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Venus Express - Experimente 

PFS

Bild vergrößernDas Planetary Fourier Spectrometer (PFS)
©ESA
»Venus Express
Mit dem PFS-Experiment (Planetary Fourier Spectrometer) an Bord des Venus Express-Orbiters werden hauptsächlich die Bestandteile der Venusatmosphäre sehr genau erforscht. Auch zur Bestimmung der molekularen und mineralogischen Zusammensetzungen des Venusbodens wird das Instrument eingesetzt.

Das Gerät wiegt insgesamt 31,4 kg. Das Messprinzip funktioniert wie folgt: Komplexe Moleküle werden dadurch erfasst, dass die empfangene Strahlung nach ganz bestimmten charakteristischen Wellenlängen ("Farben") durchsucht wird. Unterschiedliche chemische Substanzen verschlucken (absorbieren) unterschiedliche Farben des Sonnenlichts und sie strahlen (emittieren) unterschiedliche Infrarotstrahlung ab. Mit dem PFS-Experiment wird ein Wellenlängenbereich von 1,2 - 45 Mikrometer abgedeckt.

Das PFS ist ein Zweikanalspektrometer. Die einfallende Strahlung wird je nach Wellenlänge in einen der beiden Kanäle gelenkt. Das geschieht mit einem schräggestellten Spiegel, der aus einem Material besteht, das langwellige Strahlung von über 5 Mikrometer passieren lässt, kürzere Wellenlängen aber reflektiert. In beiden Kanälen wird die Strahlung mittels Interferometern in ihre "Farben" zerlegt. Die kurzwellige Strahlung (1,25 - 4,8 Mikrometer) wird von einem gekühlten PbSe-Photodetektor erfasst. Dessen Temperatur wird auf etwa minus 60 Grad Celsius gehalten, um das Eigenrauschen des Gerätes möglichst gering zu halten und auch noch schwache Spektrallinien detektieren zu können. Die langwellige Strahlung (5 - 45 Mikrometer) wird mit einem pyroelektrischen LiTaO3-Detektor gemessen. Auch dieser Detektor wird gekühlt. Seine eigene Wärmestrahlung dient als Vergleichsgröße mit der einfallenden Infrarotstrahlung. Im kurzwelligen Kanal können 8.000, im langwelligen Kanal 2.000 "Farben" (Spektralpunkte) unterschieden werden.

Notwendigerweise geht die exzellente spektrale Auflösung zu Lasten der Sehschärfe. Diese beträgt 1,6 Grad für die kurzwellige und 2,8 Grad für die langwellige Strahlung. Aus einer Höhe von 250 km (Perizentrum) entspricht das einer räumlichen Auflösung von 7 - 12 km auf dem Venusboden. Dank der hohen Farbauflösung des PFS kann das Instrument das Vorkommen geringster chemischer Bestandteile der Atmosphäre detektieren.

Im Bereich des Perizentrums nähert sich die Sonde auf ihrem exzentrischen Orbit für etwa 3 Stunden dem Planeten auf unter 4.000 km an. Das ist der Zeitraum bei jedem Umlauf, in dem das Infrarot-Spektrometer PFS etwa 500-600 Messungen durchführt. Die dabei anfallende Datenmenge ist derart enorm, dass sie noch innerhalb des Instruments durch ein bestimmtes mathematisches Verfahren, der "Fast Fourier-Transformation FFT", komprimiert werden muss, woraus sich auch der Name des Experimentes ableitet.

Bild vergrößernAbsorptionsspektrum des PFS-Experiments
©CNR-IFSI
»Venus Express

Die Untersuchungsziele im Überblick:
  • Erstellung eines globalen 3D Bildes des Temperaturfelds und des Wärmewinds im Bereich von 55 bis 100 km
  • Aufnahmen der oberen Wolkenstruktur
  • Messung der Vorkommen an SO2, CO, H2O, SO2, HCl, HF und die Suche nach H2S, CH4 und anderen Gasen von 60 bis 70 km Höhe
  • Aufnahmen des Sauerstoffleuchten bei einer Wellenlänge von 1,27 µm
  • Messung des entweichenden thermalen Fluxes
  • Untersuchung der Atmosphärenzusammensetzung (CO, COS, H2O, SO2, HCL) unter den Wolken
  • Untersuchung der Wolkendichte
  • Messung des Temperaturgradienten von 0 km bis 10 km Höhe und Messung der Oberflächentemperatur
  • Suche nach vulkanischer Aktivität


Bei der Erforschung des Kohlendioxid- und Wasserdampfgehalts der Venusatmosphäre ergänzen sich PFS und das SPICAV-Experiment, das nach einem ähnlichen Messprinzip arbeitet. Während mit PFS die untere Atmosphäre untersucht wird, wird mit SPICAM die Kohlendioxiddichte im Höhenbereich 20 - 300 km bestimmt. Insbesondere bei der Frage nach dem globalen Zyklus des Wasserdampfes im Verlauf der Jahreszeiten liefern SPICAV und PFS gemeinsam wertvolle Daten.





 
 
 
 

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22.02.2015

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Autor dieses Artikels:  Prof. Dr. Bruno Deiss

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