Rundreise am Rand des Sonnensystems Raumsonde New Horizons besucht Pluto

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New Horizons ist eine Mission wie aus dem Bilderbuch. Eine solche Mission hat es seit 25 Jahren nicht mehr gegeben, seit Voyager an Neptun vorbeigeflogen ist. New Horizons wird mit ihren Ergebnissen die Lehrbücher nicht umschreiben, sondern sie überhaupt zum ersten Mal mit Informationen füllen: über Pluto und über den Kuiper-Gürtel. Nach mehr als neun Jahren im Weltraum und auf der weitesten Reise als jede Mission zuvor, befindet sich New Horizons im März 2015 aktuell näher an Pluto als die Entfernung zwischen Erde und Sonne.

Wie es sich für einen Zwergplaneten gehört, ist Pluto kleiner als der Erd-Mond. Trotz seiner geringen Größe und Anziehungskraft wird er selbst von einem eigenen Mond umkreist namens Charon, benannt nach dem Fährmann über den Fluss Styx in der Unterwelt, in Plutos Reich eben. Charon wurde erst 1978 entdeckt, und das, obwohl er halb so groß ist wie Pluto selbst. Der Mond umkreist Pluto so nahe, dass Plutos Atmosphäre ihn bisweilen einhüllt, wenn sich beide der Sonne nähern.

Eis und Gas

Plutos Gashülle verschwindet in den Weltraum, so wie bei einem Kometen, nur in viel größerem, im planetaren Ausmaß. Gleichzeitig liegt seine Oberflächentemperatur mit bis zu -240°C nur knapp über dem absoluten Nullpunkt. Obwohl seine Oberfläche zu einem Großteil von Eis bedeckt sein dürfte, unterliegt Pluto saisonalen globalen Veränderungen.

Das Ziel der Expedition ist es, zu verstehen, wie Planeten ihre Atmosphären verlieren. Dieser Prozess betrifft nämlich nicht nur Zwergplaneten. Es gibt Parallelen zwischen Pluto und beispielsweise Mars. Mars hat kurz nach seiner Entstehung einen Großteil seiner Atmosphäre verloren. Und auch die Erde hat heute nicht mehr ihre ursprüngliche Atmosphäre. Sie ist schon vor langer Zeit ausgetauscht worden.

Landen der Elemente

Plutos Bahn um die Sonne ist stark elliptisch. Er kommt unserem Zentralgestirn bisweilen so nahe, dass er sich innerhalb der Bahn des achten Planeten, Neptun, bewegt. Je weiter er sich der Sonne annähert, desto ausgeprägter wird seine Atmosphäre. Und umgekehrt.

Die Atmosphäre Plutos besteht wohl aus den gleichen Elementen, die man an seiner Oberfläche vermutet, zum Beispiel Stickstoff, Methan und Kohlenmonoxid. Nähert er sich der Sonne, gehen diese Elemente von einem festen direkt in einen gasförmigen Zustand über und bilden die Atmosphäre. Derzeit entfernt sich Pluto jedoch von der Sonne. Irgendwann wird der Punkt kommen, an dem die Atmosphäre ausfriert und ihre Elemente wieder auf der Oberfläche landen.

Reise durch die Zeit

Doch Plutos Umlaufbahn stellt nicht nur den geografischen Horizont unseres Sonnensystems dar. Es ist auch so etwas wie ein zeitlicher Horizont. Diese Expeditionsreise führe nicht nur vier Milliarden Kilometer hinaus ins All, sondern auch vier Milliarden Jahre zurück in die Zeit, so Alan Stern vom Southwest Research Institute in Colorado.

Dort draußen existieren größtenteils noch die Bedingungen aus der Entstehungszeit des restlichen Sonnensystems. Alles, was jenseits von Neptun die Sonne umkreist, gilt als kosmisches Fossil, zu dem man also auch in der Zeit zurückreist.

Hypothesen über Urkollision

Astronomen glauben, dass die Ur-Erde einst mit einem hypothetischen, etwa marsgroßen Himmelskörper namens Theia kollidiert ist. Bei diesem Zusammenprall wurden Teile der noch jungen Erde aus ihr herausgeschlagen, aus denen sich dann – zusammen mit den Überresten Theias – der Mond gebildet hat. Genauso könnte Charon entstanden sein.

Denn dass Pluto seinen größten Mond durch seine Anziehung wo und wie auch immer eingefangen haben könnte, gilt aufgrund der ähnlichen Größe und Masse beider Objekte als nahezu unmöglich. Neben dem fast pluto-großen Mond Charon haben Astronomen bislang vier weitere Monde entdeckt. Sie erhielten die Namen Nix, Styx, Kerberos und Hydra – Hunde, Flüsse, Seeungeheuer und Götter aus der griechischen Mythologie.

New Horizons lässt sich nicht steuern

Doch es gibt Befürchtungen, New Horizons könnte sich beim Entdecken selbst im Weg stehen. Denn der genaue zeitliche und räumliche Ablauf dieser Entdeckungstour durch das Pluto-System steht bereits fest. Bei einer Entfernung von 5 ½ Lichtstunden lässt sich die Raumsonde nämlich nicht von der Erde steuern.

Funksignale bräuchten für die einfache Strecke genauso lange, nämlich 5 ½ Stunden. Bei dieser Verzögerung können die Wissenschaftler am Boden nicht mehr auf spontane Entdeckungen reagieren, wie sie weitere, bislang unbekannte Objekte um Pluto herum darstellen würden.

Schicksal ungewiss

Die Raumsonde hat sich geschont für die vor ihr liegenden Aufgaben und hatte eine eher geruhsame Anreise zu Pluto. 60 Prozent des Fluges verbrachte sie im Tiefschlaf. Diese Schlafzyklen waren zwischen 36 Tagen und 202 Tagen lang. Erst Anfang Dezember 2014 ist New Horizons zum letzten Mal aus dem Winterschlaf erwacht. Mittlerweile sind alle Instrumente eingeschaltet und in Betrieb.

Die größte Annäherung an Pluto wird New Horizons erst im Sommer 2015 erreichen. Die Sorge der Astronomen, bis dahin könnte seine Atmosphäre ausgefroren sein und der Besuch von der Erde quasi zu spät kommen, scheinen nach neuesten Erkenntnissen unbegründet. Obschon sich Pluto auf seiner 248-jahre-langen Umlaufbahn um die Sonne derzeit von der Sonne entfernt, ist seine Atmosphäre in den letzten anderthalb Jahrzehnten eher dicker geworden.

So könnte der Flug von "New Horizons" aussehen, wenn sie im Sommer 2015 auf Pluto und seinen Mond Charon trifft (Foto: Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI) -)
So könnte der Flug von "New Horizons" aussehen, wenn sie im Sommer 2015 auf Pluto und seinen Mond Charon trifft Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI) -

14 Minuten bei Pluto

Nach der fast zehnjährigen Anreise wird im Sommer alles sehr schnell gehen. Am 14. Juli um genau 13:47 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit wird New Horizons in nur 10 000 Kilometern Entfernung an Pluto vorbei fliegen. Weil sie sich dabei mit fast 14 000 Kilometern pro Sekunde bewegt, ist ein Abbremsen unmöglich. Daher kann die Sonde nicht in eine Umlaufbahn um Pluto eintreten.

Vielmehr muss sie all ihre Beobachtungen im Vorbeiflug anstellen. Nur 14 Minuten später, um 14:01 Uhr, wird sie bereits Charon passieren. Am folgenden Morgen dann werden die ersten Daten auf der Erde eintreffen.

Die Reise geht weiter

Bis Oktober wird es dauern, ehe alle Daten zur Erde übertragen sind. Dann hat sich New Horizons längst aus dem Pluto-System entfernt, wird aber auch aus immer größer werdender Distanz über den Sommer noch Messungen anstellen. Und dann – dann geht es auf zu weiteren, neuen „Horizonten“, und zwar zum Kuiper Gürtel.

Die an Objekten vollste Zone unseres Sonnensystems war bis in die 90er Jahre völlig unbekannt. Man weiß mittlerweile, dass unser Sonnensystem sehr gut im Produzieren kleiner Planeten war. Die beiden Gesteinsbrocken des Kuiper-Gürtels kommen nur auf ein bis zwei Prozent der Größe Plutos. Über sie, ihre Zusammensetzung und ihre Oberfläche wissen Astronomen noch überhaupt nichts.

Wasser ohne Sonne?

Doch auch Objekte so weit draußen, am äußersten Rand des Sonnensystems, könnten einen interessanten inneren Aufbau haben, vermutet der Planetologe Hauke Hussmann vom Institut für Planetenwissenschaften des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Berlin.

Denn fraglich ist, ob solche Kleinplaneten groß genug sind, um Wasser flüssig zu halten. Vom Kuiper-Gürtel aus betrachtet ist die warme Sonne nur ein kleiner Stern am Himmel, scheidet als Energiequelle also aus. Weder dringt genügend Licht von ihr bis in den Kuiper-Gürtel noch genügend Wärme.

Schmelztemperatur zählt

Aber auch chemische Prozesse könnten die Existenz flüssigen Wassers ermöglichen. So kann Ammoniak die Schmelztemperatur von Eis absenken. Wasser wäre unter Beimengung von Ammoniak nicht erst bei null Grad flüssig, sondern schon bei tieferen Temperaturen.

Flüssiges Wasser so weit draußen, am äußeren Rand des Sonnensystems nachzuweisen – und sei es unter einem Eispanzer -, wäre eine regelrechte Sensation, die weitere Spekulationen zuließe, glaubt Hauke Hussmann vom DLR.

Ein Flug zu Pluto, einem Kleinplaneten am Rand unseres Sonnensystems und darüber hinaus – nur selten hat sich das Wissen der Menschheit über das Ziel einer Raumflugmission so stark verändert, während die Mission in vollem Gange war. Und die eigentlichen Erkenntnisse, die stehen der Wissenschaft erst noch bevor.

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