres wählte das PSDS3-Programm der NASA es als eine von zehn weiteren Studien aus, mit denen Missionskonzepte unter Verwendung kleiner Satelliten entwickelt werden sollten, um Venus, Erdmond, Asteroiden, Mars und die äußeren Planeten zu untersuchen.
Die Venus ist für Wissenschaftler von besonderem Interesse, da es schwierig ist, ihre dichte und gefährliche Atmosphäre zu erkunden. Trotz der NASA und anderer Weltraumagenturen bleibt es ein Rätsel, was die Absorption von ultravioletter Strahlung in den Wolkendecken des Planeten verursacht. In der Vergangenheit haben Beobachtungen gezeigt, dass die Hälfte der Sonnenenergie, die der Planet erhält, von der oberen Schicht seiner Atmosphäre im ultravioletten Band absorbiert wird - dem Niveau, in dem Schwefelsäurewolken existieren.
Andere Wellenlängen werden gestreut oder in den Raum reflektiert, was dem Planeten sein gelbliches, merkwürdiges Aussehen verleiht. Es wurden viele Theorien aufgestellt, um die Absorption von UV-Licht zu erklären, einschließlich der Möglichkeit, dass ein Absorber durch konvektive Prozesse aus einer tieferen Atmosphäre der Venus transportiert wird. Sobald es die Wolkendecken erreicht, wird dieses Material durch lokale Winde zerstreut, wodurch das streifige Absorptionsmuster erzeugt wird.
Es wird daher angenommen, dass die hellen Bereiche Regionen entsprechen, die den Absorber nicht enthalten, während die dunklen Bereiche dies tun. Wie Cottini kürzlich in einer Pressemitteilung der NASA angedeutet hat, wäre eine CubeSat-Mission ideal, um diese Möglichkeiten zu untersuchen:
„Da die maximale Absorption von Sonnenenergie durch die Venus im Ultraviolett erfolgt, ist die Bestimmung der Art, Konzentration und Verteilung des unbekannten Absorbers von grundlegender Bedeutung. Dies ist eine hochgradig fokussierte Mission - perfekt für eine CubeSat-Anwendung. “
Eine solche Mission würde die jüngsten Verbesserungen bei der Miniaturisierung nutzen, die die Schaffung kleinerer Satelliten in Kastengröße ermöglicht haben, die die gleichen Aufgaben wie größere ausführen können. Für seine Mission würde CUVE auf eine miniaturisierte Ultraviolettkamera und ein Miniaturspektrometer (das die Analyse der Atmosphäre in mehreren Wellenlängen ermöglicht) sowie auf miniaturisierte Navigations-, Elektronik- und Flugsoftware setzen.
Eine weitere Schlüsselkomponente der CUVE-Mission ist der Kohlenstoffnanoröhrenspiegel, der Teil eines Miniaturteleskops ist, das das Team aufnehmen möchte. Dieser Spiegel, der von Peter Chen (einem Auftragnehmer bei NASA Goddard) entwickelt wurde, wird hergestellt, indem eine Mischung aus Epoxid- und Kohlenstoffnanoröhren in eine Form gegossen wird. Diese Form wird dann erhitzt, um das Epoxid zu härten und zu härten, und der Spiegel wird mit einem reflektierenden Material aus Aluminium und Siliziumdioxid beschichtet.
Dieser Spiegeltyp ist nicht nur leicht und hochstabil, sondern auch relativ einfach herzustellen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Linsen muss nicht poliert werden (ein teurer und zeitaufwändiger Vorgang), um effektiv zu bleiben. Wie Cottini angedeutet hat, könnten diese und andere Entwicklungen in der CubeSat-Technologie kostengünstige Missionen ermöglichen, die in der Lage sind, bestehende Missionen im gesamten Sonnensystem zu unterstützen.
"CUVE ist eine gezielte Mission mit einer speziellen wissenschaftlichen Nutzlast und einem kompakten Bus, um die Flugmöglichkeiten zu maximieren, z. B. eine Mitfahrgelegenheit mit einer anderen Mission zur Venus oder zu einem anderen Ziel", sagte sie. "CUVE würde vergangene, aktuelle und zukünftige Venus-Missionen ergänzen und eine großartige wissenschaftliche Rendite zu geringeren Kosten bieten."
Das Team geht davon aus, dass die Sonde in den kommenden Jahren als Teil der sekundären Nutzlast einer größeren Mission an die Venus gesendet wird. Sobald es die Venus erreicht, wird es gestartet und nimmt eine polare Umlaufbahn um den Planeten an. Sie schätzen, dass CUVE eineinhalb Jahre brauchen würde, um sein Ziel zu erreichen, und die Sonde würde Daten für einen Zeitraum von etwa sechs Monaten sammeln.
Bei Erfolg könnte diese Mission den Weg für andere kostengünstige, leichte Satelliten ebnen, die im Rahmen einer größeren Explorationsmission für andere Solarkörper eingesetzt werden. Cottini und ihre Kollegen werden ihren Vorschlag für den CUVE-Satelliten und die CUVE-Mission auch auf dem European Planetary Science Congress 2017 vorstellen, der vom 17. bis 22. September in Riga, Lettland, stattfindet.
