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Astronomie: Aufbruch zum Pluto

Eine Raumsonde soll den fernsten Planeten besuchen und anschließend in den Kuiper-Gürtel weiterfliegen, um den weitgehend unerforschten Rand unseres Sonnensystems zu erkunden.


Noch vor etwa zehn Jahren betrachteten die meisten Astronomen den Planeten Pluto als buchstäblichen Außenseiter in unserem Sonnensystem. Der Sonne am nächsten sind die vier kleinen Gesteinsplaneten Merkur, Venus, Erde und Mars. Viel weiter außen kreisen die vier Gasriesen Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Getrennt werden diese beiden Bereiche durch den Asteroiden-Gürtel, in dem unzählige Kleinplaneten die Sonne umrunden. Die symmetrisch um diese Zone gruppierten acht Planeten bewegen sich im selben Umlaufsinn auf nahezu kreisförmigen Bahnen, die nur wenig zur Ebene der Erdbahn, der Ekliptik, geneigt sind. Pluto aber passt mit seiner exzentrischen und zur Ekliptik stärker geneigten Umlaufbahn nicht in dieses Schema. Er erschien den Planetologen als seltsamer Einzelgänger am eisigen Rand unserer kosmischen Heimat.

Einige Wissenschaftler, insbesondere der holländisch-amerikanische Astronom Gerard Kuiper, meinten aber schon in den 40er und 50er Jahren des 20. Jahrhunderts, Pluto sei eventuell gar kein Einzelgänger, sondern eher das hellste eines großen Ensembles von Objekten jenseits der Neptun-Bahn, deren Umlaufbahnen zur Ekliptik mehr oder weniger stark geneigt seien. Später bezeichneten die Planetologen dieses hypothe-tische Reservoir als Kuiper-Gürtel und spekulierten über dessen Eigenschaften. Doch jahrzehntelang schlugen alle Versuche fehl, die Myriaden eisiger Objekte tatsächlich zu beobachten.

In den späten 80er Jahren erkannten die Wissenschaftler im Kuiper-Gürtel eine mögliche Quelle für Kometen. Zwar schienen die meisten dieser Schweifsterne aus einer bereits 1950 vom holländischen Astronomen Jan Hendrik Oort postulierten, weit ausgedehnten sphärischen Wolke zu stammen. Aber als man die bis dahin bekannten Kometen nach ihrer Umlaufzeit um die Sonne sortierte, trat ein zweites Herkunftsgebiet zutage. Während die Bahnneigungen der langperiodischen Kometen völlig zufällig verteilt sind, weisen viele kurzperiodische Kometen nur geringe Bahnneigungen zur Ekliptik auf. Somit schien es zusätzlich ein ringförmiges Kometenreservoir zwischen der Neptun-Bahn und der Oort’schen Wolke zu geben, das sich bequem mit dem Kuiper-Gürtel gleichsetzen ließ.

Dieser Hinweis trieb die Astronomen zurück an die Fernrohre: Erneut begann die Suche nach leuchtschwachen Objekten jenseits des Neptuns. Inzwischen gab es elektronische Detektoren, welche die Suche erheblich empfindlicher machten als früher – und so ließ der Erfolg diesmal nicht lange auf sich warten.

Jenseits des Horizonts

Im Jahre 1992 entdeckten Astronomen am Mauna-Kea-Observatorium auf Hawaii das erste Kuiper-Gürtel-Objekt. Es war nur ein Zehntausendstel so hell wie Pluto, und mit schätzungsweise 240 Kilometern Durchmesser ist es nur ein Zehntel so groß (siehe "Der Kuiper-Gürtel", Spektrum der Wissenschaft 7/1996, S. 56). In der Folgezeit vermochten die Beobachter über 600 weitere Himmelskörper im Kuiper-Gürtel aufzuspüren. Ihre Durchmesser haben Werte zwischen 50 und 1200 Kilometern.

Das ist aber sozusagen nur die Spitze des Eisbergs. Denn bisher haben die Astronomen nur einen kleinen Bereich des Himmels durchmustert. Extrapoliert man die Zahl der dort aufgefundenen Objekte auf die gesamte Sphäre, so müsste es etwa 100000 Objekte im Kuiper-Gürtel geben, die größer sind als 100 Kilometer. Der Kuiper-Gürtel stellt sich somit als vergrößertes Abbild des Asteroiden-Gürtels heraus: Er enthält mehr Masse und mehr Objekte (insbesondere mehr große Objekte). Was dem Kuiper-Gürtel zudem enorme wissenschaftliche Bedeutung verleiht, ist sein Aufbau aus Materie, die sich seit der Entstehungsphase unseres Sonnensystems kaum verändert hat.

Pluto ist demnach keine Ausnahmeerscheinung. Zusammen mit seinem Mond Charon gehört er vielmehr zu einem Schwarm kleinerer Himmelskörper, die in einem Abstand von fünf bis acht Milliarden Kilometern um die Sonne kreisen. Diese ferne Region enthält vermutlich wichtige Hinweise auf die frühe Entwicklung unseres Sonnensystems – deshalb sind die Astronomen sehr daran interessiert, mehr über Pluto und Charon sowie über die anderen Objekte des Kuiper-Gürtels zu erfahren. Allerdings schränkt die große Entfernung zwischen dieser Region und der Erde die Qualität der Beobachtungen ein. Selbst das Hubble-Weltraumteleskop zeigt auf der Oberfläche Plutos nur verschwommene helle und dunkle Regionen. Und während die Raumsonden Pioneer, Voyager und Galileo wundervolle Nahaufnahmen von Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun geliefert haben, hat bislang kein Raumfahrzeug das Pluto-Charon-System oder den Kuiper-Gürtel besucht.

Angesichts der Bedeutung dieser Region für unser Verständnis vom Aufbau und von der Entstehung des Sonnensystems haben Wissenschaftler die amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde Nasa seit über einem Jahrzehnt gedrängt, Pluto als Ziel in ihr Planetenforschungsprogramm aufzunehmen. Die Nasa hat eine Vielzahl von Konzepten untersucht, von busgroßen, mit unterschiedlichsten Instrumenten beladenen Raumgefährten ähnlich der Cassini-Sonde bis zu Minisonden in Hamstergröße, die lediglich eine Kamera tragen. Ende der 90er Jahre schließlich einigte man sich auf ein Konzept mittlerer Größe namens Pluto-Kuiper-Express. Das Jet Propulsion Laboratory im kalifornischen Pasadena sollte die Sonde bauen. Doch die veranschlagten Kosten kletterten rasch auf 800 Millionen Dollar. Weil die Nasa nicht so viel investieren mochte, kam schließlich im Herbst 2000 das Aus für den Pluto-Kuiper-Express.

Aber dieser Entschluss blieb nicht ohne Widerspruch. Wissenschaftler, Welt-raum-Enthusiasten und sogar Schulkinder baten die Nasa, die Streichung zu überdenken – was tatsächlich geschah. Doch anstatt die Arbeit am teuren Pluto-Kuiper-Express wieder aufzunehmen, schrieb die Raumfahrtbehörde einen Wettbewerb für Universitäten, Forschungslabors und Raumfahrtunternehmen aus: Gesucht wurde ein wissenschaftlich sinnvoller und zugleich kostengünstiger Vorschlag zur Erforschung von Pluto, Charon und dem Kuiper-Gürtel. Niemals zuvor hatte die Nasa Universitäten und Industrie zu einem Wettbewerb um die Leitung einer interplanetaren Mission aufgefordert. Allerdings ließ sich die Behörde ein Hintertürchen offen: Sollte keiner der Vorschläge die wissenschaftlichen Anforderungen erfüllen und unter der festgelegten Kostengrenze von 500 Millionen Dollar bleiben, dann würde sich die Nasa nicht verpflichtet fühlen, überhaupt einen der Vorschläge auszuwählen.

Im November 2001, nach einem für die Wettbewerber qualvollen Auswahlprozess, wählte die Nasa unser "New Horizons"-Team aus, das sich aus Wissenschaftlern von einem Dutzend Universitäten, Forschungsinstitutionen und Nasa-Zentren zusammensetzt. Das Southwest Research Institute in San Antonio (Texas), dem ich angehöre, managt das Gesamtprojekt und ist verantwortlich für das Missionsteam und die wissenschaftlichen Instrumente. Das Labor für Angewandte Physik der Johns-Hopkins-Universität in Baltimore baut und betreibt die Sonde. Deren Komponenten liefern die Firma Ball Aerospace, das Goddard-Raumfahrtzentrum der Nasa und die Stanford-Universität. Die Navigation und die Bahnverfolgung schließlich liegen in den Händen des Jet Propulsion Laboratory.

"New Horizons" erfüllte die Bedingungen der Nasa mit Hilfe neuer Konzepte: Die Mission, die bereits im Sommer 2015 den Pluto erreichen könnte, würde 488 Millionen Dollar kosten, inklusive einer Budget-Reserve von 80 Millionen Dollar. Es sind sogar mehr Instrumente vorgesehen als beim abgelehnten Pluto-Kuiper-Express – und das für weniger Geld und eine rund zehnfache Datenmenge.

Doch noch ist "New Horizons" nicht gesichert. Im Februar strich US-Präsident George W. Bush 122 Millionen Dollar, die für die Mission vorgesehen waren, aus dem Nasa-Budget für 2003. Doch meine Kollegen und ich sind optimistisch, dass der Kongress, der die Nasa zur Planung einer Mission zu Pluto und zum Kuiper-Gürtel aufgefordert hatte, die finanziellen Mittel zum Bau der Sonde wieder freigeben wird. "New Horizons" wäre weit mehr als die erste Mission zum Pluto. Während ihres Fluges würde die Sonde auch den Jupiter und seine Monde studieren – und nach dem Vorbeiflug an Pluto und Charon stünde die Begegnung mit mehreren Kuiper-Gürtel-Objekten auf dem Programm.

Die Außenbezirke unseres Sonnensystems sind aus verschiedenen Gründen von Interesse. Zunächst einmal scheint der Kuiper-Gürtel in Größe, Form und allgemeinem Aufbau den Gürteln aus festen Körpern zu ähneln, die manche unserer Nachbarsterne umgeben wie etwa Wega und Fomalhaut. Einige meiner Kollegen und ich haben mittels Computersimulationen nachzuvollziehen versucht, wie die Kuiper-Gürtel-Objekte vor fast fünf Milliarden Jahren aus der wirbelnden Gas- und Staubscheibe des jungen Sonnensystems entstanden sind. Demnach muss der Kuiper-Gürtel ursprünglich hundertmal mehr Masse enthalten haben als heute, um Pluto, Charon und die neu entdeckten Himmelskörper hervorzubringen. Mit anderen Worten: Damals war dort genug Materie vorhanden, um einen weiteren Planeten von der Größe des Uranus oder des Neptuns zu bilden.

Die Simulationen zeigen sogar, dass nur eine äußere gravitative Störung eine schnelle Bildung großer Planeten im Kuiper-Gürtel verhindern konnte. Diese Störung müsste etwa zu jener Zeit gewirkt haben, als Pluto entstand. Der Nachbarplanet Neptun, der sich am inneren Rand des Gürtels gebildet hatte, könnte die Störung verursacht haben. Hat also dessen Schwerkraft die Entstehung eines weiteren Gasriesen weiter außen verhindert? Wenn ja, warum hat dann der Uranus die Bildung des Planeten Neptun nicht auf die gleiche Weise unterbunden?

Archäologie im All

Auch eine Vielzahl kleinerer Himmelskörper könnte die Störungen hervorgerufen haben. Vorstufen der Planetenbildung waren Tausende von Kilometern große Felsbrocken, die sich aus dem in der zirkumsolaren Gasscheibe vorhandenen Staub zusammengeballt hatten. Uranus und Neptun könnten nach ihrer Bildung einige dieser protoplanetaren Brocken aus ihren Entstehungsregionen herausgeschleudert haben, sodass diese mit hoher Geschwindigkeit durch den Kuiper-Gürtel rasten. Was auch immer die Ursache war: Der Kuiper-Gürtel verlor jedenfalls den größten Teil seiner Masse, und somit konnten die darin verbliebenen Himmelskörper nicht weiter wachsen.

Die Kuiper-Gürtel-Objekte sind demnach Überbleibsel jener Phase der Planetenentstehung und enthalten deshalb wertvolle Hinweise auf die Bildung des äußeren Sonnensystems. Die Erforschung von Pluto und dem Kuiper-Gürtel entspricht also einer archäologischen Grabung tief in die längst vergangene Geschichte des äußeren Sonnensystems.

Ferner stellen Pluto und Charon für die Planetenforscher eine Art wissenschaftliches Wunderland dar. So ist der Trabant Charon überraschend groß – mit einem Durchmesser von 1200 Kilometern ist er etwa halb so groß wie Pluto. Die beiden Himmelskörper ähneln also mehr einem Doppel-Planeten als einem Planet-Mond-System. Kein anderer Planet in unserem Sonnensystem hat einen vergleichbar großen Mond – die meisten Trabanten erreichen nur wenige Prozent des Durchmessers ihres Zentralkörpers. Da die Astronomen in den letzten Jahren aber viele Doppel-Asteroiden und Doppel-Kuiper-Gürtel-Objekte entdeckt haben, gibt es kaum Zweifel daran, dass solche Objekte in unserem Sonnensystem – und vermutlich auch in extrasolaren Planetensystemen – überaus häufig vorkommen. Freilich haben wir noch nie eine Doppelwelt aus der Nähe untersucht.

Wir würden sehr gern in Erfahrung bringen, wie das Doppelsystem Pluto-Charon entstanden ist. Die gängige Theorie besagt, dass Pluto in ferner Vergangenheit mit einem anderen großen Himmelskörper kollidierte. Ein Großteil der Trümmer hat sich danach in einer Umlaufbahn um Pluto gesammelt und sich schließlich zu dem heutigen Trabanten zusammengeballt. Da der Erdmond vermutlich auf ähnliche Weise entstanden ist, könnte die Untersuchung von Pluto und Charon uns auch neue Informationen über unsere irdische Heimat liefern.

Außerdem interessiert es die Forscher, warum Pluto und Charon so unterschiedlich aussehen. Beobachtungen von der Erde aus und mit dem Hubble-Weltraumteleskop zeigen, dass Pluto eine stark reflektierende Oberfläche mit auffälligen, ausgedehnten Polkappen besitzt. Charon hingegen reflektiert wesentlich weniger Licht und zeigt keine auffälligen Oberflächenmerkmale. Und während Pluto über eine Atmosphäre verfügt, hat Charon offenbar keine. Haben diese deutlichen Differenzen zwischen den beiden Himmelskörpern ihre Ursache in einer unterschiedlichen Entwicklung, vielleicht auf Grund ihrer unterschiedlichen Größe und Zusammensetzung? Oder sind die Unterschiede eine Konsequenz des Entstehungsvorgangs? Wir wissen es nicht.

Plutos Dichte und Größe sowie die chemische Zusammensetzung seiner Oberfläche ähneln bemerkenswert deutlich den Werten von Triton, dem größten Neptun-Mond. Eine der großen Überraschungen der Voyager-2-Beobachtungen des Neptun-Systems war die Entdeckung von aktivem Vulkanismus auf Triton. Werden wir auf Pluto eine ähnliche Aktivität entdecken? Oder gar auf den Kuiper-Gürtel-Objekten? Nach heutigem Wissensstand ist das eher unwahrscheinlich – aber die Aktivität von Triton kam ebenfalls völlig unerwartet. Vielleicht zeigt uns der Neptun-Trabant Triton, dass wir den Aufbau der kleinen Welten im Sonnensystem noch nicht verstehen. Mit der Erforschung von Pluto und den Kuiper-Gürtel-Objekten werden wir sicherlich ein besseres Verständnis dieser faszinierenden Klasse von Himmelskörpern gewinnen.

Pluto erlaubt Einblicke in die Frühgeschichte der Erde

Eine weitere reizvolle Besonderheit Plutos ist seine merkwürdige Atmosphäre. Obwohl sie nur rund ein Zehntausendstel so dicht ist wie die irdische Lufthülle, bietet sie uns einzigartige Einsichten in die Physik planetarer Atmosphären. Während die Luft der Erde nur ein einziges Gas – nämlich Wasserdampf – enthält, das regelmäßig Phasenübergänge vom gasförmigen zum festen Zustand durchläuft, sind es in Plutos Atmosphäre derer drei: Stickstoff, Kohlenmonoxid und Methan. Die gegenwärtige Temperatur auf Pluto schwankt von Region zu Region zwischen 40 und 60 Kelvin, also um bis zu fünfzig Prozent. Im Jahre 1989 stand Pluto auf seiner Umlaufbahn der Sonne am nächsten. Die Wissenschaftler erwarten, dass die Durchschnittstemperaturen fallen werden und dass ein Großteil der Atmosphäre kondensieren und als Schnee auf die Oberfläche rieseln wird, während der Planet sich nun langsam von der Sonne entfernt.

Außerdem verliert Pluto Gas an den Weltraum, und zwar mit einer Rate, wie sie sonst nur bei Kometen beobachtet wird. Die meisten Moleküle in der oberen Atmosphäre haben genug thermische Energie, um dem Schwerefeld des Planeten zu entkommen. Wir bezeichnen dieses extreme Abströmen als hydrodynamisches Entweichen. Pluto ist der einzige Planet im Sonnensystem, an dem wir diesen wichtigen Prozess direkt studieren können. In der Frühgeschichte der Erde könnte dieser Vorgang für den schnellen Verlust an Wasserstoff aus der irdischen Lufthülle verantwortlich gewesen sein. Das hydrodynamische Entweichen könnte also unsere Erde erst bewohnbar gemacht haben.

Es gibt eine weitere wichtige Verbindung zwischen Pluto und dem Leben auf der Erde: das wahrscheinliche Vorkommen von organischen Substanzen, zum Beispiel gefrorenem Methan auf Plutos Oberfläche, sowie von gefrorenem Wasser in seinem Inneren. Jüngste Beobachtungen von anderen Kuiper-Gürtel-

Objekten zeigen, dass sie vermutlich ebenfalls große Mengen an Eis und organischen Stoffen beherbergen. Vor Milliarden von Jahren sind derartige Objekte regelmäßig in das innere Sonnensystem eingedrungen und haben so vielleicht die Erde mit dem Rohmaterial für die Entstehung des Lebens beliefert.

Eine wahrhaft große Reise

Betrachtet man all diese wissenschaftlichen Motive, dann ist es nicht schwer zu verstehen, warum die Planetenforscher unbedingt eine Raumsonde zu Pluto und in den Kuiper-Gürtel entsenden wollen. Und bedenkt man, wie abenteuerlich und zugleich romantisch die Erforschung neuer Welten ist, so überrascht auch die öffentliche Unterstützung für dieses Unternehmen nicht.

Die Ausschreibung der Nasa für eine Mission zum Pluto und zum Kuiper-Gürtel nannte drei Hauptaufgaben für die wissenschaftlichen Beobachtungen:

- Die Sonde muss die Oberfläche von Pluto und Charon mit einer mittleren Auflösung von einem Kilometer kartieren. Das Hubble-Weltraumteleskop hingegen erreicht für Pluto eine Auflösung von 500 Kilometern.

- Die Sonde muss die chemische Zusammensetzung der Oberfläche in den unterschiedlichen geologischen Regionen der beiden Himmelskörper messen.

- Die Sonde muss Zusammensetzung und Aufbau der Pluto-Atmosphäre bestimmen sowie die Rate, mit der Gas in den interplanetaren Raum entweicht.

Die Nasa benannte außerdem eine Reihe von Aufgaben geringerer Priorität, etwa die Messung der Oberflächentemperatur und die Suche nach weiteren Trabanten oder Ringen um Pluto. Ferner verlangte die Nasa, dass die Raumsonde alle genannten Aufgaben zumindest bei einem weiteren Kuiper-Gürtel-Objekt jenseits der Plutobahn erfüllt. Als die Nasa im vergangenen Jahr unseren Vorschlag auswählte, begründete sie dies damit, dass "New Horizons" den größten wissenschaftlichen Nutzen bei zugleich geringstem Risiko von zeitlichen Verzögerungen und Kostenüberschreitungen biete. Das lag, zumindest zum Teil, an den robusten Eigenschaften der von uns entworfenen Sonde und an der Erfahrung der zu unserem Team gehörenden Institutionen, Raumsonden nach Plan und zu den veranschlagten – oder gar niedrigeren – Kosten zu liefern.

Die von uns entworfene "New Horizons"-Sonde ist relativ klein: Sie hat eine Masse von nur 416 Kilogramm. Das ist zwar schwerer als die ersten Pioneer-Sonden, aber leichter als die Voyager-Raumfahrzeuge. In dieser Masse ist bereits der Hydrazin-Treibstoff enthalten, der zur Steuerung der Sonde während des Fluges benötigt wird. Die meisten Komponenten des Raumfahrzeugs, wie etwa die Computer und das Antriebskontrollsystem, basieren auf Entwürfen für die Sonde Contour (eine Abkürzung von Comet Nucleus Tour), die im Juli 2002 starten und an mehreren Kometen vorbeifliegen soll. Diese Nutzung des Contour-Designs verringert sowohl die Kosten von "New Horizons" als auch die technischen Risiken. Nahezu alle Untersysteme der Sonde sind zudem doppelt vorhanden, um die Zuverlässigkeit während des langen Fluges zu erhöhen.

Insgesamt vier Instrumenten-Pakete befinden sich an Bord von "New Horizons":

- Persi dient der Kartierung und der Spektroskopie im sichtbaren, ultravioletten und infraroten Licht. Aus den Infrarot-Daten lassen sich Zusammensetzung, Temperatur und weitere Zustandsgrößen des Oberflächeneises auf Pluto und Charon ermitteln.

- Rex ist ein Radiowelleninstrument mit einer 2,5-Meter-Antenne, das den Aufbau der Pluto-Atmosphäre vermessen soll. Aus der Intensität der Mikrowellenstrahlung, welche die Himmelskörper abstrahlen, können die mittleren Temperaturen sowohl auf der Tag- als auch auf der Nachtseite der beiden Himmelskörper bestimmt werden.

- Pam enthält Detektoren für geladene Teilchen. Damit wollen wir Materie einfangen, die aus der Atmosphäre Plutos entweicht, und so die Entweichrate bestimmen.

- Lorri ist eine Kamera mit hoher Auflösung, die Persi bei der Kartierung unterstützen soll. Während der größten Annäherung an das Ziel kann Persi Einzelheiten von einem Kilometer auflösen – Lorri hingegen kann noch fünfzig Meter große Strukturen erkennen.

Wenn alles nach Plan verläuft, kann "New Horizons" im Januar 2006 starten. Ihr erstes Ziel ist dann Jupiter. Während des Vorbeiflugs wird die Sonde vier Monate lang intensiv die über zwanzig Trabanten, die Polarlichter, die Atmosphäre und die Magnetosphäre Jupiters erforschen. Die Sonde nutzt Jupiters Schwerefeld, um für die weitere Reise zum Pluto Schwung zu holen. So kann "New Horizons" bereits 2015 den Pluto erreichen. Die genaue Flugdauer hängt allerdings von der verwendeten Startrakete ab sowie vom exakten Starttermin.

Jetzt oder nie

Während der langen Reise von Jupiter zu Pluto werden sich die Bordinstrumente überwiegend in einer Art Tiefschlaf befinden. Die Abschaltung unbenutzter Systeme und die Beschränkung des Funkkontakts zur Erde auf ein Minimum verringern sowohl die Kosten als auch das Risiko von Geräteausfällen. Während des Tiefschlafs sendet die Sonde regelmäßig ein einfaches Zustandssignal zur Erde. Nur wenn ein unerwartetes Problem auftritt, müssen die Ingenieure auf der Erde darauf antworten. Einmal pro Jahr weckt die Bodenkontrolle die Sonde für fünfzig Tage, unterzieht sie einem gründlichen Test, kalibriert die wissenschaftlichen Instrumente und nimmt nötige Kurskorrekturen vor.

Im Gegensatz zu früheren Plänen für einen schnellen Vorbeiflug an Pluto und Charon beginnt "New Horizons" bereits sechs Monate vor Erreichen des Ziels mit den Messungen. Wenn die Sonde noch 100 Millionen Kilometer von Pluto entfernt ist, was etwa 75 Tage vor der größten Annäherung der Fall sein wird, übertreffen die von ihr gelieferten Bilder jene des Hubble-Teleskops. In den folgenden Wochen können wir Pluto und Charon mit stetig steigender Auflösung kartieren und durch Vergleich der Bilder dynamische Phänomene wie das Wetter auf dem Planeten aufzeichnen. Und mit den hochauflösenden Bildern von Lorri können wir Pluto und Charon heranzoomen und so entscheiden, welche Oberflächenerscheinungen eine genauere Un-tersuchung wert sind. Am Tag der größten Annäherung, wenn "New Horizons" wenige tausend Kilometer an Pluto vorbeizieht, wird Persi schließlich die besten Bilder der gesamten von der Sonne beleuchteten Hemisphären von Pluto und Charon liefern. Gleichzeitig wird Lorri Dutzende kleinerer Regionen dieser Himmelskörper mit hoher Auflösung fotografieren.

Unmittelbar nach dem Vorbeiflug wendet sich die Sonde und beginnt mit der Kartierung der dunklen Nachthälfte des Planeten, die schwach im reflektierten Licht Charons leuchtet. Außerdem soll die Antenne des Raumfahrzeugs dann ein starkes Signal von der Erde empfangen, das durch die Atmosphäre Plutos hindurchgeht. Die gemessene Refraktion des Radiosignals erlaubt es uns, Temperatur- und Dichteschichtung der Pluto-Atmosphäre zu ermitteln.

Nach dem Vorbeiflug am Pluto-Charon-System folgen innerhalb von fünf Jahren drei oder mehr Begegnungen mit Kuiper-Gürtel-Objekten. Die genaue Anzahl der angeflogenen Himmelskörper hängt davon ab, wie viel Treibstoff nach dem Besuch Plutos noch übrig ist.

Die Mission "New Horizons" verspricht, unser Wissen über Pluto, Charon und den Kuiper-Gürtel zu revolutionieren. Doch das Potenzial für all die erhofften Entdeckungen geht verloren, wenn die Sonde nicht wie geplant 2006 startet. Auf Grund der sich verändernden Stellung der Planeten wäre die Sonde später nicht mehr in der Lage, ihre Reisegeschwindigkeit durch einen Vorbeiflug an Jupiter zu erhöhen. Wenn sie diese Gelegenheit verpasst, muss die Nasa bis 2018 warten – erst dann steht Jupiter erneut am richtigen Ort. Eine Begegnung mit Pluto wäre dann frühestens um 2025 möglich.

Bis dahin aber hat sich Pluto viele hundert Millionen Kilometer weiter von der Sonne entfernt und ist deshalb erheblich kälter als heute. Die extreme Neigung von Plutos Rotationsachse führt außerdem dazu, dass ein Großteil der südlichen Hemisphäre des Planeten im Schatten liegen und damit unbeobachtbar sein wird. Wahrscheinlich kondensiert bis dahin die gesamte Atmosphäre. Die nächste Gelegenheit, die Lufthülle Plutos zu analysieren, ergibt sich dann erst im 23. Jahrhundert, wenn der Planet sich erneut der Sonne nähert.

Literaturhinweise


Beyond Pluto. Exploring the Outer Limits of the Solar System. Von John Davies. Cambridge University Press, 2001.

Pluto and Charon. Ice Worlds on the Ragged Edge of the Solar System. Von S. Alan Stern und Jacqueline Mitton. John Wiley & Sons, 1999.


In Kürze


- Die Astronomen haben in den vergangenen Jahren gelernt, dass Pluto kein Ausnahme-Objekt, sondern der hellste einer großen Klasse von Himmelskörpern ist, die in einer fernen Region namens Kuiper-Gürtel um die Sonne kreisen. Die Wissenschaftler wollen den Pluto und diese Region des Sonnensystems erforschen, weil sie überaus wichtige Informationen zur frühen Geschichte der Planeten enthalten.

- Pluto und sein Mond Charon sind aber auch für sich selbst genommen interessante Objekte. Das Größenverhältnis der beiden Himmelskörper legt es nahe, von einem Doppel-Planeten zu sprechen. Außerdem verfügt Pluto über eine Atmosphäre mit einer hohen Entweichrate und mit komplexen jahreszeitlichen Veränderungen.

- Die Nasa hat ein Team namens "New Horizons" ausgewählt, eine Raumsonde zu bauen, die Pluto, Charon und mehrere Objekte im Kuiper-Gürtel erforschen soll. Die Sonde soll 2006 starten und schon 2015 den Pluto erreichen.

Aus: Spektrum der Wissenschaft 7 / 2002, Seite 36
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
7 / 2002

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 7 / 2002

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