Wilkinson Microwave Anisotropy Probe

WMAP

Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP, früher: MAP, auch Explorer 80) ist eine 2001 gestartete US-amerikanische Raumsonde, die bis 2010 in Betrieb war.

Name und Mission

„MAP“ steht als Abkürzung für „Microwave Anisotropy Probe“ und dient zur Erforschung von Unregelmäßigkeiten in der kosmischen Hintergrundstrahlung. Von dieser Strahlung sollte eine Karte angefertigt werden, daher passt auch die Abkürzung „MAP“ (zu dt.: Karte). Im Dezember 2002 wurde die Sonde in „WMAP“ umbenannt, wobei das „W“ für den Physiker David Todd Wilkinson (1935–2002), einen der Entdecker bzw. Erforscher der kosmischen Hintergrundstrahlung steht.

WMAP ist der Nachfolger des Satelliten COBE, der bereits 1989 bis 1992 aus einem Erdorbit diese Strahlung erforschte. WMAP sollte eine um den Faktor 20 verbesserte Karte erstellen. Die Instrumente können Temperaturunterschiede im Bereich von 20 Millionstel Grad messen. Für WMAP wurde auch ein neuer Beobachtungsort ausgewählt: der sonnenabgewandte Lagrange-Punkt L₂. Deshalb ist WMAP hier als Raumsonde und nicht als Satellit eingestuft. Die 840 kg schwere Sonde WMAP wird auch als „Explorer 80“ klassifiziert.

Seit August 2009 vermisst auch die europäische Raumsonde Planck die Strahlung mit dreifacher Auflösung – bei besserer Ausblendung der Störstrahlung. Die WMAP-Mission ging jedoch noch bis 2010 weiter.

WMAP ist eine Kooperation zwischen der Universität Princeton (Verantwortlich: Lyman Page) und dem NASA Goddard Space Flight Center. Leiter des Projekts ist Charles L. Bennett.

Beschreibung der Sonde

WMAP rotiert langsamer als in dieser Animation um die eigene Achse

WMAP ist eine Sonde, die sich in ca. 129 Sekunden um die eigene Achse dreht. Ihr Hauptkörper ist etwa turmförmig und trägt ein „Pseudo-Correlation-Radiometer“ genanntes Instrument, mit zwei Rückseite an Rückseite angebrachten Gregory-Antennen von 1,4 × 1,6 m Hauptspiegelgröße. Die Sekundärspiegel sind 0,9 × 1,0 m groß.^[1] Es misst auf den Frequenzen 22, 30, 40, 60 und 90 GHz. Die Signalanteile, die bei beiden Antennen identisch sind, werden nicht registriert. Das übrig bleibende Signal wird gemessen.^[2] Der Turm steht im Zentrum eines nahezu kreisrunden, ausklappbaren Sonnenschutzschirmes, dessen Speichen sechs Solarzellenflügel bilden, deren Solarzellen auf der Unterseite angebracht sind. Die Unterseite des Sonnenschutzschirms ist ständig zur Sonne ausgerichtet, so dass er die Sonde von der Sonne abschirmt. Der eigentliche Sondenkörper befindet sich dadurch ständig im Schatten und hat deshalb eine sehr niedrige Gleichgewichtstemperatur zwischen der Wärmeerzeugung an Bord und der Wärmeabstrahlung in den Weltraum. Die Betriebstemperatur des Pseudo-Correlation-Radiometers beträgt dadurch zur Rauschunterdrückung weniger als 95 K (−178,15 °C).^[3]

Verlauf der Mission

WMAPs Flug zu L₂

WMAP startete am 30. Juni 2001 auf einer Delta-II 7425-10-Trägerrakete in eine hochelliptische Erdumlaufbahn, auf der sie drei Erdumläufe durchführte, bevor sie beim vierten Umlauf ein Swing-by-Manöver am Mond durchführte und Richtung L₂ geschleudert wurde. In den Lissajous-Orbit um L₂ trat die Sonde am 1. Oktober 2001 ein. Am 20 August 2010 sendete WMAP zum letzten Mal wissenschaftliche Daten und am 20. September wurden die Steuerdüsen gezündet, wodurch WMAP seinen Lissajous-Orbit um L₂ verließ und inzwischen eine Parkbahn um die Sonne erreicht hat.^[4] Die NASA finanziert die Datenauswertung jedoch noch zwei Jahre weiter^[5].

Ergebnisse

Temperaturschwankungen der kosmischen Hintergrund­strahlung, gemessen durch WMAP. Rot entspricht höheren Temperaturen, blau niedrigeren Temperaturen.

Materie- bzw. Energie-Anteil des Universums zum jetzigen Zeitpunkt (oben) und zur Entkopplungszeit (unten), 380.000 Jahre nach dem Urknall.

Hauptaufgabe von WMAP ist die Messung der Temperaturverteilung der kosmischen Hintergrundstrahlung (gemessen wird die Planck'sche Strahlungstemperatur). Die Messungen decken den gesamten Himmel ab. Die gemessenen Temperaturfluktuationen sind bedingt durch die Materieverteilung im Universum zum Zeitpunkt der Entkopplung von Strahlung und Materie wenige hunderttausend Jahre nach dem vor etwa 13,7 Milliarden Jahren erfolgten Urknall. Die Strahlung ist insgesamt extrem homogen, die Schwankungen relativ zum Mittelwert, der gegenwärtig bei etwa 2,7 Kelvin liegt, betragen etwa 5·10⁻⁵. Die Ergebnisse von WMAP sind von herausragender Bedeutung für die Kosmologie:

• Zur Zusammensetzung des Universums ergibt WMAP Werte von 4 % konventioneller Materie, 23 % Dunkler Materie und 73 % Dunkler Energie (In der Frühphase des Universums war die Zusammensetzung anders.)
• Die Datenlage lässt auf ein Universum mit flacher (Euklidischer) räumlicher Geometrie schließen.
• Die Expansion des Universums dauert aufgrund des erheblichen Beitrages Dunkler Energie ewig an.
• Das Alter des Universums wird auf 13,7 Milliarden Jahre geschätzt.
• Erste Sterne gab es im Universum bereits vor 13,5 Milliarden Jahren.

Nachfolgemission

Eine Nachfolgemission, das Planck-Weltraumteleskop, wurde im Mai 2009 mit einer Ariane-Rakete gestartet.

Siehe auch

• Liste der unbemannten Raumfahrtmissionen

Einzelnachweise und Fußnoten

1. ↑ http://map.gsfc.nasa.gov/mission/observatory_optics.html
2. ↑ Spezielle astronomische Satelliten
3. ↑ http://map.gsfc.nasa.gov/mission/observatory_spec.html
4. ↑ NASA:NASA's WMAP Project Completes Satellite Operations Datum: 6 Oktober 2010, Abgerufen: 8. Oktober 2010
5. ↑ Spaceflight Now: WMAP finishes nine-year probe of infant universe, von Stephen Clark Datum: 6. Oktober 2010 Abgerufen: 8. Oktober 2010

Weblinks

 Commons: WMAP – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• NASA: Mission webpage
• Raumfahrer.net: MAP erreicht Etappenziel
• www.wissenschaft.de: Die Himmelskarte von WMAP – Analyse der kosmischen Hintergrundstrahlung bestätigt Theorien zur Entstehung des Universums
• Wilkinson Microwave Anisotropy Probe Daten englisch)
• Ergebnisse auf arXiv:astro-ph/0302207 v3 5 Jun 2003, First Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP1) Observations:Preliminary Maps and Basic Results (englisch)
• Bernd Leitenberger: Spezielle Astronomische Satelliten, mit einem Abschnitt über WMAP

Satelliten und Raumsonden des Explorer-Programms (Liste)

Explorer 1 · 2 · 3 · 4 · 5 · S-1 · 6 (S-2) · 7 (S-1a) · S-46 · 8 (S-30) · S-56 · 9 (S-56a) · S-45 · 10 (P-14) · 11 (S-15) · S-45a · S-55 · 12 (EPE-A) · 13 (S-55a) · 14 (EPE-B) · 15 (EPE-C) · 16 (S-55b) · 17 (AE-A) · 18 (IMP-A) · 19 (AD-A) · BE-A · 20 (IE-A) · 21 (IMP-B) · 22 (BE-B) · 23 (S-55c) · 24 (AD-B) · 25 (IE-B) · 26 (EPE-D) · 27 (BE-C) · 28 (IMP-C) · 29 (GEOS-A) · 30 (SE-A) · 31 (DME-A) · 32 (AE-B) · 33 (IMP-D) · 34 (IMP-F) · 35 (IMP-E) · 36 (GEOS-B) · 37 (SE-B) · 38 (RAE-A) · 39 (AD-C) · 40 (IE-C) · 41 (IMP-G) · 42 (SAS-A) · 43 (IMP-H) · 44 (SE-C) · 45 (SSS-A) · 46 (MTS-A) · 47 (IMP-I) · 48 (SAS-B) · 49 (RAE-B)· 50 (IMP-J) · 51 (AE-C) · 52 (IE-D) · 53 (SAS-C) · 54 (AE-D) · 55 (AE-E) · DAD-A · DAD B · 56 (ISEE-1) · 57 (IUE) · 58 (HCMM) · 59 (ISEE-3/ICE) · 60 (SAGE) · 61 (Magsat) · 62 (DE-A) · 63 (DE-B) · 64 (SME) · 65 (CCE) · 66 (COBE) · 67 (EUVE) · 68 (SAMPEX) · 69 (RXTE) · 70 (FAST) · 71 (ACE) · 72 (SNOE) · 73 (TRACE) · 74 (SWAS) · 75 (WIRE) · 76 (TERRIERS) · 77 (FUSE) · 78 (IMAGE) · 79 (HETE-2) · 80 (WMAP) · 81 (RHESSI) · 82 (CHIPSat) · 83 (GALEX) · 84 (Swift) · 85 (THEMIS-A) · 86 (THEMIS-B) · 87 (THEMIS-C) · 88 (THEMIS-D) · 89 (THEMIS-E) · 90 (AIM) · 91 (IBEX) · 92 (WISE) · NuSTAR · IRIS · GEMS