Abrixas

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Die ABRIXAS-Mission

 

Einführung

Mit einer Himmelsdurchmusterung, mit der der Himmel ohne Einschränkungen vollständig aufgenommen wird, wird nicht nur die Grundlage für Neuentdeckungen gelegt, sondern man erhält mit ihr auch große Objekt-Stichproben für statistische Untersuchungen. Nicht zuletzt deckt das unbegrenzte Gesichtsfeld einer Himmelsabtastung mit einem abbildenden Teleskop auch ausgedehnte Objekte und großräumige Strukturen des Universums auf.

Dies hat der Röntgensatellit ROSAT bereits überzeugend mit seiner nahezu vollständigen Durchmusterung im weichen Röntgenband zwischen 0,1 keV and 2,4 keV gezeigt. Das wissenschaftliche Ziel der ABRIXAS-Mission besteht darin, eine Himmelsdurchmusterung bei Energien von ~0.5 keV bis ~12 keV durchzuführen, womit diese nicht nur die ROSAT-Durchmusterung zu höheren Energien ergänzen, sondern durch den Einsatz einer neuentwickelten charge coupled device (pn-CCD) Detektor-Kamera, die verglichen mit dem positionsempfindlichen Proportionalzähler von ROSAT auf einer vollständig neuen Technologie beruht, auch ein besseres spektrales und räumlichen Auflösungsvermögen besitzen wird.

 

Wissenschaftliche Zielsetzung

Mit der ABRIXAS-Mission werden voraussichtlich einige zehntausend Röntgenquellen gefunden, worunter mindestens 10.000 Neuentdeckungen sein werden, Quellen, deren weiche Röntgenstrahlung durch Staub und Gas absorbiert wird und daher von ROSAT nicht nachgewiesen werden konnte. ABRIXAS wird damit eine Vorreiterrolle für die geplanten großen Röntgen-Missionen wie die amerikanische AXAF-, die europäische XMM- und die japanische ASTRO-E-Mission übernehmen.

ABRIXAS wird mit seiner vergleichsweisen hohen spektralen und räumlichen Auflösung diffuse großräumige Strukturen, die sich durch ihre weitläufige Ausdehnung dem relativ kleinen Gesichtsfeld einer Röntgenteleskop-Pointierung entziehen, detalliert spektroskopieren. Diese Untersuchungen werden unsere Kenntnis durch die ROSAT-Durchmusterung über nahegelegne Supernova-Überreste, über das diffuse Emissionsgebiet der galaktischen Scheibe und über Galaxienhaufen vervollständigen und das detallierte Studium komplexer Zustände von interstellaren und intergalaktischen Plasmen erlauben.

Außerdem können mit ABRIXAS die räumliche Verteilung und hochwertige Spektren des diffusen extragalaktischen Hintergrundes gewonnen werden, die nach der Identifizierung der thermalen galaktischen Beiträge durch ihre Linienemission im einzelnen untersucht werden können. Hiermit kann man dann nach Fluktuationen suchen, die durch die großräumige Strukturen des Universums verursacht werden, sowie nach Merkmalen in der rotverschobenen Eisenlinie, die dadurch zustande kommen, daß sich Linien mehrerer aktiver galaktischer Kerne überlagern.

Schließlich kann mit ABRIXAS's Facettenauge, das den Himmel in einem regelmäßigen Muster abtastet, das Zeitverhalten heller Röntgenquellen in einem großen Bereich zwischen Sekunden und Jahren überwacht und aufgezeichnet werden.

 

Satellit und Nutzlast

Das gemeinsame wissenschaftliche Projekt des Astrophysikalischen Instituts Potsdam (AIP), des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik (MPE), und des Instituts für Astronomie und Astrophysik Tübingen (IAAT) konzentriert sich auf die Durchmusterung des gesamten Himmels, der hierbei in Großkreisen abgetastet wird ähnlich wie bei ROSAT. Die dreijährige Missionsdauer ermöglicht eine volle Abdeckung des Himmels in einem Energieband zwischen 0,4 und 12 keV mit einer Winkelauflösung von besser als einer Bogenminute. Dabei ist die Empfindlichkeit von ABRIXAS in dem Energieband, das mit dem von ROSAT überlappt (z.B. bei 1 keV), mit der von ROSAT vergleichbar.

Das optische System besteht aus sieben gleichen Wolter-I Teleskopen mit einer Brennweite von 160 cm, wobei sich jedes dieser sieben wiederum aus siebenundzwanzig ineinandergeschachtelte 30 cm langen Spiegelschalen zusammemsetzt mit Durchmessern zwischen 163 mm und 76 mm. Die sieben Bildebenen teilen sich eine gemeinsame 6 cm × 6 cm XMM pn-CCD Matrix. Danach divergieren also ihre optischen Achsen; ihre Gesichtsfelder, jedes ungefähr 40' im Durchmesser, bilden untereinander einen Winkel von ~7° und zeichnen ein hexagonales Muster am Himmel. Die Versetzung zweier Umlaufbahnen von 4' in ekliptischer Länge liefert eine kontinuierliche Abdeckung des Himmels.

Der abbildende pn-CCD Detektor, der bei ABRIXAS eingesetzt wird, ist einschließlich seiner Elektronik baugleich mit dem EPIC-Maxi Detektor, der vom MPE/IAAT für XMM entwickelt wurde. Er wird jedoch bei einer höheren Temperatur betrieben, da ABRIXAS im Gegensatz zu XMM die Erde in einer erdnahen Kreisbahn umrundet. Das führt dazu, daß die niedriegste Energie, mit der Photonen nachgewiesen werden können, zwischen 0,3 keV und 0,5 keV liegt. Die einzigartigen Eigenschaften dieses Detektors sind seine hohe Empfindlichkeit (95% bei 10 keV) und seine ~70 ms Zeitauflösung bei einer parallelen Vollrahmenauslese. Diese hohe Zeitauflösung (70 ms entsprechen einem Abtastweg von 17") ist notwendig, um eine Quellenverschmierung entlang der Abtastrichtung zu vermeiden.

ABRIXAS - Technische Daten

Teleskop-System	7 Wolter-I Teleskope;, 27 elektrogeformte Ni-Schalen pro Teleskop
Detektor	6 × 6 cm² XMM pn-CCD, Pixelgröße 150µ, aufgeteiltes Gesichtsfeld
Betriebstemperatur	-80°C, Umgebungskühlung
Raumschiff	3-achsen drehimpulsstabilisiert, kontinuierlich drehend
Lagekontrolle	1 Drallrad, 3 magnetic torquers
Lagesensoren	2 Sonnensensoren, 3-achsen Magnetometer, 1 Laser-Gyro als Redundanz
Lagebestimmung	2 Sternkameras, global positioning system (GPS)
Größe	2.5 × 1.8 × 1.2 m³
Masse	~460 kg
Leistungsaufnahme	~200 W
Umlaufbahn	~580 km Kreisbahn, 48.5° Inklination
Start	KOSMOS-Rakete, April 1999, Kapustyn Yar, Russland
Lebensdauer	drei Jahre
Durchmusterungsanzahl	sechs, bei einer mittleren Belichtungszeit von 4,000 s

Der preisgünstige Kleinsatellit mit einer Masse von 460 kg wird von der Orbital- und Hydrotechnologie Bremen GmbH (OHB) - mit dem Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) als Unterauftragnehmer für das Lagekontrollsystem - entwickelt und gebaut und mit einer von Polyot gekauften KOSMOS-Rakete in eine erdnahe Kreisbahn geschickt. Die Röntgenspiegel werden von Carl Zeiss hergestellt und in der PANTER-Testanlage des MPE kalibriert und getestet. Der abbildende CCD-Detektor wird vom MPI/MPE Halbleiterlabor (HLL) entwickelt und gebaut. Ein Teil der Auslese-Elektronik wird vom IAAT zur Verfügung gestellt.

Das Gesamtmanagement liegt beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) als Nachfolgeorganisation der DARA und die Bodenstation wird von ihrem Raumflugbetrieb (DLR/GSOC) unterhalten.

ABRIXAS wird voraussichtlich im April 1999 mit einer KOSMOS-Rakete vom russischen Kapustyn Yar, 150  km östlich von Wolgograd, gestartet.