ASPERA-4 - ein Instrument auf dem VenusExpress Orbiter
Analyzer of Space Plasmas and EneRgetic Atoms
ist ein hoch-integriertes kompaktes Detektorsystem zur Analyse von leichten und schweren Ionen, Elektronen und Neutralteilchen. Es wurde entwickelt, um vom Venus Express Orbiter aus die Plasma- und Neutralteilchen-Umgebung der Venus zu untersuchen. ASPERA-4 wird erstmals energetische Neutralteilchen (ENAs) im Energiebereich 100eV - 10keV bei Venus vermessen. Das Instrument ist dem 
ASPERA-3 Instrument auf Mars Express sehr ähnlich.
Wissenschaftliche Ziele
Das primäre Ziel des ASPERA-4 Experiments ist die Untersuchung der Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Atmosphäre der Venus und die Beschreibung der Plasma- und Neutralteilchen-Umgebung des Planeten durch Energetic Neutral Atom (ENA) Imaging und lokale Plasma-Messungen. ENA Imaging ist eine neue Technik, um Wechselwirkungsprozesse in dünnen Gasen zu untersuchen. ENAs werden durch Ladungsaustausch zwischen einfach-geladenen Ionen und Neutralgas der Exosphäre und oberen Atmosphäre eines Planeten erzeugt. Da ENAs ungeladen sind werden sie nicht von elektromagnetischen Feldern beeinflußt, sondern bewegen sich geradlinig wie Photonen. Sie eignen sich daher, um ein globales Bild der Wechselwirkungsregion um einen Planeten zu erhalten.
Einzelne Zielsetzungen:
-
Bestimmung der instantanen globalen Verteilung von Plasma und Neutralgas um Venus
-
Quantifizierung des Atmosphärenverlusts durch Plasmaprozesse
-
Veränderung der Hochatmosphäre durch Sonnenwindionen
-
Dynamik und Erosion der Ionosphäre bei wechselnder solarer Aktivität
Der Hintergrund dieser Studien bei Venus ist die fundamentale Frage, warum sich die Atmosphären von Erde, Mars und Venus so unterschiedlich entwickelt haben. Die Erdatmosphäre wurde immer durch das irdische Magnetfeld vor Erosion durch den Sonnenwind geschützt. Bei Mars verschwand das interne Magnetfeld ungefähr 500 Millionen Jahre nach der Entstehung des Planeten und die Atmosphäre ging nahezu vollständig verloren. Bei Venus gibt es bisher keine Anzeichen von Resten eines internen Magnetfeldes (obwohl hier das Venus Express Magnetometer neue Resultate zeigen könnte). Aber die höhere Gravitation von Venus im Vergleich zu Mars hat vermutlich eine totale Erosion der Atmosphäre verhindert. Trotzdem wissen wir von früheren Missionen, dass es in der Venusatmosphäre keine Spuren von Wasser mehr gibt. Wie das Wasser verloren ging, ist eine der Fragen, die wir hoffen, mit ASPERA-4 beantworten zu können.
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Instrument Beschreibung
ASPERA-4 besteht aus 4 Sensoren:
-
NPI (Neutral Particle Imager)
mißt den integralen Neutralteilchen-Fluss ohne Massen- und Energieauflösung bei hoher räumlicher Auflösung
-
NPD (Neutral Particle Detector)
unterscheidet Massen (Wasserstoff und Sauerstoff) und Geschwindigkeit (im Bereich 0.1-10keV) von Neutralteilchen
-
ELS (Electron Spectrometer)
bestimmt die Elektronenverteilung bei thermischen und hohen Energien (bis 40keV)
-
IMA (Mass resolving Ion Analyser)
misst die Hauptionenkomponenten (H+, H2+, He+, O+), molekulare Ionen mit 20 bis 80 amu/q und bis zu 160 amu/q in staubigen Plasmen mit Energien zwischen 100 eV und 40 keV/q
Um die räumliche Abdeckung zu erhöhen sind NPI, NPD und ELS auf einer drehbaren Plattform montiert.
ASPERA-4 Technische Daten
| |
NPI |
NPD |
IMA |
ELS |
| Teilchen |
ENA |
ENA |
Ionen |
Elektronen |
| Energie, keV |
0.1 - 60 |
0.1 - 10 |
0.01 - 40 |
0.001 - 20 |
| Energieaufl. dE/E |
- |
80% |
10% |
7% |
| Massenaufl. |
- |
H, O |
M/dM = 5 |
- |
| Blickfeld |
9° x 344° |
9° x 180° |
4.6° x 360° |
10° x 360° |
| Winkelaufl. (FWHM) |
4.6° x 11.5° |
5° x 30° |
5° x 22.5° |
5° x 22.5° |
| G-Factor/pixel, cm2 sr |
2.5 x 10-3 |
6.2 x 10-3 |
3.5 x 10-4 |
3 x 10-4 |
| Effizienz, % |
1 |
1 - 25 |
n/a |
n/a |
| Zeitauflösung, s |
1 |
1 |
192 |
4 |
MPS Beteiligungen
ASPERA-4 wurde in einer großen internationalen Kooperation zwischen mehr als 10 europäischen und amerikanischen Institutionen geplant und gebaut. Das Team wird geleitet von R. Lundin (Swedish Institute of Space Physics, Kiruna). Das MPS lieferte, in Kooperation mit IDA (Universität Braunschweig) und IFSI, Rom, die Elektronik des NPD Sensors und übernimmt eine führende Rolle in der wissenschaftlichen Datenanalyse.
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