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Interstellare Besucher: Hinterher!

Interstellare Besucher wie ‘Oumuamua geben Astronomen zahlreiche Rätsel auf. Sie näher zu untersuchen, ist schwierig. Manche malen sich trotzdem schon eine Verfolgungsjagd im All aus.
Der interstellare Besucher 1I/'Oumuamua (künstlerische Darstellung)Laden...

Es war ein rätselhaftes Phänomen, das im Jahr 2017 Aufmerksamkeit erregte: ‘Oumuamua. Das Himmelsobjekt wurde vom Pan-STARRS-Teleskop auf Hawaii entdeckt. Seine Bahn und seine hohe Geschwindigkeit machten schnell klar, dass es sich dabei nicht um eines jener gewöhnlichen Objekte handelt, die sonst durch unser Sonnensystem rauschen. Also Asteroiden und Kometen, größere und kleinere Gesteins- und Eisbrocken, aus denen bei der Entstehung des Sonnensystems keine Planeten wurden und die seitdem unterschiedlichste Bahnen um die Sonne ziehen.

Nein, ‘Oumuamua war der erste jemals erspähte Besucher von außerhalb unseres Sonnensystems, ein erster »Bote aus einer fernen Vergangenheit«. Daher auch sein Name, der im Hawaiischen so viel bedeutet wie »zuerst erreichen«.

Zeit für lange Beobachtungskampagnen hatte die Astronomen allerdings nicht. Kurz nachdem das Objekt aufgetaucht war, verschwand es auch schon wieder für immer aus den teleskopischen Blickfeldern von uns Erdenbewohnern. Immerhin war es lange genug sichtbar, um einige Fragezeichen zu hinterlassen. Zum Beispiel zeigte der Himmelskörper keinen Schweif, was bei Kometen in der Regel der Fall ist. Dieser zeigt an, dass sie an Masse verlieren. Am meisten waren die Wissenschaftler jedoch von der nicht gravitativen Beschleunigung fasziniert. Denn allein die Schwerkraft der Sonne konnte die Bahn und die Geschwindigkeit dieses Objekts nicht erklären.

Spekulationen über außerirdischen Besuch

Der wohl spekulativste und spektakulärste Vorschlag kam daraufhin von Shmuel Bialy und Abraham Loeb von der Harvard University: Vielleicht hätte ‘Oumuamua ein Sonnensegel an Bord. Dieses Sonnensegel würde durch den Strahlungsdruck des Sonnenlichts eine Kursänderung vornehmen können. Das Objekt könnte daher von Außerirdischen gebaut worden sein. Inzwischen sind sich Astronomen jedoch weitgehend sicher, dass es sich bei ‘Oumuamua zwar um einen interstellaren, aber nicht um einen außerirdischen Besucher handelte. Aber nach wie vor herrscht keine Einigkeit darüber, wo ‘Oumuamua herkam und was es letztlich war.

Darryl Seligman, inzwischen an der University of Chicago, denkt, dass er des Rätsels Lösung gefunden hat. In einem kürzlich veröffentlichten Fachartikel beschreibt er, dass es sich bei ‘Oumuamua um einen Eisberg aus gefrorenem Wasserstoff handeln soll. Demnach wäre ‘Oumuamua nicht in einem fremden Sonnensystem entstanden, sondern in einer riesigen Gas- und Molekülwolke von der Sorte, aus denen einmal Sternenstuben werden, dem Vorläufer einer Sternentstehungsregion (freies pdf auf arxiv.org).

»Ich glaube nicht, dass das von der kompletten wissenschaftlichen Community als die richtige Interpretation für ‘Oumuamua akzeptiert werden wird«(Darryl Seligman)

Seligman räumt jedoch ein: »Ich glaube nicht, dass das von der kompletten wissenschaftlichen Community als die richtige Interpretation für ‘Oumuamua akzeptiert werden wird.« Endgültige Sicherheit würde nur eines liefern: Man müsste schon hinfliegen und nachschauen. »Klar wäre eine Mission dorthin schön«, sagt Seligman.

Für ‘Oumuamua wird das wohl nicht passieren. Doch vielleicht kommt ja ein ähnliches Objekt wieder. Tatsächlich ist das sogar schon passiert: Borisov, zum ersten Mal erspäht am 30. August 2019 von einem Amateurastronomen und zu seinen Ehren benannt. Auch Borisov ist nicht in unserem Sonnensystem entstanden, wie seine Flugbahn offenbarte. Allerdings ähnelt er in seiner Oberflächenzusammensetzung jenen eisigen Klumpen aus der Oortschen Wolke im äußersten Bereich unseres Sonnensystems. Obwohl er somit keinen Anlass zu irgendwelchen außerirdischen Spekulationen liefert, interessieren sich Wissenschaftler auch für Borisov. Aber ein Besuch ist nicht geplant.

Strategie 1: Dem interstellaren Besucher hinterher

Doch gesetzt den Fall, man würde wollen: Wie ließe sich einem solchen interstellaren Besucher nahekommen? Im Prinzip gibt es zwei Strategien. Die erste lautet, zufällig entdecken und dann hinterher. Um das Objekt einzuholen, könnte man etwa folgendermaßen vorgehen: »Man startet eine Sonde von der Erde und steuert sie in eine elliptische Umlaufbahn um die Sonne. Dort wendet man die Sonde zurück Richtung Erde, um ihn zu verlangsamen«, erklärt Adam Hibberd, der sich ehrenamtlich bei einer gemeinnützigen Organisation namens Institute for Interstellar Studies engagiert. »An der Erde vorbei fliegt er dann mit Kurs auf Jupiter. An Jupiter wird ein Vorbeischwungmanöver zur Sonne durchgeführt, und bei der Sonne gibt es erneut ein derartiges Manöver.« Mit jedem Wendemanöver gewinnt der Satellite an Geschwindigkeit, so dass er schnell schnell genug wäre, um ‘Oumuamua einzuholen. Ein realistisches Beispiel: Satellitenstart im Jahr 2033, Ankunft bei ‘Oumuamua im Jahr 2052 im interstellaren Raum.

Und dann? Wie man Objekte wie ‘Oumuamua dann inspizieren könnte, haben Seligman und seine Kollegen bereits im Jahr 2018 in einem Fachartikel erörtert. »Die schlechteste Option wäre ein Impaktor«, sagt Seligman. In diesem Szenario würde eine Sonde per Rakete von der Erde auf einen Abfangkurs geschossen. Ein Teil der Sonde ließe man auf dem Objekt aufprallen – dann wäre also ein Teil zerstört, weshalb Seligman das eine schlechte Option findet. Aus dem aufwirbelnden Material könnte aber der verbleibende Part des Raumschiffs Messungen vornehmen. Dass so etwas prinzipiell geht, hat die US-amerikanische Weltraumbehörde NASA mit der Deep Impact Mission gezeigt, als sie im Jahr 2005 eine Sonde auf der Oberfläche des Kometen Tempel 1 zerschellen ließen. Sie wollten herausfinden, was sich in seinem Inneren verbirgt.

Möchte man den interstellaren Besucher etwas taktvoller behandeln, gäbe es folgende Option: »Besser wäre es, das Objekt langsam zu passieren«, sagt Seligman. Dann könnte man den Besucher in relativer Ruhe beobachten. »Und am besten wäre eine Mission, bei der man Proben auf die Erde bringt. Aber das haben wir sofort ausgeschlossen.« Denn dazu müsste man einen Satelliten in eine Umlaufbahn um das Objekt bringen und dann mit einer Landesonde Proben einsammeln. Eine Besonderheit von Objekten wie ‘Oumuamua oder auch Borisov ist aber ihre hohe Geschwindigkeit. Eine Sonde müsste die Objekte erst einmal einholen und dann abbremsen.

Proben wären schön – aber unrealistisch

Der Komet 67P/Tschurjumow–Gerasimenko, dem die ESA-Raumsonde Rosetta im Jahr 2014 mit seinem Lander Philae einen Besuch abstattete, hatte eine Geschwindigkeit von etwa 15 Kilometern pro Sekunde. Das war bereits eine große Herausforderung. ‘Oumuamua ist derzeit, von einer Ruheposition der Sonne aus betrachtet, mit etwa 26 Kilometern pro Sekunde unterwegs. Borisov toppt das Ganze mit 32 Kilometern pro Sekunde. Ein Raumschiff auf eine derartige Geschwindigkeit zu beschleunigen, ist eine schwierige Aufgabe, ganz zu schweigen von einer Bremsung, um weitere heiklere Manöver mit Landesonden auszuführen.

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Oumuamua | Aus den Tiefen des Weltalls kommend, flog das Objekt 1I/‘Oumuamua durch unser ­Sonnensystem. Doch woher kam es genau? Welche Gestalt hat es? Erfährt es eine ­zusätzliche ­Beschleunigung? Der ­erste ­entdeckte interstellare Besucher gibt Rätsel auf – so viele, dass er jüngst als Machwerk einer ­außerirdischen Intelligenz betrachtet wurde.

Das Bremsen könnte man sich sparen, wenn man sich mit einem Vorbeiflug zufriedengibt. Aber ein derartiges Treffen wäre innerhalb von Sekunden vorüber, und wie man in einer solchen Situation scharfe Bilder macht, steht buchstäblich in den Sternen. Deshalb sind Seligman und seine Kollegen in ihrem Artikel letztendlich doch auf die »schlechteste« Option, dem Impaktor, verfallen – auch weil man sich dann keine Gedanken über Bremsmanöver zu machen braucht. »Da bekommt man die Energie durch den Aufprall quasi gratis mit dazu,« sagt Seligman.

All diese Überlegungen gehen allerdings davon aus, dass man das Objekt rechtzeitig entdeckt – also mindestens einige Monate, wenn nicht Jahre, bevor es in eine günstige Position in Erdennähe gerät. Da interstellare Besucher aber nicht sehr groß und nicht sehr hell sind, ist genau das die Schwierigkeit. So wurde ‘Oumuamua erst entdeckt, als es schon fast zu spät war und sich das Objekt bereits wieder aus dem Sonnensystem entfernte.

Strategie 2: Sich auf die Lauer legen

Daher gibt es eine andere Strategie, die den Wissenschaftlern etwas mehr Zeit verschaffen würde. Jennifer Hudson und Gabriel Vivan von der Western Michigan University schlugen kürzlich vor, bestenfalls mehrere Satelliten in günstige Parkpositionen innerhalb des Sonnensystems zu bringen, um sich gewissermaßen auf die Lauer zu legen.

Dafür bieten sich die so genannten Lagrange-Punkte an. Das sind Punkte innerhalb unseres Sonnensystems, an denen ein massearmes Objekt wie eine Sonde auf Grund des Zwischenspiels der Schwerkraft zwischen Sonne und Planet in Ruhe verharrt. Der Lagrange-Punkt L2 von Erde und Sonne, der sich etwa 1,5 Millionen Kilometer auf der sonnenabgewandten Seite befindet, wird dafür bereits von diversen Weltraumteleskopen genutzt.

In ihrem Fachartikel untersuchen Hudson und Vivan die Lagrange-Punkte für Erde, für Mars und für Jupiter. Tatsächlich ist die Umgebung der Erde als Ausgangspunkt nicht immer sonderlich gut geeignet – Jupiter ist da schon interessanter. Das liegt daran, dass ein Satellit im Schlepptau von Jupiter mehr Energie hätte, um einen ebenfalls schnellen Besucher zu erreichen.

ESA-Satellit lauert interstellaren Besuchern auf

Eine derartige Mission befindet sich tatsächlich in Planung, auch wenn interstellare Objekte nicht ganz oben auf ihrer To-do-Liste stehen. 2028 soll die ESA-Mission Comet Interceptor starten und sich am Lagrange-Punkt L2 auf die Lauer legen. Eigentlich wollen die Wissenschaftler damit einen Kometen untersuchen, der zwar aus unserem Sonnensystem stammt, dessen Umlaufbahn aber so riesig ist, dass er sich erst jetzt zum ersten Mal der Sonne wieder nähert. Von der Untersuchung eines solchen Objekts versprechen sich Wissenschaftler Erkenntnisse über unser frühes Sonnensystem.

»Pro Jahr gibt es mindestens 15 solcher Objekte, die sich ihrem sonnennächsten Punkt annähern, manchmal sogar noch viel mehr«, sagt Geraint Jones vom UCL Mullard Space Science Laboratory, der wissenschaftliche Leiter der Mission. Welches von diesen Objekten darf es denn sein? »Es hängt davon ab, ob die Raumsonde das Ziel überhaupt erreichen kann«, erklärt Jones. Außerdem komme es auf die relativen Geschwindigkeiten während des Vorbeiflugs an. »Und wenn wir uns zwischen zwei oder mehr Zielen entscheiden könnten, wird eine Rolle spielen, ob der Komet von der Erde aus beobachtet werden kann. Denn das wäre ein großer Vorteil.«

Sollte während der Wartezeit ein interstellares Objekt auftauchen, könnte Comet Interceptor stattdessen auch dieses besuchen. Leider muss der einzige Schuss ein Treffer sein: Sobald die Sonde ihre Parkposition einmal verlassen, sich dreigeteilt hat und an einem Objekt vorbeigeflogen ist, wird sie in eine Umlaufbahn um die Sonne einschwenken und dort bleiben.

Satelliten mit Sonnensegel als Spione

Das mit der Lauer ist aber offenbar ein attraktiver Gedanke. Auch Richard Linares vom MIT und seine Kollegen stellen in diese Richtung Überlegungen an. Wenn es nach ihnen geht, sollte man vorsorglich viele kleine Satelliten losschicken, sie nennen sie Statiten. Diese könnten in einem Ring um die Sonne geparkt werden. Exakt austarierte Sonnensegel würden auf Grund des Strahlungsdrucks dafür sorgen, dass die Statiten nicht einfach durchs All driften, sondern ihre Position halten. Würde dann ein Besucher erspäht, könnte sich ein Statit auf den Weg machen und diesen abfangen.

Das Konzept von Sonnensegeln ist zwar seit Jahrzehnten bekannt. Sie wurden auch bereits in Technologiedemonstrationen getestet. Allerdings können sie derzeit noch nicht so groß und so dünn – und damit so leicht – hergestellt werden, wie es eine derartige Aufgabe erfordern würde. Immerhin haben Linares und seine Kollegen kürzlich Mittel von der NASA bekommen, um ihre Vorschläge genauer auszuarbeiten.

Währenddessen saust ‘Oumuamua weiter durchs All. Irgendwann in den 2030er Jahren wird er den interstellaren Raum erreichen. Auch Borisov macht sich gerade davon. Einige ihrer Rätsel werden sie unweigerlich wieder mit ins All nehmen. Jenseits der Besuchspläne im All naht irdische Unterstützung. Das Spiegelteleskop Vera C Rubin Observatory, das im Jahr 2022 im Norden von Chile an den Start gehen soll, wird hoffentlich mehr dieser Besucher erspähen – sollte es sie denn geben. Und womöglich können sich Astronomen dann in aller Ruhe heraussuchen, welchen von ihnen man denn besuchen möchte.

Anm. der Redaktion: In einer vorherigen Version des Artikels war in einigen Fällen fälschlicherweise von "Satellit" die Rede statt von "Sonde" oder "Raumschiff". Das wurde korrigiert.
27/2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 27/2020

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