Mission Rosetta - DLR Portal · Mission Rosetta Reise zu einem Kometen Mission Rosetta Journey to a Comet Missions-Broschüre Rosetta Mission-Brochure Rosetta 00_ROSETTA_DE_0908:MEX_2006_DE

Mission Rosetta Reise zu einem Kometen

Mission Rosetta Journey to a Comet

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00_ROSETTA_DE_0908:MEX_2006_DE 05.09.2026 14:00 Uhr Seite 1

Der Komet McNaught am 19. Januar 2007 über der chilenischen Stadt Santago.

Comet McNaught in the night sky above Santago, Chile, on 19 January 2007.


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InhaltContents

Die erste Landung auf einem KometenLanding on a Comet for the First Time ..........................4

Ehrgeizige wissenschaftliche ZieleAmbitious Scientific Targets ............................................6

Das DLR ist maßgeblich beteiligtDLR is Playing a Major Role ............................................7

Technische Daten und MissionsverlaufTechnical Data and Mission Phases ................................8

Die lange Reise zum KometenzielA Long Journey to the Destination ................................9

Die Welt der KometenThe World of Comets ......................................................10

Das Ziel: Komet Churyumov-GerasimenkoTarget: Comet Churyumov-Gerasimenko ......................12

Der Höhepunkt: Die Landung auf dem KometenA Special Moment: Landing on a Comet ......................13

Die Experimente des Rosetta-OrbitersExperiments on the Rosetta Orbiter..............................14

Die Experimente des Philae-LandemodulsExperiments on the Philae Lander ................................15

Die Zukunft der KometenforschungThe Future in Cometary Research ..................................16


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Die 1993 von der ESA beschlossene Rosetta-Mission ist eine der ehrgeizigstenUnternehmungen der europäischenRaumfahrt. Die im März 2004 gestarteteSonde soll nach mehr als zehn JahrenFlug im Mai 2014 den Kometen 67 P/Churyumov-Gerasimenko erreichen. Die Sonde schwenkt zunächst in eineUmlaufbahn ein, um erste Messungendurchzuführen und nach einer geeigne-ten Landestelle zu suchen. Dann wirdsich das Landegerät Philae vom Mutter-schiff lösen und auf dem Kometen auf-setzen.

Beide Module begleiten den Schweif-stern auf seinem mehrmonatigen Wegzu seinem sonnennächsten Punkt. DieMuttersonde umkreist dabei weiterhinden Kometen, während das Landegerätan der Oberfläche desselben haftet. DieMessgeräte werden dabei genau verfol-gen können, wie der zunächst kalte undinaktive Brocken aus Staub und Eis „er-wacht“, wenn Churyumov-Gerasimenkodurch die Sonnenwärme aktiv wird.

Den Namen erhielt die ESA-Mission vonder ägyptischen Stadt Rashid (Roset-

ta), in der Archäologen 1799 einendreisprachig beschrifteten Stein

fanden, der es zusammen mitden Inschriften eines Obelisken

aus der Stadt Philae ermög-lichte, die bis dahin völlig

rätselhafte Hieroglyphen-schrift zu entziffern. Philae ist der Name einerLandeeinheit an Bordvon Rosetta. Ähnlicherhellende Einsichtenwie in der Archäologie

erwarten die Kometen-forscher von der ersten

gründlichen Erforschungeines Kometen durch die

Raumsonden Rosetta undPhilae.

The Rosetta mission, decided by the European Space Agency (ESA) in 1993, isone of the most ambitious endeavors ofEuropean spaceflight. Launched in March2004, the space probe will reach the comet 67 P/Churyumov-Gerasimenko inMay 2014 after a cruise lasting morethan ten years. Rosetta will rendezvouswith the comet and enter orbit about itstarget to perform first measurements –and looking for a place suitable for landing. Then Philae, a landing device,will be released from the orbiter andland on the comet’s surface.

Both modules will travel with the tailedstar on its several month-long journey tothe perihelion, the comet’s closest pointto the sun. During that phase, Rosettacontinues to orbit the comet, while thePhilae lander remains attached to its surface. The instruments will be able to precisely monitor how the formerlycold and inactive chunk of dust and ice“awakes” on the course Churyumov-Ge-rasimenko gets closer to the sun and willbecome active from the sun’s warmth.

The ESA mission takes its name from the Egyptian town of Rashid, or Rosetta,where archeologists in 1979 found a stone incised with scripts in three diffe-rent languages from ancient times. To-gether with the inscriptions of an obeliskfrom the town of Philae archeologistswere able to decipher the completelyenigmatic hieroglyphs. Similar funda-mental insights like those gained in ar-cheology the Cometary scientists expectfrom the first thorough investigation of a comet from close by the Rosetta andPhilae space probes.

About 4.6 billion years ago our sun andthe celestial bodies circling it emergedfrom a cloud of dust and gas. Only a few million years after the nuclear-fusion processes started myriads of small bodieshave formed. Not much later planets were orbiting the sun. The Planets and

Der Stein von Rosetta.

The Rosetta stone.

Die erste Landung auf einem KometenLanding on a Comet for the First Time


Aus einer Wolke von Staub und Gas bildeten sich vor 4,6 Milliarden Jahrenunsere Sonne und die sie umkreisendenHimmelskörper. Bereits wenige MillionenJahre, nachdem im Zentralgestirn dieKernfusion einsetzte, waren Myriadenvon kleinen Körpern entstanden. Wenigspäter umkreisten Planeten die Sonne.Das Licht und die Strahlung der Sonnewirkten auf die Planeten und ihre Mondeein; Erosion, Meteoriteneinschläge undaus dem Innern der Körper angetriebeneProzesse veränderten die Oberfläche vieler Himmelskörper.

Einzig die Kometen wurden in den eisi-gen Fernen des äußeren Sonnensystemsnicht wesentlich modifiziert. Sie sindÜberbleibsel der Geburt unseres Sonnen-systems und damit wichtige Zeugen ausjener Urzeit. Möglicherweise waren sie es auch, die Leben auf unserem Planetenerst möglich gemacht haben. Forschersind sich sicher, dass ein Teil des Wassersauf der Erde von Einschlägen durch Asteroiden und Kometen stammt –wahrscheinlich auch viele organischeMoleküle, wie Aminosäuren, die alsBausteine des späteren Lebens auf derErde in Betracht kommen.

their satellite were exposed to the lightand radiation of the sun; erosion, me-teorite impacts and processes driven byinternal heat changed the surface of many of these celestial bodies.

Only comets, residing in icy distance ofthe outer solar system have almost notat all been modified. They are remnantsfrom the birth of our solar system andtherefore important witnesses from these ancient times. Possibly it was comets that enabled life on our planetafter all. Scientists are convinced that atleast some of the Earth’s surface waterhas been delivered from the impact ofcomets and asteroids in earlier times ofthe solar system, bringing organic mole-cules with them, like amino acids, thatare considered as building blocks of lifethat emerged on the Earth later.

Missionsszenario 2014: Philae ist auf Churyumov-Gerasimenko gelandet und Rosetta in einer Umlaufbahn um den Kometen.

Mission scenario 2014: Philae safely landed on Churyumov-Gerasimenko, while Rosetta is orbiting the comet.

Start mit der Ariane 5 in Kourou.

Lift-off with the Ariane 5 in Kourou.

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Die erste Landung auf einem Kometen | Landing on a Comet for the First Time


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Durch die Untersuchung des Kometen-kerns mit Hilfe von Rosetta, im Besonde-ren durch die Landeeinheit Philae, die neben Fotos auch Ergebnisse chemischer,physikalischer und mineralogischer Unter-suchungen zur Erde senden wird, hofftman, den Ursprung der Kometen und dieEntstehung unseres Sonnensystems besserverstehen zu können. Wichtige Aufgabender Mission sind:

• Die globale Charakterisierung des Kome-tenkerns und seiner Oberflächengestalt

• Bestimmung der chemischen und mine-ralogischen Zusammensetzung sowie derIsotopenverhältnisse

• Ableitung physikalischer Eigenschaftendes Kometenkerns wie Struktur, thermi-sche, elektrische und magnetische Eigen-schaften und Beobachtung der Entwick-lung der kometaren Aktivität während derAnnäherung an die Sonne

Rosetta wird auf dem Weg zu Churyum-ov-Gerasimenko außerdem an zwei Aste-roiden vorbeifliegen: Der nur fünf Kilome-ter große Asteroid 2867 Šteins wird am 5. September 2008 in einer Entfernungvon 800 Kilometer mit einer Geschwindig-keit von 8,6 Kilometer pro Sekunde pas-siert, der 100 Kilometer messende Aste-roid 21 Lutetia am 10. Juli 2010. Wissen-schaftliche Ziele sind genaue Messungenvon Größe und Dichte dieser beiden Him-melskörper.

Hochauflösende Bilder und Fotos aus ver-schiedenen Aufnahmewinkeln von Gelän-deformen und Einschlagskratern werdenAnhaltspunkte für das Alter und die geolo-gische Geschichte der Asteroiden geben.Messungen in verschiedenen Spektralkan-älen und die Untersuchung des Reflexions-vermögens liefern Erkenntnisse über diechemischen Bestandteile der Oberfläche.Von besonderem Interesse für die Forscherist außerdem die Entdeckung möglicher-weise vorhandener natürlicher Satelliten –also die Frage, ob die Asteroiden von kleinen „Monden“ umkreist werden – unddie Existenz von Wasser in Form von Eis.

Rosetta, and the landing module Philaein particular, will investigate a comet’snucleus in detail. With images and theresults from chemical, physical and mine-ralogical analyses that will be radioed toEarth scientists hope to better under-stand both the origin of comets, and theearliest times of our solar system, respe-ctively. Main tasks of the mission are:

• global characterization of the comet’snucleus and the surface topography,

• characterization of both the chemicaland mineralogical composition, and theisotopic relations,

• derivation of physical properties of thecomet’s nucleus, like structure, and, ther-mal, electrical and magnetic properties,respectively, and monitoring of cometaryactivity while approaching the sun.

On it’s route to Churyumov-GerasimenkoRosetta will closely fly close by two as-teroids: On 5 September 2008 the spaceprobe passes by 2867 asteroid Šteins in800 kilometer’s distance and with a rela-tive speed of 8.6 kilometers per second;and on 10 July 2010 Rosetta will en-counter asteroid 21 Lutetia. The scientificobjectives are precise measurements ofsize, shape and density of both asteroids.

High-resolution images from differentperspectives of various landforms andimpact craters on the surface will provideimportant clues for determining the ageand the geologic history of the asteroids.Measurements in different spectral wave-lengths and the investigation of the re-flection properties will yield results onthe chemical components of the surface.Of particular interest for the scientists isthe possible discovery of potential natu-ral satellites, i.e. whether the asteroidsare circled by small moonlets. Special at-tention is given to the search for ice.

Ehrgeizige wissenschaftliche ZieleAmbitious Scientific Targets

Der Rosetta-Orbiter kurz vor der Fertigstellung.

The Rosetta orbiter briefly before completion.


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Das DLR ist maßgeblich beteiligtDLR is Playing a Major Role

Deutschland hat sich maßgeblich an derRosetta-Mission beteiligt; sowohl beim Bauvon Instrumenten als auch bei industriellenBeiträgen für den Orbiter. Dieser wurde vondem Hauptauftragnehmer EADS Astrium inFriedrichshafen hergestellt. Die LandeeinheitPhilae wurde von einem internationalenKonsortium unter Leitung des DeutschenZentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR)entwickelt und gebaut.

Das DLR stellt auf der Landeeinheit Philaedrei der insgesamt zehn Experimente: DieROLIS-Kamera zur Beobachtung der Kome-tenoberfläche während der Landephase,das SESAME-Experiment zur seismischenUntersuchung des Kometenkerns und dasGerät MUPUS, mit dem die Oberflächent-emperatur und die Festigkeit des Kometengemessen wird.

Wichtigster DLR-Partner beim Bau desLandemoduls war die Max-Planck-Gesell-schaft. Deren Institut für Sonnensystemfor-schung in Katlenburg-Lindau hat unter an-derem das Landebein, den Abstoßmecha-nismus und das chemische Analyseinstru-ment COSAC hergestellt. Die Harpune undein Plasmainstrument wurden vom Max-Planck-Institut für Extraterrestrik in Garchinggebaut, ein Materialanalysegerät stammtaus dem Max-Planck-Institut für Chemie inMainz. Außerdem waren, neben internatio-nalen Partnern, aus Deutschland die Univer-sitäten Münster, Mainz und Braunschweigbeteiligt.

Während der Landung auf dem Kometenwird Philae vom DLR-Nutzerzentrum fürWeltraumexperimente MUSC (MicrogravityUser Support Center) in Köln gesteuert. Be-reits kurz nach dem Start wurden vomMUSC Tests und Kalibrationen der Nutzlastdurchgeführt. Diese Tests werden seither re-gelmäßig wiederholt, um die Einsatzbereit-schaft des Moduls sicherzustellen.

Außerdem ist das DLR an mehreren Instru-menten auf dem Orbiter beteiligt, darunterdem Spektrometer VIRTIS zur Bestimmungder Bestandteile der Oberfläche des Kome-tenkerns und seiner Temperatur.

Germany has some major participation atthe Rosetta mission, both in building in-struments and with industrial contributionsfor the orbiter. EADS Astrium in Friedrichs-hafen, the principal contractor, has builtthe latter. The landing module, Philae, hasbeen designed and built by an internatio-nal consortium under the lead of the Ger-man Aerospace Center (DLR).

DLR provides three of the ten experimentson the landing unit Philae: The ROLIS ca-mera that will observe the comet’s surfaceduring approach and landing, the experi-ment SESAME for seismic investigations ofthe comet’s nucleus, and MUPUS, an in-strument to measure the surface tempera-ture and inner strength of the comet.

When constructing the landing module,the most important partner for DLR hasbeen the Max Planck Society. Its Institute ofSolar System Research in Katlenburg-Lin-dau has built Philae’s landing legs, thepush-apart mechanism and the COSAC in-strument for chemical analyses. The MaxPlanck Institute for Extraterrestrial Researchin Garching has provided the harpoon anda plasma experiment; the Max Planck Insti-tute has added a device for analyzing ma-terials for Chemistry in Mainz. Further, theGerman universities in Münster, Mainz andBraunschweig have contributed to Philae,besides international partners.

During the landing procedure on the co-met, Philae will be controlled by DLR’s usercenter for space experiments in Cologne,MUSC (Microgravity User Support Center).Yet shortly after launch of Rosetta theMUSC performed tests and calibration pro-cedures. These tests are repeated regularlyfor securing the readiness of the module.

In addition, DLR has some participation oninstruments of the orbiter, like the VIRTISspectrometer designed to study the sur-face composition and temperature of thecomet’s nucleus.

Das Landemodul Philae, ungefähr von derGröße eines Kühlschranks.

The Philae lander module, about the size of a refrigerator.

Technische Zeichnung der Landebeine mitVerankerungsmechanismus und dem Bohrerzur Probengewinnung.

Technical study of the landing legs with theiranchor mechanism and the tool for sampledrilling


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Technische Daten und MissionsverlaufTechnical Data and Mission Phases

Die Rosetta-Sonde ist ein Aluminiumwür-fel von 2,80 mal 2,10 mal 2,00 MeternGröße, in der alle Messinstrumente undsonstige Nutzlasten untergebracht sind.Der Bauplan von Rosetta diente auchden beiden ESA-Planetenmissionen MarsExpress und Venus Express als Vorlage.Das Landemodul Philae befindet sich an der Rückseite. Die Sonde mit Landerhatte ein Startgewicht von etwa 2,9 Ton-nen, davon sind jedoch etwa anderthalbTonnen Treibstoff.

An der Vorderseite ist die bewegliche Parabolantenne mit einem Durchmesservon 2,20 Metern befestigt, die bei einerSendeleistung von 28 Watt der Daten-übertragung zur Erde dient. Die beiden14 Meter langen Solarpanele an den Sei-tenwänden haben im ausgeklappten Zu-stand eine Spannweite von 32 Metern.Insgesamt 64 Quadratmeter Solarzellenliefern den für die Sonde notwendigenEnergiebedarf von 440 Watt. Auch beiRosettas größter Entfernung zur Sonneim Missionsverlauf ist somit gewährleis-tet, dass die Sonde in einem Sparmoduswenigstens „überwintern“ kann.

Eine 20-Zentimeter-Antenne auf Philaesorgt für die Kommunikation zwischenLandemodul und Sonde. Philae ist dafürausgelegt, extreme Temperaturunter-schiede von plus 50 Grad Celsius bis zuminus 180 Grad Celsius auf dem Kome-ten auszuhalten. Bis zu einem Jahr wirdPhilae Experimente durchführen können.

The Rosetta design is based on a box-typecentral structure, 2.8 m x 2.1 m x 2.0 m,on which all subsystems and payloadequipment are mounted. Two solar panels,with a combined area of 64 square meters, stretch out to 14 meter inlength. The total span from tip to tip is32 meter. The Philae lander is attachedto the spacecraft side opposite to the side that carries the 2.2 meter diametersteerable high-gain antenna. Orbiter andlander have a combined launch weightof 2.9 tons of which approximately 1.5 tons are fuel.

A movable 28 Watt parabolic antennawith 2.2 meter diameter is mounted onthe front side that serves for data down-link to Earth. The two solar panels, each14 meters wide when unfolded afterlaunch, are attached to the sides of thesatellite bus and give the orbiter a spanwidth of 32 meters. The solar panelscombine 64 square meters of solar cellsthat provide 440 Watt for the energyneeded to run the electrical spacecraftsystems. Even in the farthest distancefrom the sun from the sun Rosetta willyield enough solar energy to at leastbeing able to hibernate.

A small 20 centimeter dish on Philaeenables communication between landingmodule and orbiter. Philae has been de-signed to withstand temperature diffe-rences between +50º Celsius and -180ºCelsius on the surface when the comet isrotating. Philae will be able to conductexperiments for a period of up to oneyear.

Start 2. März 2004Launch 2 March 2004

Erster Vorbeiflug an der Erde 4. März 2005First Earth gravity assist 4 March 2005

Vorbeiflug am Mars 25. Februar 2007Mars gravity assist 25 February 2007

Zweiter Vorbeiflug an der Erde 13. November 2007Second gravity assist 13 November 2007

Vorbeiflug am Asteroiden Steins 5. September 2008Asteroid Šteins flyby 5 September 2008

Dritter Vorbeiflug an der Erde 13. November 2009Third Earth gravity assist 13 November 2009

Vorbeiflug am Asteroiden Lutetia 10. Juli 2010Asteroid Lutetia flyby 10 July 2010

Beginn der Ruhephase Juli 2011Begin hibernation phase July 2011

Ende der Ruhephase Januar 2014End hibernation phase January 2014

Eintreten in die Umlaufbahnum den Kometen Mai 2014Entering orbit at the comet May 2014

Kartierung der Kometenoberfläche August 2014Mapping the comet’s surface August 2014

Philae-Landung November 2014Philae landing November 2014

Periheldurchgang (Größte Nähe zur Sonne) August 2015Perihelion passage (shortest distance to sun) August 2015

Ende der Mission Dezember 2015End of mission December 2015

Das Nildelta bei Nacht (unten Mitte), der Nahe Osten (rechts) und Europa mit Spanien(links), aufgenommen am 13. November 2007beim zweiten Vorbeiflug an der Erde.

The Nile delta at nighttime (bottom center),the Near East (right) and Europe with Spain(left) imaged on 13 November 2007 duringthe second Earth flyby.


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Die lange Reise zum KometenzielA Long Journey to the Destination

Ursprünglich sollte Rosetta bereits An-fang 2003 starten, als Ziel war damalsder Komet 46P/Wirtanen vorgesehen.Doch wegen technischer Probleme mitder Trägerrakete Ariane konnte der Startnicht am ursprünglich vorgesehenen Termin durchgeführt werden. Dadurchwar auch das „Startfenster“ für Wirta-nen wieder geschlossen. Die ESA-Wis-senschaftler standen vor der schwierigenAufgabe, einen anderen erreichbaren Kometen ausfindig zu machen. Man ent-schied sich schließlich für einen Flug zumKometen 67P/Churyumov-Gerasimenko,wobei das Landegerät angepasst werdenmusste, da das neue Ziel größer undmassereicher als Wirtanen ist.

Am 2. März 2004 brachte eine Ariane 5-Rakete vom europäischen Weltraum-bahnhof Kourou in Französisch-Guayanadie Rosetta-Sonde auf ihren Weg. Dieserführt nicht direkt zum Kometen. In kom-plizierten Manövern nutzt die Sonde dieAnziehungskraft von Erde und Mars aus:durch nahe Vorbeiflüge an diesen Plane-ten holt Rosetta mehrfach Schwung, umam Ende der Reise zum richtigen Zeit-punkt mit der richtigen Geschwindigkeitam richtigen Ort zu sein.

Bei den Vorbeiflügen wurden auch gleichdie Experimente getestet und spektaku-läre Bilder zur Erde gefunkt. Am 5. Sep-tember 2008 fliegt Rosetta am AsteroidenŠteins vorbei. Nachdem die Sonde am10. Juli 2010 den Asteroiden Lutetia passiert hat, beginnt ein vierjähriger„Tiefschlaf”. Im Januar 2014 erwachtdas Raumschiff aus seinem Dornröschen-schlaf – dann ist das Ziel nahe.

Rosetta was planned to lift off alreadyearly in 2003. At that time the comet46P/Wirtanen was the target. Due totechnical problems with the Arianelaunch rocket the start could not occuron the originally scheduled date. So thelaunch window that would have enabledRosetta to reach Wirtanen has been closing. This brought the ESA scientists in the difficult situation to determine another comet that could be reachedwith the launch-ready spacecraft. Finally,they decided to fly Rosetta to the comet67P/Churyumov-gerasimenko. This re-quired an adaptation of the landing gear of Philae since the new target wasbigger and therefore had more massthan Wirtanen.

On 2 March 2004 an Ariane 5 carrierlaunched from the European spaceport ofKourou in French Guyana lifted Rosettainto space and got the mission on itsway. The route does not lead directly tothe probe’s destination. Performing complicated operations, the spacecraft ismaking use of the gravitational attractionof Earth and Mars: During close flybys at those planets, called swing-by ma-neuvers, Rosetta is perfectly acceleratedin order to finally reach it’s target at theright time with the right speed.

These flybys are excellent opportunitiesto test the experiments. Rosetta trans-mitted spectacular images from Earthand Mars to the ground. On 5 Septem-ber 2008 Rosetta will encounter thesmall asteroid Šteins. After the probe will have passed by the larger asteroidLutetia on 10 July 2010, the mission willenter a four-year long hibernation mode.In January 2014 mission control willawake the spacecraft from it’s Dorn-röschenschlaf. Now the target is near.

Rosettas Flugbahn durch das innere Sonnensystem.

Rosetta's flight path through the inner solar system.

Am 10. März 2006nahm die OSIRIS-Kamera im Abstandvon jeweils fünfStunden das Ziel des Vorbeiflugs am5. September 2008,den AsteroidenSteins, aus großerEntfernung auf.

On 10 March 2006the OSIRIS cameraimaged the targetof the 5 September2008-flyby, asteroidSteins, from largedistance in 5-hourintervals.


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Die Welt der KometenThe World of Comets

Kometen sind unregelmäßig geformteBrocken aus Staub und Eis, die auf starkelliptischen Bahnen um die Sonne krei-sen. Ihr größtes Reservoir ist die OortscheWolke, die unser Sonnensystem bis zu einer Distanz von 100.000 Astronomi-schen Einheiten (15 Billionen Kilometer;eine Astronomische Einheit, oder AE, istder Abstand von der Sonne zur Erde –149,6 Millionen Kilometer) kugelförmigumgibt. Sie enthält wahrscheinlich mehrals eine Billion Kometenkerne.

Ein zweites, deutlich kleineres Kometen-reservoir existiert jenseits der Umlauf-bahn des Neptun bis zu einem Sonnen-abstand von etwa 50 AstronomischenEinheiten. Die sich dort aufhaltenden sogenannten Transneptunischen Objekte(TNOs) bilden eine diffuse Scheibe ausweit verstreuten Kleinkörpern, zu derauch größere planetenartige Objekte imKuiper-Edgeworth-Gürtels gehören: Hier-zu zählen auch Pluto mit seinem MondCharon, oder fernere Körper wie der2003 entdeckte Zwergplanet Eris, dieaufgrund ihrer Größe von über tausendKilometer Durchmesser kaum dem „klas-sischen“ Bild von Kometen entsprechenund heute als „Plutoniden“ bezeichnetwerden. Während der zwischen Marsund Jupiter befindliche Asteroidengürtelhauptsächlich Brocken aus Gestein undMetall enthält, bestehen die Transneptu-nischen Objekte zumeist aus gefrorenenflüchtigen Substanzen wie Wassereis,Kohlendioxyd, Methan und Ammoniak.

Comets are irregularly shaped chunks ofdust and ice, circling the sun on stronglyelliptical orbits. Their largest reservoir isthe spherical Oort cloud surrounding oursolar system as far away as 100,000 Astronomical Units (that is 15 trillion kilometers; one Astronomical Unit, orAU, is the distance between the Sun and the Earth – 149.6 million kilometers).The Oort cloud probably contains morethan a trillion comet nuclei.

A second and significantly smaller reser-voir exists beyond the orbit of Neptunereaching as far as to a solar distance of50 Astronomical Units. The so-calledTrans-Neptunian Objects, or TNO’s, forma diffuse disc of far-distributed small bodies. It also contains several biggerplanet-like objects residing in the Kuiper-Edgeworth Belt. Pluto and Charon, its satellite, do well belong to this group aswell as farther distant objects like Eris,the dwarf planet that had been disco-vered in 2003. With diameters of morethan thousand kilometers these objectsdo not well match the “classical” imageof a comet and therefore are named“Plutonides”. As the asteroid belt locatedbetween Mars and Jupiter in principal isformed by irregularly shaped rocks madeof stone and metal elements, the Trans-neptunian Objects are formed by frozenlight elements like water ice, carbon dioxide, methane and ammonia.

Künstlerische Darstellung des Kometen Borelly (links) und der Halleysche Komet, aufgenommen von der Raumsonde Giottoam 14. März 1986.

Artist's rendition of the comet Borelly (left)and image of comet Halley taken by theGiotto probe on 14 March 1986.


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Die Welt der Kometen | The World of Comets

Lenken die Gravitation eines vorbeizie-henden Fixsterns oder galaktische Ge-zeitenkräfte Kometen in der OortschenWolke von ihrer Bahn ab, so werden siegelegentlich in das innere Sonnensystemgeschleudert. Die meisten dieser langpe-riodischen Kometen benötigen für einenSonnenumlauf Jahrhunderte oder Jahr-tausende. Transneptunische Kometenkehren dagegen meist in kürzeren Ab-ständen zurück.

Nähert sich ein Kometenkern der Sonne,beginnt die Wärme des Zentralgestirns,die eisigen Komponenten an der Ober-fläche des Kometenkerns zu verdampfen.Beim Entweichen der Gase werdenStaubpartikel mitgerissen, so dass sichum den meist nur wenige Kilometer großen Kern eine Millionen Mal größereHülle aus fluoreszierendem Gas und dasSonnenlicht reflektierenden Staub, dieKoma (griech. für „Haar“) bildet. Dieentwichenen Staubpartikel werden vomStrahlungsdruck der Sonne von dieserweggedrückt und formieren sich zumStaubschweif, der eine Länge von 100Millionen Kilometern erreichen kann.Von der UV-Strahlung der Sonne ionisier-te Gasmoleküle werden vom ebenfallselektrisch geladenen Sonnenwind auf-gesammelt. Sie bilden den schmalerenPlasmaschweif.

When the gravitational tug of a passingstar or galactic tidal forces disturb the orbits of comets in the Oort cloud it mayhappen that they get thrown in thedi_rection of the inner solar system.Most of these so-called long periodicalcomets need centuries or even millenniafor one orbit around the sun. Transnep-tunian comets, though, return to the vicinity of the sun in higher frequencies.

When a comet nucleus approaches theSun the warmth of the central star willbegin to sublimate the icy componentsat the comet’s surface. The gas escapingin jets tears dust particles out of the co-met that are lost to space, together withthe gas molecules, forming a hull of fluorescing gas, and dust that reflectsthe sunlight, respectively – called the coma, from the Greek word for hair. The coma usually is several million timesbigger in its extension than the comet’snucleus that usually is only a few kilome-ters in size. The escaping dust particlesare pushed away from the solar-radiationpressure and form a tail of dust that canbe as long as several hundred million kilometers. The gas molecules that be-come ionized by the ultraviolet radiationof the sun also get “collected” by theelectrically charged solar wind: Theyform the smaller plasma tail.

Die Kometen Hale-Bopp im Jahr 1997 (links)und Tempel-1 (rechts), im Moment des Einschlags eines Kupferprojektils der SondeDepp Impactam 4. Juli 2005.

Comets Hale-Bopp in 1997 (left) and Tempel-1 (right), at the moment of the impact of a copper projectile of the Deep Impact mission on 4 July 2005.


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Das Ziel: Komet Churyumov-GerasimenkoTarget: Comet Churyumov-Gerasimenko

Der Komet 67P ist 1969 nach seinen Entdeckern, dem Kiewer AstronomenKlim Churyumov und der in Duschanbearbeitenden Svetlana Gerasimenko be-nannt worden. Der Himmelskörper hateine bewegte Geschichte. Bis 1840 lagsein Perihel (der sonnennächste Punktseiner Umlaufbahn) bei vier Astronomi-schen Einheiten (AE), also dem Vierfa-chen der Erde-Sonne-Distanz von knapp150 Millionen Kilometern.

Ein naher Vorbeiflug an Jupiter führte zueinem Orbit, der den Kometen bis aufdrei Astronomische Einheiten, also etwa450 Millionen Kilometer, an der Sonnevorbei führte. Im Laufe von hundert Jah-ren schrumpfte das Perihel auf 2,77 AE.Schließlich reduzierte eine weitere Be-gegnung mit Jupiter das Perihel auf 1,29 AE (194 Mio. km). Im Aphel, demsonnenfernsten Punkt, trennen den Kometen 5,74 AE (858 Mio. km) von der Sonne, und seine Umlaufzeit beträgtnun 6,75 Erdenjahre. Der Orbit ist zurEkliptik (der Ebene der Erdumlaufbahn)um sieben Grad geneigt.

Während des jüngsten Periheldurchgangs2002/2003 sprühte Churyumov-Gerasi-menko schätzungsweise 60 KilogrammStaub pro Sekunde ins All, vom Jahres-wechsel 1982/83 sind sogar Werte von220 Kilogramm in der Sekunde berech-net worden. Erste Bilder vom Kern desKometen lieferte das Hubble-Weltraum-teleskop am 12. März 2003. Es zeigt einen ovalen Himmelskörper von drei malfünf Kilometern Größe. Aus der Analysevon Lichtkurven weiß man, dass der Komet sich im Laufe von etwa zwölfStunden einmal um die eigene Achsedreht.

Comet 67P has been named for its twodiscoverers, the astronomer Klim Chury-umov from Kiev in the Ukraine, andSvetlana Gerasimenko, working in Dushanbe, Tajikistan. The celestial bodyhas a lively history. Until the year 1840the comet’s perihelion – the point closestto the sun in its orbit – was at a distanceof approximately four Astronomical Units (AU), i.e. four times the Sun-Earthdistance of almost 150 million kilometers.

When flying by Jupiter closely, the gravi-tational tug of the planet changed thecomet’s orbit. Now Churyumov-Gerasi-menko’s closest approach to the Sun wasat 3 AU, or 450 million kilometers. In thecourse of one hundred years the peri-helion diminished to 2.77 AU, and finallyanother encounter with Jupiter reducedit to 1.29 AU, or 194 million kilometers.On the opposite, the aphelion – themost distant point to the sun – the comet is 5.74 AU, or 858 million kilome-ters away from the Sun. Now, one orbitlasts 6.75 years. The inclination of theorbit to the ecliptic – the plane of theEarth’s orbit – is about 7 degrees.

During its latest perihelion pass in 2002-2003 Churyumov-Gerasimenko each se-cond sprayed about 60 kilograms of dustinto space; from an earlier observationtaken between 1982 and 1983 values of 220 kilograms per second have beendeduced. The Hubble space telescopetransmitted first images of the comet’snucleus in 12 March 2003. They showan oval body approximately three by fivekilometers in size. Light-curve analysesallowed to determine the rotation periodof: In the course of about twelve hoursthe comet rotates about its axis.

Das Ziel der Rosetta-Mission: Der Komet 67/PChuryumov-Gerasimenko (Mitte).

The target of the Rosetta mission: comet 67PChuryumov-Gerasimenko (center).


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Der Höhepunkt: Die Landung auf dem KometenA Special Moment: Landing on a Comet

Wenn Rosetta das Ziel im Mai 2014 er-reichen wird, ist Churyumov-Gerasimen-ko noch vier Mal so weit von der Sonneentfernt wie die Erde. In der ersten Phasenähert sich Rosetta dem Kern bis auf et-wa 100 Kilometer Entfernung. Die Weit-winkelkamera wird die Rotationsbewe-gung, oder besser: die Taumelbewegungdes unregelmäßigen Himmelskörpersfesthalten. Je nach Form des Kometenkönnte die Sonde dann bis auf einen Kilometer an das Ziel heran fliegen undsucht von August bis September mit derTelekamera einen geeigneten Platz fürdas Landemodul Philae. Noch ist der Komet kaum aktiv – bei der geringenGravitation des Kerns könnten ausströ-mende Gase und Staubpartikel die Sonde beschädigen.

When Rosetta will reach its target in May2014, Churyumov-Gerasimenko still isabout four times as far away from theSun as the Earth. In a first phase, Rosettaapproaches the nucleus to about 100 kilometers distance. With the wide-anglecamera, the rotation – or: the tumbling –of the irregularly shaped body is monito-red. Depending on the shape of the comet the space probe may be able toapproach the comet as close as aboutone kilometer’s distance and will supportthe selection of a suitable landing site forPhilae with the images obtained with thetelephoto camera between August andSeptember. The comet, though, yet is al-most not active: Which is important sinceescaping gases and dust particles coulddamage the probe.

Philae wird schließlich im November2014 von der Muttersonde abgetrennt,wodurch das Landemodul auf eine Ge-schwindigkeit von einem halben Meterpro Sekunde in Richtung des Kometengebracht wird. Während das etwasschnellere Hauptschiff weiter um den Kometenkern kreist, sinkt Philae in einerparabelförmigen Flugbahn innerhalb einer Stunde auf seine Oberfläche herab.Hierbei werden die ersten Bilder aufge-nommen.

Um zu verhindern, dass der Lander beimAufprall wieder zurück ins All geschleu-dert wird – schließlich ist die Schwerkraftvon Churyumov-Gerasimenko 10.000Mal schwächer als die der Erde – wird eine Düse mit Kaltgas kurz aktiv. Außer-dem schießt Philae bei der ersten Berüh-rung der Oberfläche eine Harpune ab,die sich in den Grund bohrt und das Modul am Boden festzurrt.

Finally, in November 2014 Philae is de-tached from the orbiter and acceleratedto a velocity of half a meter per secondin the direction of the comet. While thefaster Rosetta probe continues to orbitthe comet’s nucleus, Philae approachesthe surface of Churyumov-Gerasimenkoon a parabolic flight path in about onehour. During descent, Philae will takefirst images with its camera.

In order to prevent the lander from re-jecting into space at the moment of contact with the comet’s surface – thegravitational attraction of Churyumov-Gerasimenko is ten thousand times smaller that the Earth’s – a cold-gas jet isactivated. In addition, with the very firstcontact to the surface Philae is triggeringa harpoon to shoot into the ground andfixing the module on the icy ground.

Künstlerische Darstellung des Flugs und des Landemanövers von Philae im November 2014.

Artist's rendition of the deorbiting and landing maneuver in November 2014.


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Die Experimente des Rosetta-OrbitersExperiments on the Rosetta Orbiter

ALICE ist ein abbildendes Ultraviolett-Spektrometer, das die die wichtigsten Gasmoleküle in der Koma, den Anteil der Edelgase sowie die Ionen im Schweif analysiert.

ALICE, an ultraviolet-imaging spectrometer, measures gas molecules in the coma, noble gases and ions in the comet’s tail.

CONSERT Comet Nucleus Sounding Experiment by Radio Wave Transmission) sendet langwellige Radiosignale durch den Kern, um dessen Beschaffenheit zu erkunden.

CONSERT (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radio wave Transmission) sends long-wave radio signals between lander and orbiter to determine the nucleus’ properties.

COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyser) sammelt und analysiert Staubkörner.COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyser) collects and analyses dust particles.

GIADA (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) bestimmt Anzahl, Größe und Geschwindigkeit der Staubkörnchen in der Koma.

GIADA (Grain Impact Analyser and Dust Accumulator) will measure frequency, size and momentum of dust particles in the coma.

MIDAS (Micro-Imaging Dust Analysis System) dient der Analyse der Mikrostruktur der Staubteilchen.

MIDAS (Micro-Imaging Dust Analysis System) is intended for the microtextural analysis of cometary dust particles.

MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter) bestimmt die Produktionsrate von Gasmolekülen sowie die Temperatur nahe der Oberfläche des Kometenkerns.

MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter) will measure the production rate of gas molecules and the near-surface temperature of the comet.

OSIRIS (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System), eine Tele- und eine Weitwinkelkamera zur Beobachtung des Kerns und seiner Umgebung.

OSIRIS (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System) consists of a narrow-angle and a wide-angle camera for observations of the core and its environment.

ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) bestimmt das Atom-gewicht von Gaskomponenten und ermöglicht die Unterscheidung von Isotopen.

ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) is a mass spectrometer determining the atomic weight of gases and is able to distinguish between isotopes.

RPC (Rosetta Plasma Consortium), Ionen- und Elektronendetektoren beobachten Wechselwirkungen von Koma und Schweif mit dem Sonnenwind.

RPC (Rosetta Plasma Consortium) is a set of ion and electron detectors to observe the plasma environment interacting with the solar wind.

RSI (Radio Science Investigation) nutzt die minimalen Frequenzabweichungen, die durch den Dopplereffekt bei Radiosignalen zur Erde auftreten, um aus den daraus abgeleiteten Bahnstörungen der Sonde die Gravitation, Form und Dichteverteilung des Kometenkerns zu bestimmen.

RSI (Radio Science Investigation) communicates with the ground stations on Earth to yield information on the comet’s gravity, shape and density distribution from the Doppler effect.

VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) misst die Zusammensetzung sowie die Temperatur der Oberfläche und charakterisiert die Gasmoleküle in der Koma.

VIRTIS (Visible and Infrared Thermal Imaging Spectrometer) is an imaging spectrometer to perform spectral mapping, spectroscopy, and thermal distribution of the surface and the coma.

Die großen Sonnensegel ermöglichen Rosetta die Stromversorgung auch in großer Entfernung zur Sonne.

The large solar panels enable Rosetta to produce enough power even in far-away distance to the sun.


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Die Experimente des Philae-LandemodulsExperiments on the Philae Lander

APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer) untersucht die Verteilung chemischer Elemente auf der Oberfläche des Kometen.

APXS (Alpha Particle X-ray Spectrometer) analyzes the distribution of chemical elements on the surface.

CIVA Comet Infrared and Visible Analyzer) fotografiert den Landeplatz und untersucht diemit dem Bohrer gewonnenen Bodenproben mit Mikroskopen.

CIVA (Comet Infrared and Visible Analyzer) is imaging the landing site and analyzes the core samples gained from a drilling device with a microscope.

CONSERT (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) durchleuchtet mit Radiowellen im Zusammenspiel mit dem Orbiter das Innere des Kerns.

CONSERT (Comet Nucleus Sounding Experiment by Radio-wave Transmission) investigates the inner structure of the comet by propagating radio waves through the core

COSAC (Cometary Sampling and Composition) bestimmt die chemische Zusammensetzungder gefrorenen Oberfläche bis in 30 Zentimeter Tiefe.

COSAC (Cometary Sampling and Composition) is analyzing the chemical composition of thefrozen surface down to 30 centimeter’s depth.

MUPUS (Multi-Purpose Sensors for Surface and Sub-Surface Science) misst die Temperatur nahe der Oberfläche und die thermische Leitfähigkeit des Bodens.

MUPUS (Multi-Purpose Sensors for Surface and Sub-Surface Science) measures the temperature near the surface and the thermal conductivity of the ground.

PTOLEMY untersucht die isotopische Zusammensetzung der Bohrproben durch einen Massenspektrometer und vorgeschaltetem Gaschromatographen.

PTOLEMY analyzes the isotopic composition of the drill cores with a mass spectrometer and a gas chromatograph.

ROLIS (Rosetta Lander Imaging System) fotografiert während und nach der Landung mit einer Kamera das Gebiet unter dem Lander.

ROLIS (Rosetta Lander Imaging System) is imaging the landing site and surrounding areasduring descent and landing.

ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor) ermittelt das Magnetfeld an der Landestelle und beim Abstieg.

ROMAP (Rosetta Lander Magnetometer and Plasma Monitor) determines the strength of the magnetic field at the landing site and during descent.

SD2 (Sample, Drill and Distribution) bohrt zur Gewinnung von Bodenproben maximal 20 Zentimeter Tiefe.

SD2 (Sample, Drill and Distribution) drills cores of 20 centimeter’s length.

SESAME (Surface Electrical, Seismic and Acoustic Monitoring Experiments) enthält Sensoren zur Messung von mechanischen und elektrischen Eigenschaften der Kometenoberfläche sowie einen Staubeinschlagmonitor.

SESAME (Surface Electrical, Seismic and Acoustic Monitoring Experiments) contains sensors to measure mechanical and electrical properties of the comet’s surface and a dust-particle impact monitor

Die ROLIS-Kamera.

The ROLIS camera.

Das CASSE-Instrument des SESAME-Experiments.

The CASSE-Instrument of theSESAME-Experiments.


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Die Zukunft der KometenforschungThe Future of Cometary Research

Europa feierte bereits 1986 mit derRaumsonde Giotto einen ersten großenErfolg bei der Erforschung von Kometen– Giotto flog damals in 600 KilometerEntfernung am berühmten HalleyschenKometen vorbei und übertrug erste Bil-der eines Kometenkerns zur Erde. Auchnach Rosetta wird es weitere, von derNASA durchgeführte Missionen zur Erforschung von Kometen geben. Die erfolgreiche Deep Impact-Sonde, die2005 mit einem Kupfergeschoss einenKrater auf der Oberfläche des KometenTempel 1 erzeugte und die beim Ein-schlag erzeugte Auswurfwolke analy-sierte, fahndet seit Januar 2008 im Zugedes Projekts EPOXI (Extrasolar Planet Observation and Deep Impact ExtendedInvestigation), nach extrasolaren Planeten.Im Oktober 2010 wird EPOXI außerdemden Kometen Hartley 2 inspizieren.

Und schließlich ist Stardust-NExT (NewExploration of Tempel 1), die frühereStardust-Sonde, nach dem Vorbeiflug amKometen Wild 2 im Jahre 2004 und demAufsammeln von Kometenstaub nununterwegs zu Komet Tempel 1. Dort sollsie während des Vorbeifluges im Februar2011 den Kometen weiter untersuchenund vielleicht sogar den Krater ent-decken, den Deep Impact erzeugt hat.

Die Untersuchung der kleinen Körper desSonnensystems, und insbesondere derKometen, wird in den ersten Jahrzehntendes neuen Jahrtausends einen Schwer-punkt in der Erforschung unseres Son-nensystems darstellen – denn auf diesenHimmelskörpern könnten Antworten zu zwei großen Themen der Forschungzu finden sein: Was passierte in den ersten wenigen Millionen Jahren unseresSonnensystems, und wo sind die Urbau-steine des Lebens zu finden?

Europe has been cheering a first majorsuccess in cometary research yet in 1986.The space probe Giotto was flying in 600 kilometer’s distance by the famouscomet Halley. The first images of a comet’snucleus from close by were spectacular!After Rosetta there will be future mis-sions to explore the world of comets,operated by NASA. The successful DeepImpact mission that shot a copper bulletin the surface of comet Tempel 1, ex-cavating an impact crater and a cloud of ejecta that could be analyzed by theprobe’s instruments, is presently search-ing for extrasolar planets as part of theproject EPOXI (Extrasolar Planet Obser-vation and Deep Impact Extended In-vestigation). In October 2010 EPOXI isprogrammed to inspect comet Hartley 2.

Finally, the Stardust NExT (New Explora-tion of Tempel 1) mission – the formerStardust probe that has been visiting comet Wild 2 in 2004 where it collecteddust particles is now en route to cometTempel 1. During the flyby maneuver inFebruary 2011 the probe will investigatethe comet in more detail and perhapseven detect the impact crater that hasbeen excavated by Deep Impact.

The investigation of the small bodies inthe solar system in general, and cometsin particular, will be a major topic in pla-netary sciences and solar-system researchof the first decades of the new millen-nium. It is because scientists expect tofind on these celestial bodies importantclues concerning two fundamental ques-tions in research: What happened in thefirst few million years in our solar system,and where can we find the buildingblocks of life?

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Das DLR im Überblick

Das DLR ist das nationale Forschungszentrum der BundesrepublikDeutschland für Luft- und Raumfahrt. Seine umfangreichen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten in Luftfahrt, Raumfahrt,Verkehr und Energie sind in nationale und internationale Koope-rationen eingebunden. Über die eigene Forschung hinaus ist dasDLR als Raumfahrt-Agentur im Auftrag der Bundesregierung fürdie Planung und Umsetzung der deutschen Raumfahrtaktivitätensowie für die internationale Interessenswahrnehmung zuständig.Das DLR fungiert als Dachorganisation für den national größtenProjektträger.

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