Venus Express klar til oppskyting

Av Erik Tronstad

Venus Express tegnet i bane rundt Venus. (ESA)

Venus Express er det første romfartøyet som European Space Agency (ESA) prøver å sende til Venus. Fra bane rundt planeten skal det i hovedsak utforske planetens atmosfære, men også hvordan de øvre delene av atmosfæren vekselvirker med solvinden.

Nå er Venus Express ved Bajkonur-kosmodromen i Kasakhstan. Derfra skal romfartøyet skytes opp med en Sojuz/Fregat-bærerakett 9. november 2005 klokken 04.33 norsk normaltid.

Romfartøyet skulle vært skutt opp 26. oktober 2005. Noen dager før oppskytingen oppdaget man imidlertid en del fremmede partikler inne i dekselet rundt Venus Express. Man måtte da utsette oppskytingen, for å finne ut av hva som hadde skjedd og gjøre det rent igjen. Venus Express må skytes opp innen 24. november 2005.

Oppskytingen av Sojuz/Fregat-bæreraketten med Venus Express under nyttelastdekselet på toppen. (ESA)

Romfartøyet

Selve romfartøyet er nesten en tvilling av ESAs Mars Express (se Klart for Europas første fremstøt mot Mars (eRomfart 2003-096)), derav navnet. Sistnevnte gikk inn i bane rundt Mars 25. desember 2003 (se Mars Express i Mars-bane, taust fra Beagle 2 (eRomfart 2003-200)) og er fortsatt aktivt.

«Kroppen» eller «bussen» til Venus Express måler 1,5 m x 1,8 m x 1,4 m, når man ser bort fra sol­celle­pa­nelene. Avstanden mellom ytterpunktene på sol­celle­pa­nelene er omtrent 8 m. Sol­celle­pa­nelene produserer omtrent 800 W med strøm i Jordens avstand fra Solen og 1100 W inne ved Venus. Fordi solstrålingen er mer intens ved Venus enn ved Mars, er arealet på sol­celle­pa­nelene til Venus Express bare omtrent halvparten av for Mars Express.

Til kommunikasjonsformål har romfartøyet to parabolantenner, én med 1,3 m diameter og én med 0,3 m. Dessuten har det to rundstråleantenner.

Romfartøyet under utprøving i vakuumkammer. (ESA/EADS Astrium)

Hovedmotoren, som skal brukes til større banejusteringer og til å få Venus Express inn i Venus-bane, har en skyvekraft på 400 N. De åtte stillingskontrollmotorene har en skyvekraft på 10 N hver.

Hele romfartøyet har en masse på 1270 kg. Av dette utgjør instrumentene 93 kg og drivstoff 570 kg.

Omgivelsene ved Venus er en god del forskjellige fra ved Mars. Først og fremst er Venus mye nærmere Solen. Venus' avstand fra Solen er omtrent halvparten av Mars' avstand. Derfor er varmebelastningen fire ganger større ved Venus enn ved Mars.

Varmeisoleringen er følgelig en viktig forskjell mellom Venus Express og Mars Express. Litt forenklet kan man si mens Mars Express ble bygd for å holde seg varm, er Venus Express bygd for å holde seg avkjølt.

To teknikere forbereder påfylling av oksidasjonsmiddelet nitrogentetroksid på Venus Express 27. september 2005. (ESA)

Venus

I Venus-atmosfæren er et tykt skylag. Det skjuler overflaten i synlig lys og gjør at den ikke er synlig utenfra. Ved hjelp av radar fra Jorden og fra sovjetiske og amerikanske romfartøyer i bane rundt Venus er overflaten tidligere kartlagt med stor nøyaktighet. De beste observasjonene er gjort av det amerikanske romfartøyet Magellan i første del av 1990-årene.

Venus er den planeten som i størrelse og masse er mest lik Jorden av de andre planetene i Solsystemet. Diameteren er 95 % av Jordens og massen 80 %. Samtidig har Venus omgivelser som er ekstreme i forhold til Jordens.

Fra venstre Månen, Venus, Jorden og Mars vist i innbyrdes riktig størrelsesforhold. Bildet av Venus er i falske farger og basert på radarobservasjoner av Magellan. (ESA)

Mens gasstrykket ved jordoverflaten normalt er omkring én atmosfære, er det hele 90 atmosfærer ved Venus-overflaten. Jordatmosfæren består av 77 % nitrogen, 21 % oksygen og har nærmest ubetydelige mengder karbondioksid. På Venus utgjør derimot karbondioksid hele 96 % av atmosfæren. Denne gassen gir en voldsom drivhuseffekt som gjør at overflatetemperaturen på Venus er rundt 470 °C, om lag 400 grader høyere enn den ellers ville vært.

Også i jordatmosfæren er det en drivhuseffekt, men den er mer behagelig. Den sørger for at temperaturen her i gjennomsnitt er omtrent 35 grader høyere enn den ville vært uten. Uten denne drivhuseffekten ville den gjennomsnittlige overflatetemperaturen på Jorden vært rundt -20 °C, og havene hadde vært bunnfrosset, mens den nå er rundt +15 °C.

En gang tidlig i sin historie hadde Venus antakelig store mengder vann, slik Jorden har i dag. Venus har hatt en utviklingshistorie som er dramatisk forskjellig fra Jordens. Det meste av vannet på Venus har fordampet og har drevet bort fra planeten. I dag er Venus en nærmest knusktørr planet.

Ennå vet man for lite om hvorfor Jorden og Venus har hatt så fullstendig ulike utviklingshistorier, til tross for at planetene er så like i størrelse og er naboplaneter. Forskerne håper at Venus Express skal bidra til å gi mer kunnskap om dette.

Vitenskapelige formål

De viktigste vitenskapelige oppgavene for Venus Express er:

• Undersøke den kraftige drivhuseffekten på Venus.
• Studere de hurtige vindene som hele tiden driver atmosfæren rundt planeten.
• Undersøke hvorfor Venus roterer så langsomt og i motsatt retning av Jordens rotasjon. Venus bruker hele 243 døgn på å rotere om sin egen akse.
• Undersøke de merkelige absorpsjonstrekkene i ultrafiolett stråling i om lag 80 km høyde.
• Undersøke Venus' uhyre svake magnetfelt.
• Studere hvordan partikler fra Solen vekselvirker med Venus' øvre atmosfære.

Venus Express (under nyttelastdekselet til høyre) monteres til toppen av Sojuz/Fregat. (ESA/Starsem-S. Corvaja)

Vitenskapelige instrumenter

For å gjennomføre disse oppgavene har romfartøyet med følgende instrumenter:

• Infrarødt Fourier-spektrometer (High Resolution Infrared Fourier Spectrometer (PFS)). Instrumentet skal med stor nøyaktighet måle temperaturer i atmosfæren i 55-100 km høyde over overflaten. Det kan også måle temperaturer på overflaten. Dermed kan instrumentet også brukes til å se etter tegn til eventuell vulkansk aktivitet. Instrumentet skal også måle mengdene av forskjellige gasser i Venus-atmosfæren.
• Ultrafiolett og infrarødt spektrometer for stjerneokkultasjoner og atmosfæreobservasjoner (UV and IR Spectrometer for solar/stellar occultation and Nadir Observations (SPICAV/SOIR)). Også dette skal måle mengder av en del stoffer i Venus-atmosfæren. Særlig skal det prøve å se etter de små mengdene med vanndamp som forskerne regner med er der. Dessuten skal det se etter svovelforbindelser, et tegn på vulkansk aktivitet, og oksygen. Instrumentet skal måle tetthet og temperatur i 80-180 km høyde i atmosfæren.
• Spektrometer som skal observere i ultrafiolett, synlig lys og i det nær-infrarøde området (UV-visible-near IR imaging spectrometer (VIRTIS)). Instrumentet skal observere hvilke stoffer som finnes i den lavere delen av Venus-atmosfæren, under skylagene i 35-40 km høyde. Det skal også kartlegge bevegelsene til skyene i både ultrafiolett og infrarødt. Forskerne vil dermed kunne studere bevegelsesmønstrene i atmosfæren i forskjellige høyder.
• Instrument som skal observere romplasma og energirike atomer (Analyser of Space Plasma and Energetic Atoms (ASPERA)). Instrumentet skal observere vekselvirkningen mellom solvinden (strømmen av partikler fra Solen) og Venus-atmosfæren. Det skal også undersøke hvordan molekyler og ladede partikler unnslipper fra Venus og flyr ut i rommet.
• Overvåkningskamera (Venus Monitoring Camera (VMC)). Dette er et vidvinkelkamera som skal ta bilder av Venus i ultrafiolett, synlig lys og i infrarødt. Kameraet skal ta globale bilder, observere bevegelsesmønstre i atmosfæren og ta bilder av overflaten. Forskerne håper at stråling fra Venus-overflaten i nær-infrarødt slipper nokså uendret gjennom skylagene og ut i rommet. Da håper man å kunne ta bilder i nær-infrarødt av overflaten, bilder med bedre oppløsning enn radarobservasjonene Magellan gjorde. Det vil i så fall være analogt med hva som er tilfelle på Titan. Der spres synlig lys fra overflaten så mye opp gjennom dislagene at det er umulig å se overflaten utenfra. Derimot slipper infrarød stråling uendret gjennom atmosfæren. Cassini kan derfor fotografere Titan-overflaten i infrarødt. Observasjonene fra overvåkningskameraet til Venus Express vil også bidra til å identifisere og forklare fenomener som observeres med de andre instrumentene.
• Magnetometer (MAG). Venus har ikke et eget, indre magnetfelt, i hvert fall er det for svakt til å ha blitt registrert av tidligere romfartøyer. Rundt planeten er det likevel et magnetfelt, men det skyldes vekselvirkningen mellom solvinden og Venus-atmosfæren. Magnetometeret skal undersøke denne vekselvirkningen nærmere, for å gi mer kunnskap om hvilken virkning den har på Venus-atmosfæren.

I tillegg til de seks vitenskapelige instrumentene vil radiosenderen i Venus Express fungere som et slags syvende instrument. Radiostråling fra instrumentet vil mange ganger passere gjennom deler av Venus-atmosfæren, på sin vei til Jorden. Her nede kan man måle de endringene radiosignalet da utsettes for, i forhold til når det ikke passerer gjennom Venus-atmosfæren. Slik vil forskerne få data om massen, tettheten, temperaturen og trykket i Venus-atmosfæren fra 35-40 km og opp til 100 km høyde. Videre vil man får data om de elektriske egenskapene til Venus-overflaten og hvor ujevn eller «ruglete» den er. Radiostrålingen fra Venus Express vil også gi data om solvinden i de indre delene av Solsystemet.

Fregat-trinnets motor brenner for å sende Venus Express (til høyre) ut av jordbane og mot Venus. (ESA)

Ferdplanen

Ferden fra Jorden og innover til Venus kommer til å ta 162 døgn. Fremme ved Venus kommer hovedmotoren til å bli avfyrt i 53 minutter, for å få Venus Express inn i en foreløpig Venus-bane. Banen skal være på 250 km x 350 000 km. Laveste punkt skal ligge over Venus' nordpolområde, høyeste punkt over sydpolområdet.

Om lag fem døgn senere starter en to uker lang serie med banejusteringer. Når den er ferdig, skal Venus Express være i en meget avlang polbane. Banen skal være på 250 km x 60 000 km, med en omløpstid på omtrent 24 timer.

Venus Express skal holdes i drift i to Venus-rotasjoner, det vil si i omtrent 500 døgn. Romfartøyet har med nok drivstoff til å være virksomt i 1000 døgn.

Venus Express nærmer seg Venus. (ESA)