OSIRIS: Das wissenschaftliche Kamerasystem der Rosetta-Mission  

OSIRIS (Optical, Spectroscopic, and Infrared Remote Imaging System) ist das wissenschaftliche Kamerasystem an Bord der ESA-Mission Rosetta zum Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko.

OSIRIS umfasst zwei Kameras: eine hochauflösende Telekamera (Narrow Angle Camera - NAC) und eine Weitwinkelkamera (Wide Angle Camera - WAC). Mit ihnen beobachtet OSIRIS den Kometen und untersucht die physikalischen und chemischen Prozesse, welche unter und auf der Oberfläche sowie in der Nähe des Kometenkerns stattfinden. Darüber hinaus kartiert OSIRIS die Morphologie des Kometen und bestimmt die lokale Topographie und die drei-dimensionale Gestalt des Kometenkerns.

Die Stärke von OSIRIS ist die Beobachtung des Kometenkerns und dessen unmittelbarer Umgebung mit einer hohen räumlichen und zeitlichen Auflösung. Die spektrale Empfindlichkeit umfasst das reflektierte Kontinuum des Sonnenspektrums bis hin zur thermischen Emission des Kometen.

Nach dem Start von Rosetta am 2. März 2004 wurde OSIRIS für mehrere wissenschaftliche Beobachtungen aktiviert. Auf dem Weg zum Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko konnte OSIRIS eine Reihe wichtiger Messungen vornehmen:

• Die Beobachtung des Kometen 9P/Tempel 1 anlässlich des Deep Impact Events am 4. Juli 2004
• Ein Swing-by-Manöver am Mars am 26. Februar 2007
• Der Vorbeiflug am Asteroiden 2867 Steins am 5. September 2008
• Zwei Swing-By-Manöver an der Erde im November 2007 und November 2009
• Die Beobachtung der Kollision zweier Hauptgürtel-Asteroiden im Februar 2010
• Vorbeiflug am Asteroiden 21 Lutetia am 10. Juli 2010
• Die Beobachtung des Kometen 67P aus einem Abstand von mehr als 1 AE im März 2011

Rosetta erreichte den Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko am 6. August 2014. Die Raumsonde verblieb mehr als 2 Jahre am Kometen, um die Oberfläche und die physikalischen Prozesse der Kometenaktivität im Detail zu untersuchen. Rosetta beobachtete das Aufwachen des Kometen mit zunehmender Annäherung zur Sonne, das Maximum der Aktivität bei der größten Sonnenannäherung im August 2015, sowie den Rückzug des Kometen in das äußere Sonnensystem. Die Landung der Raumsonde auf dem kleinen Teilkörper des Kometenkerns beendete die Mission am 30. September 2016 mit einem großen Finale.

Das OSIRIS-Kamerasystem wurde unter der Führung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) (Projektleiter: Holger Sierks) von einem Konsortium mit 9 Instituten aus 5 europäischen Ländern und der ESA entwickelt und gebaut. Die dem Konsortium angehörigen Institute sind: MPS (Göttingen, Deutschland), LAM (Marseille, Frankreich), UPD (Padua, Italien), IAA (Granada, Spanien), Universität Uppsala (Schweden), ESTEC (ESA, Noordwijk, Niederlande), UPM (Madrid, Spanien), INTA (Madrid, Spanien) und IDA (Braunschweig, Deutschland).

Wissenschaftliche Ziele:

Das Hauptziel von OSIRIS ist die Untersuchung der physikalischen und chemischen Prozesse, die unter und auf der Oberfläche, sowie in der Nähe des Kometenkerns auftreten. OSIRIS erlaubt den Wissenschaftlern vor allem den Ausstoß von Gas und Staub aus unterschiedlichen Regionen des Kometenkerns zu bestimmen und in aktiven Regionen Unterschiede in der Oberflächenmineralogie, der Topographie und der lokalen Sonneneinstrahlung miteinander zu vergleichen. Die wichtigsten wissenschaftlichen Ziele sind:

• Die Bestimmung der Größe, der Form und der Dichte des Kerns des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko
• Die Bestimmung der Rotationseigenschaften des Kometen
• Die Beobachtung der Aktivität und der Entwicklung des Kometenkerns während des Orbits um die Sonne 
• Die Untersuchung der chemischen Zusammensetzung der Kernoberfläche und der nahen Umgebung des Kerns

Das Instrument im Detail:

OSIRIS besteht aus zwei Kameras: einer hochauflösenden Telekamera (NAC) und einer Weitwinkelkamera (WAC). Beide sind Off-Axis Spiegelsysteme, ausgestattet mit jeweils zwei Filterrädern, welche über je 8 Positionen verfügen, und rückwärtig beleuchteten CCD-Detektoren mit 2048x2048 Pixeln mit einer Pixelgröße von 13,5 µm.

Die Telekamera NAC (Narrow Angle Camera)

Die Telekamera (NAC) wurde ausgelegt, um hochauflösende Bilder der Oberfläche des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko aus Entfernungen von über 500 000 km bis zu 1 km (Auflösung ~2 cm pro Pixel aus 1 km Abstand) zu erhalten. Die Kamera ist in der Lage kleine Staubpartikel in der Nähe des Kometenkerns mit einem Helligkeitverhältnis von 1/1000 zu erkennen. Die 12 Farbfilter der NAC bilden das Reflektivitätssspektrum der Kernoberfläche über einen Spektralbereich von 250 bis 1000 nm ab. Die NAC hat ein quadratisches Gesichtsfeld von 2,2 x 2,2 Grad mit einem Gesichtsfeld (Instantaneous Field of View) von 18,6 µ rad (3,8 Bogensekunden) pro Pixel und einem Öffnungsverhältnis von f/8. Die Kamera ist ein Anastigmat mit drei Spiegeln und einer Brennweite von 717 mm. Das Gewicht beträgt 13,2 kg.

Die Weitwinkelkamera WAC (Wide Angle Camera)

Die WAC wurde ausgelegt, um Bilder der kernnahen Umgebung des Kometen zu liefern. Das Hauptziel dieser Kamera ist die Beobachtung der Intensität von Gasemissionen und des an Staubteilchen gestreuten Sonnenlichts in Abhängigkeit von der Position und des Beobachtungswinkels in der Nähe des Kerns. Die WAC verfügt über 14 Farbfilter im Spektralbereich von 240 bis 720 nm. Sieben der schmalbandigen Filter lösen Gasemissionslinien der Kometenkoma auf; Referenzfilter messen das Staubkontinuum bei Wellenlängen zwischen den Gasemissionslinien. Die WAC hat ein Gesichtsfeld von 12 x 12 Grad mit einer Winkelauflösung von 101 µ rad (20,5 Bogensekunden) pro Pixel und einem Öffnungsverhältnis von f/5,6. Die Kamera ist ein Anastigmat mit zwei aphärischen Spiegeln und einer Brennweite von 140 (sag)/131 (tan) mm. Die WAC wiegt 9,5 kg.

Wichtige Parameter der NAC und der WAC:

	NAC	WAC
Optisches Design	3 off-axis Spiegel	2 off-axis Spiegel
Winkelauflösung [μrad px-1]	18.6	101
Brennweite [mm]	717.4	140 (sag)/131 (tan)
Masse [kg]	13.2	9.48
Gesichtsfeld [°]	2.20 - 2.22	11.35 - 12.11
Blendenzahl	8	5.6
Räumliche Skala bei 100 km [m px-1]	1.86	10.1
Filterbandpass [nm]	40	5
Wellenlängenbereich [nm]	250 - 1000	240 - 720
Anzahl der Filter	12	14