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Raumfahrt Warum Pluto uns so fasziniert

Die amerikanische Raumfahrtbehörde Nasa sorgt gerade mit ihrer Curiosity-Mission für viel Wirbel. Doch während der Rover Proben nimmt, könnte eine zweite Mission Antworten auf noch größere Fragen bringen: die zum Zwergplaneten Pluto.

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Die Grafik zeigt die Sonne aus Sicht des Pluto. Der Zwergplanet ist so weit entfernt, dass die Sonne nur noch wie ein heller Stern aussieht. Quelle: dapd

Das Bild sieht ein bisschen aus wie moderne Kunst. Zwei rot-gelbe Punkte auf pechschwarzem Grund. Ein größerer unten links in der Ecke, ein kleinerer oben rechts. Das beschriebene Foto ist die beste Aufnahme, die bisher vom Zwergplaneten Pluto und seinem Mond Charon existiert. Gelungen ist sie im vergangenen September amerikanischen Astronomen mit dem Gemini-Nord-Teleskop, das auf der hawaiianischen Vulkaninsel Mauna Kea stationiert ist.

Die für den Laien spärlich wirkende Gemini-Aufnahme wurde mit Begeisterung in der Forschung aufgenommen. Jede Information aus den Pluto-Gefilden weit draußen am äußeren Rand unseres Sonnensystems wird regelrecht aufgesaugt, denn nur wenig über die Himmelskörper dort bekannt ist. Doch das soll sich in den kommenden Jahren ändern.

Aktuell ist die Nasa-Mission „New Horizons“ auf dem Weg in Richtung Pluto, um den Zwergplaneten genauer unter die Lupe zu nehmen. Pluto und Charon, die auf der Gemini-Aufnahme zu sehen sind, sowie weitere vier Pluto-Monde gehören zu tausenden Himmelskörpern, über die die Forschung bisher so gut wie nichts weiß. „Die sogenannten TNO, also transneptunische Objekte, befinden sich am Rande unseres Sonnensystems“, erklärt Dr. Miriam Rengel, Astrophysikerin am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Konkret bedeutet das: Pluto liegt richtig weit weg, er ist 40mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde. Schaut man vom Zwergplaneten aus auf die Sonne, dürfte die Hauptenergiequelle der Erde nur noch wie ein heller Stern aussehen. Und während die Erde nur ein Jahr benötigt, um die Sonne zu umrunden, braucht Pluto 248 Jahre.

Dieser entfernte Teil des Sonnensystems interessiert Miriam Rengel vom Max-Planck-Institut besonders. Seit Jahren erforscht die Astrophysikerin die transneptunischen Himmelskörper. „Was wir dort untersuchen, sind die ursprünglichsten Objekte unseres Sonnensystems, außerhalb der Umlaufbahn von Neptun“, erklärt sie. Das Sonnensystem ist vor mehr als vier Milliarden Jahren entstanden und umfasst die Sonne und die sie umkreisenden Planeten sowie deren natürliche Satelliten, die Zwergplaneten und weitere Kleinkörper. In ihnen ist Materie aus jener Entstehungszeit konserviert. „Forschungs-Ergebnisse von so weit draußen könnten uns Aufschlüsse darüber geben, wie die Erde und die anderen Planeten eigentlich entstanden sind“, sagt Rengel. Auf diese Frage hat die Wissenschaft bisher keine Antwort. In der Forschung ist man sich sicher, dass Pluto und die anderen TNO aus der gleichen Materie bestehen, wie die anderen Himmelskörper im Sonnensystem.

Die "New Horizons" ist kurz vorm Ziel

50 Jahre Weltraumforschung
La Silla ObservatoriumDie Sterne rotieren während einer Nacht um den südlichen Himmelspol am La Silla-Observatorium der ESO im Norden Chiles. Die diffusen Bereiche auf der rechten Seite des Bildes sind die Magellanschen Wolken, zwei kleinen Begleitgalaxien unserer Milchstraße. Die im Vordergrund sichtbare Kuppel beherbergt das 3,6-Meter-Teleskop mit dem HARPS-Instrument, dass dem zur Zeit erfolgreichsten Exoplanetenjäger der Welt. Das kastenförmige Gebäude unten rechts beherbergt das 0,25-Meter-TAROT-Teleskop, das so konstruiert ist, dass es besonders schnell auf Gammastrahlenausbrüche reagieren kann. Weitere Teleskope auf La Silla sind das 2,2-Meter-MPG/ESO Teleskop und das 3,6-Meter-New Technology Telescope, das erste Teleskop an dem aktive Optik zum Einsatz kam und somit Vorläufer aller modernen Großteleskope. La Silla war das erste Observatorium der ESO und ist nach wie vor eines der führenden Observatorien auf der Südhalbkugel. Quelle: Pressebild
ALMADer ESO-Fotobotschafter Babak Tafreshi hat dieses bemerkenswerte Bild der Antennen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Arrays (ALMA) vor der Kulisse der prächtigen Milchstraße aufgenommen. ALMA ist eine internationale Einrichtung, die gemeinsam von Europa, Nordamerika und Ostasien in Zusammenarbeit mit der Republik Chile getragen wird. Bei Entwicklung, Aufbau und Betrieb des Observatoriums ist die ESO zuständig für den europäischen Beitrag, das National Astronomical Observatory of Japan für Ostasien und das National Radio Astronomy Observatory für den nordamerikanischen Beitrag. Das Joint ALMA Observatory übernimmt die übergreifende Projektleitung für den Aufbau, die Inbetriebnahme und den Beobachtungsbetrieb von ALMA. Die Detailfülle in diesem Foto bestätigt die unübertroffenen Beobachtungsbedingungen für die Astronomie auf dem 5000 Meter hohen Chajnantor-Plateau in Chiles Atacama-Region. Die Aufnahme zeigt die Sternbilder Carina (der Schiffskiel) und Vela (das Segel). Die dunklen, schmalen Staubwolken der Milchstraße erstrecken sich von der Mitte links oben zur Mitte rechts unten. Der helle, orangefarbene Stern links oben ist Suhail im Sternbild Vela, der ähnlich orange gefärbte Stern in der oberen Bildmitte ist Avior im Sternbild Carina. Nahe dieser Sterne formen drei blaue Sterne ein „L“: die zwei linken davon gehören zum Segel, der rechte zum Schiffskiel. Genau in der Bildmitte zwischen diesen Sternen leuchtet der rosafarbene Carinanebel (eso1208). Quelle: Pressebild
Die MilchstraßeDie zentralen Bereiche unserer Heimatgalaxie, der Milchstraße, beobachtet im nahen Infrarot mit dem NACO-Instrument am Very Large Telescope der ESO. Da sie seit mehr als 16 Jahren die Bewegungen der Sterne in unmittelbarer Umgebung verfolgen, konnten Astronomen die Masse des Schwarzen Lochs bestimmen, das sich dort verbirgt. Quelle: Pressebild
 Das Handout der Zeitschrift «NATURE» zeigt eine Illustration eines schwarzen Loches in einem Kugelsternhaufen. Quelle: dpa
PferdekopfnebelDieses Gebilde nennen die Astronomen den Pferdekopfnebel. Die Farbkomposition des Nebels und seiner unmittelbaren Umgebung basiert auf drei Einzelbelichtungen im sichtbaren Licht, die am 1. Februar 2000 mit dem FORS2-Instrument am 8,2-Meter Kueyen-Teleskop auf dem Paranal aufgenommen und dem wissenschaftlichen Archiv des VLTs entnommen wurden. Quelle: Pressebild
WeihnachtsbaumhaufenDiese Farbaufnahme zeigt eine Himmelsregion namens NGC 2264, die die leuchtend blauen Sterne des Weihnachtsbaumhaufens und den Konusnebel enthält. Aufgenommen wurde das Bild durch vier verschiedene Filter (B, V, R und H-alpha) mit dem Wide Field Imager am La Silla Observatorium der ESO in 2400 Metern Höhe. Der abgebildete Nebel hat einen Durchmesser von etwa 30 Lichtjahren. Quelle: Pressebild
OrionnebelAuch diese Großfeldansicht des Orionnebels (Messier 42) entstand in Chile. Das VISTA-Infrarotdurchmusterungsteleskop am Paranal-Observatorium der ESO zeichnete den Nebel auf, der sich in einer Entfernung von 1350 Lichtjahren von der Erde befindet. Mit dem riesigen Gesichtsfeld des neuen Teleskops lässt sich der gesamte Nebel zusammen mit seiner Umgebung in einer einzigen Aufnahme abbilden. Beobachtungen im Infraroten ermöglichen es, auch in die Bereiche des Nebels vorzudringen, die sonst von Staubwolken verdeckt sind, und machen die aktiven, jungen Sterne sichtbar, die sich darin verbergen. Quelle: Pressebild

Entsprechend wird die Nasa-Mission „New Horizons“ von Experten aus aller Welt genau beäugt. Seit dem 19. Januar 2006 ist die Raumsonde bereits unterwegs. Ein Jahr nach dem Start passierte die Sonde den Riesenplaneten Jupiter und nimmt seitdem Kurs auf den Kuiptergürtel, den Ring, der außerhalb der Neptunbahn und damit weit entfernt von der Sonne liegt. Hier soll eben auch Pluto näher untersucht werden.

Für die Mission ist das Timing entscheidend. Denn Pluto zieht seinen Bahnen um die Sonne sehr exzentrisch. Dadurch kommt er der Sonne zwar auf der einen Seite bis auf 4,4 Milliarden Kilometer nahe, auf der anderen Seite kann er sich aber auch 7,4 Milliarden Kilometer entfernen. Derzeit befindet sich der Zwergplanet recht nah an der Sonne, und das ist nur knapp über alle 120 Jahre der Fall.

Fakten rund um den Zwergplaneten Pluto

Sieben Jahre nach dem Start der „New Horizons“ nähert sich die Sonde langsam ihrem Ziel. Zum Vergleich: Curiosity landete nicht einmal ein Jahr nach dem Start am 26. November im August 2012 auf dem Mars. Im Juli 2015 wird die Expedition zum weit entfernten Pluto ihr Ziel erreicht haben und den Zwergplaneten in etwa 9600 Kilometern Entfernung passieren. Entsprechend erfreut waren die Wissenschaftler über die Aufnahmen des Teleskops aus Hawaii vom September 2012. „Die neuen Resultate kommen zur rechten Zeit“, sagte NASA-Forscher Steve Howell damals gegenüber der Presse. Anhand der jüngsten Aufnahme ließen sich die Positions- und Bewegungsdaten zu Pluto und Charon überprüfen und verfeinern. Für die Detailplanung des Vorbeiflugs der Sonde sei dieses Wissen von großer Bedeutung. Da die Raumsonde mit über 48.000 Stundenkilometern sehr schnell unterwegs ist, könnte schon die Kollision mit einem kleinen Korn die Sonde zerstören.

Das Tempo der Sonde hat noch eine andere Konsequenz. „Weil die New Horizons stark beschleunigen musste, um ihr Ziel zu erreichen, lässt sie sich nicht ohne weiteres abbremsen“, erklärt Ralf Jaumann, Forscher am Institut für Planetenforschung am deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum auf Nachfrage. Die hohe Geschwindigkeit und die geringe Gravitation von Pluto erlauben kein Einschwingen in eine Umlaufbahn und schon gar keine Landung. Anders als auf dem Mars wird daher auf dem Zwergplaneten Pluto kein Rover zum Einsatz kommen. Die New Horizon fliegt stattdessen in 9600 Kilometern Entfernung an dem Zwergplaneten vorbei. Die Forschung muss quasi im Flug geschehen.

Eiskalte Oberfläche

Curiosity kommt in die Jahre
März 2017Curiosity hat inzwischen deutliche Abnutzungsspuren. Ein Routine-Check der Reifen im März zeigt, dass es am linken mittleren Reifen zwei Brüche der sogenannten Stege im Profil gibt. Der Rover hat während seiner Reise über den Roten Planeten inzwischen etwa 16 Kilometer zurückgelegt. Curiosity-Projektmanager Jim Erickson sagte, alle sechs Reifen hätten trotz der sichtbaren Schäden noch genug Lebenszeit, um den Rover zu allen geplanten Orten zu bringen. Die regelmäßige Überwachung der Reifen wurde eingeführt, nachdem die Forscher im Jahr 2013 deutlich mehr Dellen und Löcher in den Rädern entdeckt hatten, als erwartet worden war. Tests auf der Erde hatten gezeigt, dass der Bruch von drei Stegen zeigt, dass etwa 60 Prozent der Lebenserwartung des Reifens erreicht sind. Curiosity hat aber bereits deutlich mehr als diesen Anteil an der geplanten Strecke zurückgelegt. Quelle: NASA/JPL-Caltech/MSSS
US-Präsident Barack Obama verlässt das Weiße Haus - und auch Curiosity verabschiedet sich. Quelle: Screenshot
Mars: Curiosity untersucht Meteoriten Quelle: NASA, JPL-Caltech, LANL, CNES, IRAP, LPGNantes, CNRS, IAS, MSSS
September 2016Die Kuppen und herausstehenden Felsen aus Schichtgestein am Mount Sharp entstanden wohl aus von Wind abgelagertem Sand. Sie erinnern stark an Wüstenlandschaften auf der Erde, etwa im Grand Canyon oder dem Monument Valley. Quelle: NASA
September 2016Der Rover sendet neue Fotos vom Mars: Im Hintergrund der Aufnahme ist der Rand des Gale-Kraters zu sehen, in dem Curiosity seit 2012 aktiv ist. Geologisch ist die Region besonders interessant, da sie die Untersuchung zahlreicher Gesteinsschichten ermöglicht. Der etwa fünf Kilometer hohe Mount Sharp liegt in der Mitte des Gale-Kraters. Quelle: NASA
Juli 2016Curiosity kann jetzt seine eigenen Ziele für die Laser-Analyse auswählen. Bisher wurden diese von der Erde aus anhand von Fotos ausgewählt. Die Wissenschaftler auf der Erde werden dadurch aber nicht ersetzt: Die neue Funktion soll vor allem dann zum Einsatz kommen, wenn die Nasa-Forscher anderweitig beschäftigt sind. Curiosity sendet auch nicht ständig Bilder, sondern am Ende seiner Wegstrecken. Bisher könnten wichtige Objekte auf Fahrten daher übersehen worden sein. Quelle: NASA
Curiosity: Mars hatte wahrscheinlich einst eine sauerstoffreiche Atmosphäre Quelle: dpa

Dafür hat die Sonde etliche Instrumente an Bord. Mittels Infrarotkameras, Radiowellen, Ultraviolett- und Elektronenspektrometern und einem Instrument zur Messung von Staubpartikeln soll versucht werden, möglichst genau die Oberflächenstruktur des Pluto zu untersuchen. Mit bisherigen Mitteln wie Hochleistungsrechnern, Simulationen, dem Weltraumteleskop Hubble und Herschel und Boden-Teleskopen hat man schon einiges über Pluto herausfinden können. So weiß man, dass der Himmelskörper über eine mittlere Dichte von rund zwei Gramm pro Kubikzentimeter verfügt, woraus die Wissenschaftler schließen, dass er zu 70 Prozent aus Gestein und zu 30 Prozent aus Wasser besteht. „Weil es auf dem Pluto sehr kalt ist, ist dort nicht nur das Wasser sondern auch etliche Stoffe wie Methan, CO2 und Ammoniak gefroren“, erklärt Ralf Jaumann. Messungen haben bisher ergeben, dass die Oberfläche von Pluto -230 Grad Celsius kalt ist. Das sind bis zu 30 Grad weniger als die Temperatur der dünnen Atmosphäre, die Pluto umgibt. Seitens der Wissenschaft wird vermutet, dass dies auf die Verdunstungskälte von Methan zurückzuführen ist, das vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht.

Viel detaillierter sollen nun die Forschungsergebnisse der „New-Horizons“-Mission werden. „Gemessen wird vor allem die thermische Strahlung mit empfindlichen Infrarotgeräten“, erklärt Astronomin Miriam Rengel. Dabei ist das Maß Albedo entscheidend. Mit der Einheit wird die Menge an Licht gemessen, die von nicht selbst leuchtenden Oberflächen, zurück gestrahlt wird. In der Meteorologie werden so Aussagen darüber möglich, wie stark sich die Luft über verschiedenen Oberflächen erwärmt. „Es lässt sich ermitteln aus welchem Material die Oberfläche des Pluto besteht“, erklärt Rengel. Eine derartige Karte des Zwergplaneten könne wiederum Hinweise darauf geben, wie Pluto entstanden ist. Und damit auch Aufschlüsse über die Bewegung und die Entstehung des gesamten Sonnensystems geben. „Eigentlich geht es bei diesen Forschungen um die schlichte Frage, warum es die Erde gibt und wie das Sonnensystem sich gebildet hat“, erklärt Rengel.

Auf den Spuren der Voyager

Starke Sprüche aus dem All
Die erste Mondlandung war auch ein Ereignis der großen Gesten und pathetischen Worte. Neil Armstrongs erster Satz beim Verlassen der Landefähre ist längst Legende. Dass es auch ein paar Nummern kleiner geht, belegt die folgende Auswahl von Sprüchen aus dem All. Quelle: AP
"Hat man eine Erde gesehen, hat man alle gesehen."Harrison Schmitt (Apollo 17) über den Anblick der Erde aus dem All. Quelle: NASA
"Oh Gott, was ist das für ein Ding!" Vorschlag von Michael Collins, Apollo 11, für die ersten Worte eines Menschen auf dem Mond. Quelle: NASA
"Ein kleiner Schritt für einen Menschen, aber ein großer Schritt für die Menschheit."Neil Armstrongs (Apollo 11) Worte beim Verlassen der Mondlandefähre belegen, dass Collins' Vorschlag letztlich nicht angenommen wurde. Quelle: NASA
"Für Neil mag es ein kleiner Schritt gewesen sein, für mich ist es ein großer."Charles Conrad (Apollo 12), dritter Mensch auf dem Mond, beim Verlassen der Landefähre. Conrad war der kleinste aller Apollo-Astronauten, die den Mond betraten. Quelle: NASA
"Wir sind hier die Nummer 1 auf der Rollbahn."Edwin Aldrin (Apollo 11), nachdem er vom Kontrollzentrum der Nasa die Freigabe für den Start von der Mondoberfläche erhalten hatte. Quelle: NASA
"Houston, den Weihnachtsmann gibt es wirklich."James Lovell (Apollo 8) nach einer Mondumrundung, bei der die Apollo-8-Astronauten als erste Menschen die Rückseite des Mondes gesehen hatten. Quelle: NASA

Des weiteren treibt die schlichte wissenschaftliche Neugier die Forschung an. „Wir wissen eigentlich gar nicht genau, was uns da draußen erwartet“, sagt Ralf Jaumann. Bekannt sei nur, dass es noch etwa geben muss, was bisher nicht entdeckt wurde. Dunkle Materie nennt die Forschung das große Unbekannte.

Und so stößt die Menschheit immer weiter in das All vor. Die über 510 Millionen Euro teure „New-Horizon“- Expedition ist nicht der erste Versuch mehr über den Kuipergürtel und die Himmelskörper darin zu erfahren. Die Voyager 1“ und die Schwestersonde „Voyager 2“ sind seit 35 Jahren unterwegs und haben bei ihrem Weiterflug inzwischen Regionen erreicht, in der Einflüsse außerhalb des Sonnensystems zu spüren sind. Laut Nasa seien die Sonden kurz davor, in den interstellaren Raum einzudringen. Für die Wissenschaft ist das wie die Fahrt über den Atlantik, zu Zeiten, in denen die Menschen noch an die Erdenscheibe glaubten.

Voyager 1 wird das erste vom Menschen gebaute Objekt sein, das das Sonnensystem verlässt. Weil noch nie ein Raumschiff so weit im All unterwegs war, ist nicht klar, wann diese Grenze erreicht sein wird. Die Energie der Instrumente an Bord reicht noch für etwa sieben Jahre.

In Arbeit
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Gleichzeitig blickt die Wissenschaft gespannt auf die „Rosetta“-Mission. Diese wird im nächsten Jahr starten und hat ein mutiges Ziel: Erstmals soll eine Landeeinheit einer Raumsonde auf einem Kometen aufsetzen. Auch Kometen gelten als gute Quelle über den Ursprung unseres Sonnensystems. Bei den Himmelskörpern handelt es sich um unregelmäßig geformte Brocken aus Staub und Eis, die sich wie Pluto aus den äußeren Bereichen des Sonnensystems stammen. Einer Theorie zufolge könnten Kometen der Grund für Leben auf der Erde sein. Einige Forscher gehen davon aus, dass ein Teil des Wassers auf dem blauen Planeten von Kometeneinschlägen stammt.

Die Raumsonde „New Horizons“ wird, sofern nichts dazwischen kommt, noch bis 2026 unterwegs sein. Sobald sie Pluto passiert hat, geht die Reise weiter hinaus ins All – auf den Spuren der Voyager.

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