Nasa-Sonde auf dem Pluto Back to the roots
Düsseldorf · Nach mehr als neun Jahren und fast 5 Milliarden Kilometern erreicht die Nasa-Sonde "New Horizons" am Dienstag den mysteriösen Eiszwerg Pluto am Rand unseres Sonnensystems. Es ist nichts weniger als die Suche nach unserem Ursprung.
Was will "New Horizons" am Pluto?
Am 14. Juli ist es 50 Jahre her, dass die US-Sonde "Mariner 4" nach mehreren Fehlschlägen erstmals erfolgreich am Mars vorbei flog und Daten aus nächster Nähe von unserem Nachbarn im All lieferte. Exakt ein halbes Jahrhundert später schafft die Sonde "New Horizons" etwas noch Bedeutsameres: In "nur" rund 12.000 Kilometer Entfernung wird sie Pluto passieren. Am Rand unseres Sonnensystems. Knapp 4,8 Milliarden Kilometer von uns entfernt, dort, wo das All noch düsterer scheint.
Damit hat die Menschheit fast alle größeren Objekte unseres Sonnensystems mindestens einmal besucht. Es ist das Ende des ersten Zeitalters der Weltraumforschung und der Beginn einer neuen Ära: Wir kennen nun unsere nähere kosmische Nachbarschaft und können die nächsten Schritte ins All planen — bis hin zur Landung des ersten Menschen auf dem Mars.
Was ist so besonders am Pluto?
Astronomen waren zum Ende des 19. Jahrhunderts bei der Beobachtung der Planeten Uranus und Neptun seltsame Abweichungen von ihrer berechneten Bahn aufgefallen. Irgendetwas musste noch da draußen sein. Etwas, das groß und schwer genug war, um die Planetenbahnen zu stören. Über Jahrzehnte suchte man den Himmel ab. Am 18. Februar 1930 hatte dann der junge Beobachter Clyde Tombaugh Erfolg. Er entdeckte Pluto. Und der war anders als die bekannten Planeten: Mit 2368 Kilometer Durchmesser ist er kleiner als unser Mond (3476 Kilometer). Und für einen Umlauf um die Sonne benötigt er erstaunlich lange 248 Jahre. Während die anderen Planeten außer Merkur zudem einem fast kreisförmigen Orbit um die Sonne folgen, ist Plutos Bahn um einiges exzentrischer. Er kommt in 248 Jahren der Sonne auf 4,4 Milliarden Kilometer nahe — und entfernt sich dann wieder bis auf 7,4 Milliarden Kilometer. Noch kurioser ist, dass seine Bahn nicht zu Merkur, Venus, der Erde, Mars, den Gasriesen Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun zu passen scheint. Die bewegen sich mehr oder weniger in einer Ebene, der sogenannten Ekliptik, um die Sonne. Plutos Bahn aber ist um 17,14 Grad gegen diese Ebene geneigt.
Keiner versteht Pluto
Etwas ist anders an Pluto. So anders, dass er lange Zeit falsch verstanden wurde. Zunächst hielt man ihn für einen entlaufenen Mond des Neptun, der sich quasi selbstständig gemacht hatte. Dann war er ein Planet, bis ihm die Astronomen 2006 — nur Monate nach dem Start von "New Horizons" — den Planetenstatus aberkannten und aus ihm einen Zwergplaneten oder Eiszwerg machten. Diese Degradierung hatte Gründe: Pluto hat die doppelte Dichte von Wasser. Damit ist er zu dicht und zu klein für Gasriesen wie Jupiter oder Saturn, aber er ist nicht dicht genug für einen erdähnlichen "festen" Planeten. Stattdessen besteht Pluto aus einem harten Gesteinskern und vor allem aus Eis. So tief gefroren, dass es fest erscheint. Zudem entdeckte man Ende der 70er Jahre etwa 20.000 Kilometer von Pluto entfernt noch Charon. Zunächst hielt man ihn für den Mond des Eiszwergs. Doch mit rund 1210 Kilometer ist er fast halb so groß wie Pluto und hat etwa ein Zehntel seiner Masse. Nur für einen Mond ist das zu groß und zu schwer. Mittlerweile gelten die beiden als zwei Zwergplaneten, die sich gegenseitig umkreisen. Zwischen 2005 und 2012 entdeckte man aber, dass Pluto tatsächlich Monde hat: Nix und Hydra, Kerberos und Styx. Sie sind zwischen zehn und 113 Kilometer groß.
Ist Pluto der einzige seiner Art?
Astronomen haben mehrere Körper entdeckt, die Pluto und Charon überaus ähnlich sind. Auch darum schuf man eine neue Klasse: die Zwergplaneten oder Eiszwerge. Sie sind Relikte aus der frühen Phase der Entstehung unsers Sonnensystems. Gefrorene Zeugnisse der wilden Zeit vor mehr als vier Milliarden Jahren, als die Planeten sich formten und die leichten Gase an den Rand gedrückt wurden. Dort kondensierten sie zu Eisklumpen, die sich um einen festen Gesteinskern zusammenballten. Eine Chance, zu echten Planeten zu werden, hatten sie aber nicht. Dafür wurden einige vor allem durch die Gravitation der Gasriesen so aus ihrer Bahn geworfen, dass ihr Orbit sich extrem verformt hat — wie bei Pluto. Sie bewegen sich in dem relativ flachen Kuiper-Gürtel zwischen 4,5 und 7,5 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt. Mittlerweile sind 1000 von geschätzt 70.000 Objekten in dem Gürtel bekannt. Viele sind wie die Pluto-Monde nur 50 bis 100 Kilometer groß, einige aber wie Eris haben einen Durchmesser von 2326 Kilometer. Damit ist er fast so groß wie Pluto.
Was wissen wir über Pluto?
Die Erde ist im Vergleich 455-mal schwerer, aber nur sechsmal so groß. An seiner Oberfläche herrscht ein 15-tel der Erdschwerkraft: Ein Mensch mit 100 Kilogramm Masse würde sich auf dem Pluto fühlen, als wäre er nur knapp sieben Kilogramm schwer. Das mag für einige verlockend klingen, wenn es denn auf dem Eiszwerg etwas gemütlicher wäre. Seine Oberfläche besteht bei Temperaturen zwischen -218 und -238 Grad aus gefrorenem Eis, Stickstoff, Methan und Kohlenmonoxid. "New Horizons" hat zudem bereits bestätigt, dass der Eiszwerg rot ist — weil das schwache Licht der Sonne selbst dort noch chemische Reaktionen auslöst. Das Ergebnis sind Moleküle, die Plutos Oberfläche rötlich erscheinen lassen.
Zudem hat der Eiszwerg eine sehr dünne, aber dafür mit 3000 Kilometer Höhe recht ausgeprägte Atmosphäre aus Stickstoff, Kohlenmonoxid und Spuren von Methan. Und es gibt sogar ein Plutowetter: Wo die Sonne scheint, geht das Eis ohne Umweg von festen sofort in den gasförmigen Zustand über und kondensiert dann wieder an schattigeren Stellen. Die Folge sind Winde, Wolken, Nebel und vermutlich sogar Schnee aus Stickstoff-Flocken. Grob kennen wir also den Eiszwerg wie einen entfernten Bekannten, im Detail aber sind viele Fragen offen — auf die "New Horizons" Antworten finden soll.
Was misst "New Horizons" genau?
Die 478 Kilogramm schwere Sonde von der Größe eines Konzertflügels (0,7 Meter hoch, 2,1 Meter lang, 2,7 Meter breit) hat sieben Instrumente an Bord. "New Horizons" wird nicht nur detaillierte Bilder der Oberfläche mit einer Auflösung von etwa 50 Metern liefern, sondern auch die Zusammensetzung Plutos und Charons kartieren sowie die genaue Temperaturverteilung messen. Zudem wird die Sonde die Atmosphäre analysieren und untersuchen, wie stark der Sonnenwind, ein beständiger Teilchenstrom von der Sonne, ist. Und eine 30 mal 46 Zentimeter große Detektorplatte erfasst, wie viele Staubpartikel seit dem Start im Jahr 2006 eingeschlagen sind und wie schwer sie waren. Das liefert Hinweise darauf, wie oft Asteroiden, Kometen und auch Eiszwerge miteinander kollidieren. Diese Platte trägt den Namen Venetia nach Venetia Burney: Die damals Elfjährige schlug 1930 in einem Wettbewerb den Namen "Pluto" für den vom Clyde Tombaugh entdeckten Himmelskörper vor und gewann.
Wie wird "New Horizons" mit Strom versorgt?
So weit entfernt von der Sonne können Solarzellen die Sonde nicht mit Strom versorgen. Daher sind knapp elf Kilogramm Plutonium an Bord. Dessen radioaktiver Zerfall liefert Energie, die in Strom umgewandelt wird. Wenn "New Horizons" Pluto erreicht, liegt die Leistung bei 200 Watt. Zum Start betrug sie noch 230 Watt. Um so viel Energie wie möglich zu sparen, war die Sonde während ihres Fluges die meiste Zeit im "Tiefschlaf".
Was kostet die Mission und warum fliegt "New Horizons" nur am Pluto vorbei?
Die Mission kostet rund 700 Millionen Dollar oder über zehn Jahre gerechnet: 25 US-Cent pro Jahr und US-Bürger. Würde die Sonde in eine Umlaufbahn um Pluto einschwenken, würden diese Kosten explodieren. Aufgrund der geringen Schwerkraft von Pluto müsste "New Horizons" extrem abbremsen und die Geschwindigkeit um mehr als 90 Prozent reduzieren. Es würde etwa 1000-mal mehr Treibstoff benötigt, als die Sonde transportieren kann.
Wie genau läuft der Vorbeiflug ab?
Die Sonde wird Pluto im Abstand von 12.500 Kilometer und Charon im Abstand von 28.800 Kilometer passieren — mit 14,5 Kilometer pro Sekunde oder etwas mehr als 52.000 km/h relativ zur Sonne. Die gesammelten Daten wird "New Horizons" indes nicht sofort senden. Zum einen dauert es 4,5 Stunden, bis ein Signal die Erde erreicht. Zum anderen ist die Datenverbindung über die 2,1-Meter-Parabol-Antenne recht langsam — mit 0,002 Megabit pro Sekunde. Irdische Internet-Anschlüsse bieten zwischen 16 und bis zu 200 Megabit pro Sekunde. Bei so langsamen Datenraten kann die Sonde ihre Ergebnisse nicht auf einen Schlag senden. Sie speichert sie auf einer Festplatte und schickt sie nach und nach zur Erde. Erst im November 2016 werden alle Daten vorliegen.
Was können wir aus den Daten lernen?
Aus Erkenntnissen über die Eiszwerge und ihre Entstehung vor mehr als vier Milliarden Jahren können wir besser verstehen, wie sich unser Sonnensystem in seiner Anfangsphase entwickelt. Weil zudem das Material aus jener Zeit auf dem Pluto konserviert ist, erfahren wir etwas über die Zusammensetzung des noch jungen Planetensystems — vor allem über das Wasser und die Kohlenstoffverbindung zu jener Zeit: zwei der essenziellen Bausteine für das Leben auf unserem Planeten. Pluto hilft uns auch zu verstehen, wie ein Himmelskörper mit schwacher Schwerkraft langsam seine Atmosphäre verliert — durch das Zusammenspiel mit dem Sonnenwind und der Ultraviolett-Strahlung der Sonne. Ein Prozess, der so ähnlich wahrscheinlich auch auf der frühen Erde stattgefunden hat, die dadurch ihre ursprüngliche Wasserstoff-Helium-Atmosphäre verloren hat. Erst danach konnten die Bedingungen entstehen, die unsere Existenz heute möglich machten.
Zudem erhoffen sich die Wissenschaftler neue Erkenntnisse über den mysteriösen Kuiper-Gürtel. Schließlich stammt von dort vielleicht auch jener Komet, der vor 65 Millionen Jahren auf der Erde einschlug und das Ende der Dinosaurier einläutete. Pluto und Charon bieten uns auch die Gelegenheit, eine kosmische Partnerschaft zweier so großer und schwerer Himmelskörper zu untersuchen, ihre Wechselwirkung zu verstehen und mehr über die Entstehung des engen Bandes zwischen den beiden Zwergen zu erfahren. Das könnte uns Hinweise liefern, wie unser Erde-Mond-System entstanden ist. Derzeit geht man davon aus, dass der Prozess vergleichbar war: Zwei größere Himmelskörper kollidierten. In unserem Fall bildeten sich daraus die Erde und der Mond. Im Fall von Pluto und Charon zwei in der Größe und Masse ähnlichere Objekte. Schon jetzt überraschend ist aber, dass Pluto und Charon auf den Aufnahmen von "New Horizons" nicht die gleiche Farbe haben und etwas anders zusammengesetzt scheinen.
Wie geht es mit "New Horizons" weiter?
Schon jetzt scheint klar, dass die Sonde ihre Mission nach dem Vorbeiflug an Pluto nicht einfach beenden wird. Sie wird vermutlich noch ein weiteres Objekt im Kuiper-Gürtel anfliegen. Zwei Kandidaten hat man bereits im Auge. Ob es dazu kommt und welches Objekt es sein wird, entscheidet sich frühestens im August. Wenn es zu einem weiteren Vorbeiflug kommt, wird man in vier bis fünf Jahren Vergleichsdaten haben. Anschließend aber wird "New Horizons" unser Sonnensystem langsam verlassen und in die Weiten des Alls fliegen.
