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Raumfahrt: Grenzgänger des Sonnensystems

Die beiden Voyager-Sonden sind weiter ins All gereist als jedes andere menschengemachte Objekt – und senden auch nach Jahrzehnten noch ­immer Daten. Doch die schwindende Energie­versorgung macht ein baldiges Ende der Mission unabwendbar.
Raumsonde Voyager 1

Zwei der bemerkenswertesten Raumsonden, die jemals gestartet sind, verdanken ihren Weg ins All einem besonders günstigen Zusammentreffen im Sonnensystem. Genau genommen bewegten sich vor etwa 60 Jahren die vier Riesenplaneten langsam in eine seltene Konstellation, die zuletzt im frühen 19. Jahrhundert aufgetreten war. Das planetarische Schauspiel blieb weitgehend unbeachtet – bis ein Doktorand der Luft- und Raumfahrttechnik am California Institute of Technology, Gary Flandro, die Chance erkannte.

1965 hatte die Ära der Weltraumforschung gerade erst begonnen. Nur acht Jahre zuvor hatte die Sowjetunion Sputnik 1 gestartet, den ersten künstlichen Satelliten. ­Flandro hatte vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA die Aufgabe erhalten, den effizientesten Weg zu finden, um eine Raumsonde zu den großen äußeren Planeten zu schicken, das heißt zu Jupiter, Saturn, Uranus oder gar Neptun. Dazu nutzte er eines der beliebtesten Präzisions­werkzeuge der Ingenieure des 20. Jahrhunderts – einen Bleistift – und zeichnete die Umlaufbahnen auf. Dabei bemerkte er etwas Faszinierendes: In den späten 1970er und frühen 1980er Jahren würden alle vier in einem langen Bogen zur Erde aufgereiht sein wie auf einer himmlischen Perlenkette.

Durch das Zusammentreffen könnte ein Raumflugkörper auf einer passenden Bahn an jedem der Riesenplaneten mit Hilfe von dessen Anziehungskraft ein wenig Schwung nehmen. So ein Manöver wird als Swing-by bezeichnet. Flandro berechnete, dass die wiederholten, beschleunigenden Umlenkungen die Reisezeit zwischen Erde und Neptun von 30 auf 12 Jahre verkürzen würden. Allerdings lagen zwischen der bevorstehenden und der darauf folgenden derartigen Konstellation 176 Jahre. Um die Anordnung in absehbarer Zeit auszunutzen, musste deswegen bis Mitte der 1970er Jahre ein Raumschiff starten.

Letztlich baute die NASA zwei Raumsonden, Voyager 1 und Voyager 2 …

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Sterne und Weltraum – Raumzeit: Experimente zur Quantennatur

Die Relativitätstheorie Albert Einsteins ist das Meisterwerk zur Beschreibung der Schwerkraft. Seit Jahrzehnten steht aber die Frage im Raum, ob die Gravitation auf submikroskopischen Längenskalen modifiziert werden muss. Gibt es quantenhafte Austauschteilchen, die Gravitonen? In unserem Titelbeitrag stellen wir Überlegungen vor, wie man experimentell eine Quantennatur der Raumzeit testen könnte. Im zweiten Teil unseres Artikels zur Urknalltheorie beleuchten wir alternative Ansätze zur Dunklen Energie: das Local-Void- und das Timescape-Modell. Außerdem: Teil zwei unserer Praxistipps für die Astrofotografie mit dem Smartphone – Mond und Planeten im Fokus, die Ordnung im Chaos des Dreikörperproblems und woher stammen erdnahe Asteroiden?

Spektrum der Wissenschaft – Dunkle Kometen: Geisterfahrer im Sonnensystem

Eine kleine Gruppe von Himmelsobjekten sorgt für Rätselraten unter Fachleuten: Obwohl die Brocken keinen Schweif aus Gas und Staub aufweisen, bewegen sie sich wie Kometen. Was treibt diese Dunklen Kometen an? Könnten sie sogar Hinweise auf den Ursprung des Wassers auf der Erde liefern? Weitere Themen in dieser Ausgabe: Die Ökologin Katja Tielbörger und der Molekularbiologe Detlef Weigel diskutieren darüber, wie ein Kompromiss zur Neuregelung der Grünen Gentechnik aussehen könnte. Sie sind sich einig: Man muss das gesamte System betrachten. Angesichts des Internationalen Jahres der Quantenphysik gehen wir der Frage nach, warum selbst Physiker die Quantenmechanik nicht verstehen – und was ihre Formeln über die Wirklichkeit aussagen. Außerdem stellen wir Ihnen vor, was Mikrofossilien über die Zeitgenossen der Dinosaurier verraten, und wir präsentieren Ihnen die Farbenpracht des altägyptischen Tempels von Esna. Fünf Jahre arbeiteten Restauratoren an der Rekonstruktion. Das Ergebnis ist spektakulär.

Sterne und Weltraum – Urknall: Der Anfang von allem?

Der Urknall gilt als Ursprung unseres Universums – Dunkle Materie und Dunkle Energie bestimmen die kosmische Dynamik, bleiben aber rätselhafte Platzhalter. Immer mehr Forschende zweifeln am Standardmodell und fordern neue Erklärungen. Wir zeigen Ihnen im ersten Teil des zweiteiligen Beitrags Befunde, die das kosmologische Standardmodell stützen. Um die Erde wird es eng – unser Artikel über Weltraumschrott informiert über die rasant wachsende Zahl an Objekten im erdnahen Raum. Sie führen immer häufiger dazu, dass Raumfahrzeuge ausweichen müssen. Lässt sich das noch handhaben, oder werden bestimmte Umlaufbahnen für die Raumfahrt zukünftig unbrauchbar? Darüber hinaus: Praxistipps für die Astrofotografie mit dem Smartphone, Details zum größten Sonnensturm der letzten 15 000 Jahre, den ältesten Festkörpern in unserem Sonnensystem und der ersten chinesischen Mission zur Beprobung eines Asteroiden.

  • Quellen

McNutt, R. L. et al.: Interstellar probe – destination: Universe! Acta Astronautica 196, 2022

Opher, M. et al.: A turbulent heliosheath driven by the Rayleigh-Taylor instability. The Astrophysical Journal 922, 2021

Stone, E. C. et al.: Cosmic ray measurements from Voyager 2 as it crossed into interstellar space. Nature Astronomy 3, 2019

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