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Ausgewählte Ergebnisse der Planetenerkundung

Einleitung

In meinen Artikeln dreht es sich um die Raumfahrt und weniger um die wissenschaftlichen Ergebnisse. Doch gibt es einige bemerkenswerte Ergebnisse die es wert sind vorgestellt zu werden. Die Auswahl fiel auf außergewöhnliches und Kurioses, aber auch Dinge die einen zum Nachdenken bringen sollten.

Gibt es intelligentes Leben auf der Erde?

NEAR Aufnahme Saudi ArabienEin grundlegendes Problem der Planetenerkundung ist das man zwar weiß, was man feststellen konnte, aber nicht was man hätte entdecken können. Oder anders gesagt: Was hätte ich mit anderen Instrumenten, einer anderen Flugbahn etc. für Ergebnisse feststellen können? Sehr oft wird von Planetensonden eine Frage beantwortet und einige neue aufgeworfen.

Anfang der neunziger Jahren gab es erstmals die Möglichkeit festzustellen was eine Planetensonde wirklich feststellen kann: Die ersten Raumsonden benutzen die Erde als Swing-By Ziel in naher Distanz. Man nutzte dies um die Instrumente neu zu eichen und gleichzeitig Erde und Mond zu untersuchen. Den Anfang machte Galileo mit zwei nahen Vorbeiflügen unter 1000 km Distanz. Schon beim ersten Vorbeiflug 1990 zeigten die Ergebnisse des Infrarotspektrometers, das die Erde eine Atmosphäre aus Sauerstoff mit sehr kleinem Anteil an reduzierenden Gasen wie Methan oder Kohlendioxid hat. Man schloss daraus, das es auf der Erde wahrscheinlich Leben gibt. Trotz nahem Vorbeiflug konnte man aber auf den Aufnahmen der Sonde keine Spur von menschlicher Besiedlung ausmachen - der erdnächste Punkt von Galileos Flug führte über den Pazifik.

Allerdings zeichnete das Radiowelleninstrument eine Signatur auf, die man nicht konkret als natürlich einstufen konnte. Der Nachweis von intelligentem Leben auf der Erde gelang erst einige Jahre später beim Vorbeiflug der Raumsonde NEAR, die in Saudi-Arabien karoförmige bewässerte Gebiete mitten in der Wüste fotografierte. (Bild links).

Bedenkt man, das auf der Erde von Menschen nur so wimmelt, so ist das erstaunlich. Man ersieht allerdings auch daraus, das so faszinierend die Ergebnisse der Raumsonden auch sind, sie nur ein kleiner Einblick sein können. Galileo erwischt bei seinen Vorbeiflügen eben Gegenden in denen es keine Städte gab. Beide Vorbeiflüge hatten ihren planetennächsten Punkt über dem Meer.

Venus und Mars - die best kartographierten Planeten des Sonnensystems

MarsMit den Viking Sonden vom Mars und der Magellan Mission liegen von Venus und Mars kartographische Daten in einer Auflösung von etwa 250 m vor. Das entspricht etwa einer Karte im Maßstab 1:1 Million bis 1:750.000. Obgleich das nicht gerade hochauflösend ist, waren die Karten von Mars und Venus damals besser als die der Erde !

Warum? Nun große Teile der Erde wurden genau erst mit der Landsat Mission ab 1972 erfasst - in einer Auflösung von 80 m, die durch fortgeschrittene Satelliten wie SPOT bis 1985 auf 10 m gesteigert wurde. Es gibt jedoch Gebiete die sind ganzjährig von Wolken bedeckt wie z.B. tropische Urwälder, auch gibt es von Erderkundungssatelliten nur Daten wo auch Bodenstationen diese empfangen. So konnte auf der Shuttle Mission zur Kartierung der Erde 1999 noch eine unbekannte Insel im Pazifik entdeckt werden. Mittels RADAR ist die Landfläche der Erde seit Anfang der neunziger durch ERS-1+2 auf 25-30 m Genauigkeit kartiert worden.

Warum also sind die Daten von Venus und Mars genauer? Nun von 70 % der Erdoberfläche haben wir nur grobe Karten - es handelt sich um die Ozeanböden. Selbst wenn man die Landfläche nimmt, so wurde durch die Lunar Orbiter Satelliten von 1967-1968 der Mond auf 100 m Genauigkeit kartiert - ein Wert den man zu dieser Zeit in entlegenen Gebieten der Erde nicht hatte.

1997 setzte die Raumsonde MGS (Mars Global Surveyor) einen weiteren Rekord: Mit Bildern von 1.4 m Auflösung vom Mars lieferte sie genauere Bilder vom Mars als bis dahin für zivile Nutzer auf der Erde verfügbar waren. Mittlerweile hat der Erderkundungssatellit Ikonos diese Grenze jedoch auf 1 m gesenkt. Natürlich gibt es Luftbilder mit höherer Auflösung und militärische Aufnahmen der KH-12 Satelliten mit unter 30 cm Auflösung aber eben nicht für jeden und nicht von jedem Punkt der Erde. Wenn im Jahre 2005 der amerikanische Mars Satellit MRO startet, so wird es vom Mars sogar Aufnahmen mit 0.35-0.5 m Auflösung geben. Zur Zeit kartiert die europäische Raumsonde Mars Express den Mars mit einer Auflösung von 10-20 m. Anders als MGS und MRO kann die Kamera HRSC der Sonde Mars Express den ganzen Mars in dieser Auflösung erfassen und nicht nur kleine Gebiete. Zudem macht die Kamera Aufnahmen in Farbe und liefert durch Schrägaufnahmen auch Angaben zu der Höhe aus der dann 3D Ansichten erstellt werden können.

Absolut gesehen ist der am besten kartierteste Himmelskörper im Sonnensystem der Kleinplanet Eros. In einem Jahr hat die Raumsonde NEAR eine Karte von ihm erstellt. Die Auflösung schwankt durch die kartoffelförmige Form des Asteroiden und stark unterschiedliche Orbits, sie dürfte aber besser als 3 m sein - wohlgemerkt über die ganze Oberfläche. Das letzte Bild vor der Landung auf dem Asteroiden aufgenommen aus einer Höhe von 120 m hat noch eine Kantenlänge von 6 m und eine Auflösung von 1.2 cm!

Venus - Oder was eine Klimakatastrophe wirklich bedeutet!

Venus im UVVenus und Erde scheinen Zwillinge zu sein - beide Planeten umkreisen die Sonne nebeneinander, beide sind etwa 12000 km groß und beide haben eine ähnliche Dichte. Doch irgendwas ist bei der Venus anders gelaufen, denn die Venus ist so tot wie kein anderer Planet im Sonnensystem, während es auf der Erde von Leben wimmelt.

Vor dem Raumfahrtzeitalter war Venus wie der Mars ein Kandidat für einen belebten Planeten. Ja die Venus schien sogar ein besserer Ort zu sein: Sie war näher an der Sonne und dicht bewölkt, wie man auf Aufnahmen von der Erde aus sehen konnte. Man wusste also das die Venus eine Atmosphäre hat und Wissenschaftler errechneten, das die Erde an der Position der Venus eine Oberflächentemperatur von 38 Grad Celsius hätte. In den fünfziger Jahren kamen daher Spekulationen über ein tropisches Leben ähnlich den Regenwäldern der Erde auf.

Doch schon die erste Raumsonde die die Venus erreichte übermittelte anderes: Die Oberflächentemperatur musste über 400°C betragen und die Atmosphäre besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid- Spätere Sonden fanden heraus, das der Bodendruck 90 Bar beträgt und die Oberfläche überall gleich heiß ist - 480°C auf der Tag wie Nachtseite (Letzteres verwunderte, da ein Venustag 243 irdische Tage beträgt und so die Nachtseite stark auskühlen sollte.

Was war bei der Venus falsch gelaufen? Nun beide Planeten haben wahrscheinlich die gleiche Uratmosphäre besessen: Eine Mischung aus Wasserdampf und Kohlendioxid im Verhältnis 5:1. Das ist die Zusammensetzung heutiger Vulkanischer Gase. Bei der Erde kondensierte das Wasser und bildete die Ozeane, das Kohlendioxid löste sich zum Teil in den Ozeanen und der Rest bildete eine Kohlendioxid Atmosphäre, als später die Photosynthese aufkam wurde das Kohlendioxid zum einen gespalten in Sauerstoff und Kohlenstoff zum anderen dauerhaft in Karbonatgesteinen und fossilen Kohlenstoff gespeichert (Kohle, Erdöl).

Heute weis jeder was ein Treibhauseffekt ist: Gase wie Kohlendioxid und Wasserdampf nehmen die Energie der Planetenoberfläche die in den Weltraum zurückgestrahlt wird auf und erwärmen sich dabei und damit die Atmosphäre. Sauerstoff und Stickstoff haben diese Eigenschaft nicht, da sie nur aus 2 Atomen bestehen (Der Effekt ist eine Auswirkung der Molekülschwingung und findet erst ab Molekülen mit 3 Atomen statt).

Bei der Venus lief es anders: Sie ist näher an der Sonne und empfängt 90 % mehr Energie als die Erde. Das Wasser auf der Venus kondensierte nur langsam, und als die Sonne nach etwa 500 Millionen Jahren stärker schien kam es zu Katastrophe: Die Ozeane auf der Venus verdampfen und bildeten eine 260 Bar Atmosphäre aus Wasserdampf und Kohlendioxid. Die Temperaturen stiegen und erreichen einen Punkt wo die Oberfläche sich verflüssigte. Der Sauerstoff aus dem Wasser wurde vom Gestein aufgenommen und gegen Kohlendioxid ausgetauscht, der Wasserstoff verflüchtigte sich ins Weltall. Erst als das Wasser aus der Atmosphäre verschwunden war normalisierten sich die Temperaturen wieder, allerdings auf hohem Niveau. Bedingt durch die Erwärmung wurden große Mengen an Kohlendioxid ausgegast, die nun über 90 % der Atmosphäre bildeten.

Den ersten Beweis das dies so sein konnte, lieferte Pioneer Venus. Das Massenspektrometer lieferte das Verhältnis von schwerem zu normalem Wasserstoff. Da erster sich schwerer verflüchtigt, kann man daraus berechnen wie viel Wasser auf der Venus früher vorhanden sein muss. Man errechnete, das die Venus früher 200 mal mehr Wasser besessen haben musste, vergleichbar der Menge die heute in unseren Ozeanen steckt. Schwieriger war der Nachweis der Behauptung, das sich die Venusoberfläche bis zur Verflüssigung aufgeheizt haben muss, dabei das Wasser gespalten und den Sauerstoff aufgenommen musste. Als jedoch Magellan in den neunziger Jahren die Venusoberfläche genau kartierte stellte man fest das diese fast keine Krater aufweist, also keine Spuren eines Bombardements in der Frühzeit des Sonnensystems. Eine genaue Auswertung ergab, das die gesamte Venusoberfläche jünger als 600 Millionen Jahre ist, und damit unter den erdähnlichen Planeten die jüngste Oberfläche. Die gängigste Erklärung dafür ist das komplette Aufschmelzen der Kruste vor 600 Millionen Jahren.

Was lehrt uns dies: Wenn ein Klima außer Kontrolle gerät kann dies in einer Katastrophe enden. Wir haben heute zwar ungefähre Vorstellungen was passiert wenn die Temperatur ansteigt, doch wichtige Fragen sind auch heute noch nicht geklärt. Was passiert mit den Ozeanen wenn die Temperatur ansteigt? Wasserdampf könnte die Temperaturen rasch weiter ansteigen lassen, auch enthalten die Ozeane 55 mal mehr Kohlendioxid als die Atmosphäre, bei steigenden Temperaturen ist dieses schlechter löslich und steigert so den Gehalt des atmosphärischen Kohlendioxids - die Temperatur steigt weiter an und es kommt zu noch mehr verdampfenden Wasser und Kohlendioxid. Würde das gesamte Wasser der Ozeane verdampfen - wie hätten eine Atmosphäre mit 260 Bar Druck und 370°C - eine zweite Venus.

Für die Klimaforschung von den Planeten lernen

Lange bevor man auf der Erde vom "Treibhaus" Effekt sprach war dies bei den Planetologen ein gängiger Begriff um die Venus zu beschreiben. Schon Mitte der siebziger Jahre warten Planetenforscher vor dem Treibhauseffekt und den Folgen auf das Klima, mehr als 10 Jahre bevor auf die ersten Meteorologen darauf hinwiesen, das sich die Erde erwärmt.

Doch auch das Ozonloch wurde von Wissenschaftler schon Anfang der siebziger Jahre vorhergesagt. Denn die Venus hat keine Ozonschicht. Dies liegt nun nicht an der Kohlendioxidatmosphäre - auch diese kann durch UV Strahlung zerlegt werden wodurch molekulare Sauerstoff entsteht der dann Ozon bilden kann. Die Erdatmosphäre enthält bis zu 1 × 10-5 % Ozon, die Venus dagegen nicht. Dafür enthält die Venusatmosphäre bis zu 6 × 10-5 % Chlorwasserstoff. Als diese Daten Anfang der siebziger Jahren von Mariner 10 bestätigt wurden gingen Planetenforscher daran zu untersuchen welche Reaktionen Chlorwasserstoff in der Atmosphäre bewirkt. Auf der Erde findet man ihn nicht, da er gut wasserlöslich ist und so schnell mit dem Regen ausgewaschen wird. Man stellte bald fest, das Chlorradikale durch die UV Strahlung aus Chlorwasserstoff freigesetzt wurde. Untersuchungen zeigten das dieses Chlor eine fatale Kette in Gang setzt:

Chlor + Ozon Sauerstoffmolekül + Chloroxid
Ozon + UV Sauerstoffradikal +Sauerstoffmolekül
Sauerstoffradikal + Chloroxid Sauerstoff + Chlor

Was heißt diese Reaktionskette? Im ersten Schritt spaltet ein Chloratom ein Ozonmolekül, zerstört es also. Es entsteht normaler Sauerstoff und ein Chlordioxidradikal. Im zweiten Schritt spaltet UV Strahlung Ozon, die Reaktion würde auch umgekehrt laufen, dadurch würde wieder Ozon entstehen. Ist Chloroxid vorhanden, so passiert aber der dritte Schritt: Es entsteht wieder das Chlor und Sauerstoff.

In der Summe heißt das: Das Chloratom wurde nicht verbraucht und ist wieder frei, aber es wurden 2 Ozonmoleküle zerstört. So kann bei der Venus kein Ozon entstehen. Schon 1975 wiesen Planetologen darauf hin, das dieser Mechanismus auch auf der Erde möglich ist, da die Menschheit recht stabile Moleküle die so genannten FCKWs (Fluorchlorkohlenwasserstoffen) emittiert die in der Hochatmosphäre durch UV Strahlung so gespalten werden, das Chlor frei wird. Man forderte die Industrie auf diese Stoffe nicht mehr zu verwenden. Dies wurde von der Industrie als "Hirngespinst" bezeichnet - bis man Anfang der achtziger Jahre tatsächlich ein Ozonloch entdeckte.

Auch hier ist zu beobachten, das zwar gerne Erkenntnisse der Wissenschaft übernommen werden, die einem in den Kram passen, man sie aber geflissentlich ignoriert wenn sie entscheidende Konsequenzen auf das eigene Verhalten haben. Das gilt für Politik und Wirtschaft. Sehr oft wird kritisiert, das Raumforschung sehr teuer und wenig hilfreich sei, doch in diesem Falle hätten uns die Erkenntnisse aus der Venusforschung ermöglicht ein Jahrzehnt früher gegen Treibhauseffekt und Ozonloch vorzugehen!

Die Titus-Bohdsche Regel

Schon im 18.ten Jahrhundert wurde entdeckt, das die Abstände der Planeten einer bestimmten Beziehung gehorchen. Setzt man die Entfernung Sonne-Erde = 1 so entsprechen die Abstände der Planeten der Beziehung 0.4 + (0.3 * 2n):

Abstand

berechnet

beobachtet

Merkur

0.4

0.39

Venus

0.7

0.72

Erde

1.0

1.0

Mars

1.60

1.52

Ceres (Asteroiden)

2.80

2.77

Jupiter

5.2

5.2

Saturn

10

9..54

Uranus

19.6

19.18

Pluto

38.8

39.4

Lediglich Neptun fällt im Sonnensystem aus der Reihe. Doch damit nicht genug. Dieselbe Beziehung kann man auch auf die Planetensysteme der großen Gasplaneten anwenden. Bei Jupiter z.B.:

Abstand

berechnet

beobachtet

Io

0.4

0.39

Europa

0.7

0.62

Ganymed

1.0

1.0

Kallisto

1.60

1.75

Ähnliche Beziehungen gelten auch für die Saturnmonde Enceladus, Dione, Rhea, Hyperion, die Uranusmonde Miranda, Ariel, Umbriel und Titania. Das scheint kein Zufall zu sein und ist es auch nicht. Die Gravitationskraft eines entstehenden Planeten bewirkt das in so genannten Resonanzzonen Kleinplaneten aus der Bahn gedrängt werden. Bekannt ist dies z.B. bei Jupiters Einfluss auf den Asteroidengürtel. Bei einem Abstand der genaue Bruchteile der Umlaufszeit von Jupiter entspricht findet man keine Asteroiden. Warum? Nun nehmen wir an ein Asteroid hätte eine Bahn die genau die Hälfte der Umlaufszeit von Jupiter ausmacht. Bei jedem zweiten Umlauf wäre der jupiternächste Abstand erreicht und der Kleinplanet durch Jupiters Gravitation zu diesem gezogen. Erreicht er eine Bahn bei dem dieses ganzzahlige Verhältnis nicht mehr existiert, so hört die Bewegung auf - Die Folge sind regelmäßige Lücken im Asteroidengürtel bei ½ 2/3 ³/5 ¾ etc. In den verbleibenden Zonen konzentrieren sich die Trümmer, und dort entstehen dann die Planeten (oder Monde), die dann diese merkwürdigen geradzahligen Abstände aufweisen.

Miranda - Der wohl verrückteste Mond im Sonnensystem

Miranda Der kleinste der fünf "großen" Uranusmonde Miranda wurde 1986 von Voyager 2 im Detail fotografiert als diese Ihn in 29.000 km Entfernung passierte. Miranda hat nicht nur unterschiedliche Regionen - tiefe Canyons, flache Ebenen, kraterreiche Gebiete. Dazu kommen Klippen von bis zu 20 km Höhe - bei einem nicht einmal 500 km großen Mond! Nein er sieht auch irgendwie komisch aus. Das mit weißen Streifen auf dunklem Grund durchzogene Gebiet hört abrupt auf - und findet sich an anderer Stelle in anderem Winkel wieder. Ähnliches gilt für andere Geländeformen. Für Wissenschaftler gibt es nur eine Erklärung: Ein Einschlag hat den Mond in Stücke gerissen, und diese fanden dann wieder zusammen zu einem neuen Mond, aber natürlich nicht in der gleichen Anordnung.

Mimas Man findet überall im Sonnensystem Einschlagskrater die nahezu den Himmelskörper zerstört hätten - Das Calorisbecken auf Merkur, Hellas auf dem Mars, der Krater Stickney auf Phobos, Walhalla auf Kallisto oder der Krater Herschel auf Mimas. (Bild links, nach dem Krater manchmal als "Star Wars Mond" bezeichnet...). Bei allen diesen Kratern reichte der Einschlag fast aus um den Planeten oder Mond zu zertrümmern - aber nur fast. Man findet Folgen davon auf dem ganzen Himmelskörper wie konzentrische Schockwellen noch in großer Entfernung von dem Krater (derartige tiefe Rillen findet man auch auf Miranda. Doch bei keinem der Himmelskörper reichte es zur Zerstörung. Bei Miranda reichte es. Und damit nicht genug - auch Uranus um den Miranda kreist ist seltsam: Seine Rotationsachse ist um 98° gedreht. Miranda rotiert nicht senkrecht zur Bahnebene sondern in ihr, und die Monde umkreisen ihn im 98° Winkel zur Bahnebene. Sein Magnetfeld, das Rückschlüsse über den Kern erlaubt ist in einem Winkel zu 56° geneigt und stark vom Planetenmittelpunkt verschoben.

Es scheint als hätte ein riesiger Himmelskörper den Uranus getroffen und ist mit ihm verschmolzen. Vielleicht haben Trümmer dieses Einschlages Miranda getroffen und in Stücke gefetzt. Wenn es irgendwann einmal Tourismus im Sonnensystem geben sollte, so wird Miranda ein Geheimtipp für Bergsteiger werden - kein anderer Himmelskörper bietet bis 10 km hohe senkrechte Steilwände...

Die erfolgreichsten Satellitenentdecker

Voyager RaumsondeSeit Galileo um ca. 1609 das erste Fernrohr benutzte wurden auf anderen Planeten Monde entdeckt. Die Größe variierte vom 5276 km großen Ganymed bis hin zu den kleinen Monden des Mars Deimos und Phobos mit mittleren Durchmessern von 15 bzw. 23 km. Der Abstand vom Planeten von weniger als 10.000 km bei Phobos bis 24 Mill. km bei einigen Jupitermonden. Bis 1979 war der erfolgreichste Entdecker William Herschel mit 5 entdeckten Monden. Doch dann kamen die wohl erfolgreichsten Entdecker der Planetenforschung:... Voyager 1+2

Die 1977 gestarteten Planetensonden passierten von 1979-1989 die vier großen Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Dabei entdeckten Sie bei jedem Planeten neue Monde, ja es sah fast so aus als würden es bei jedem Planeten mehr. Bei Jupiter waren es noch 3 Monde, bei Saturn schon 8, bei Uranus 15, und bei Neptun 6. Mithin hat Voyager in 10 Jahren 32 Monde entdeckt, annähernd so viele wie in 350 Jahren zuvor. Inzwischen hat man bei Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun noch mehr Monde entdeckt, doch die verteilen sich auf mehrere Entdecker.

Es gab 3 Gründe für diese erstaunliche Tatsache. Die meisten Monde befanden sich sehr nahe am Planeten. Bei der Beobachtung von der Erde aus überstrahlt das Licht der Planeten so die meisten Monde. Vom Weltraum aus sind sie dagegen zu beobachten. So konnten die Monde auch von Hubble aus fotografiert werden. Voyager hatte natürlich durch die Nähe eine bessere Chance. Zum zweiten sind die meisten Monde sehr klein obgleich auch einige Brocken der 400 km Klasse dabei sind. Die meisten Monde die Voyager entdeckte sind kleiner als 100 km. Der kleinste sogar nur 10 km. Die Entdeckung ist übrigens noch nicht beendet: 1990 wurden 9 Jahre nach dem Vorbeiflug am Saturn der Mond Pan und 1999 der 20.te Uranusmond 1986 U10 auf Bildern gefunden. Mindestens 2 Uranusmonde und 13 Saturnmonde gelten allerdings als weitere Kandidaten - sie sind nur auf nur je einem Bild abgebildet, so das keine sichere Bestätigung möglich ist. Spätestens 2004 sollte Cassini hier bei den Saturnmonden Klarheit schaffen (ob sich noch mehr als die schon 31 Monde dort tummeln?) und vielleicht noch mehr entdecken....

Eine Schallplatte für die Außerirdischen

Die Schallplatte von voyagerIch habe mal eine Mail erhalten mit der Frage, wo man Informationen erhält, "Was auf der CD drauf ist die die Voyager Sonden mitführen". Ich habe dann nicht nur die Webadresse mitgeteilt, sondern auch darauf hingewiesen, das es eine Schallplatte ist, den Voyager startete 1977 und die CD wurde 1982 erfunden. Ich denke man kann daran erkennen wie schnell sich doch die Technik verändert. Heute sind Schallplattenspieler kaum noch in neuen Stereoanlagen zu finden, Schallplatten selbst erscheinen nicht mehr, und zu Missionsende von Voyager (2025) könnte es sein, das die dann über 40 Jahre! alte Sonde noch über die einzige noch existierende Schallplatte verfügt. Für die Außerirdischen ist auch dabei eine Anweisung wie man einen Schallplattenspieler konstruiert, damit sie die goldbeschichtete Platte abspielen können. Auf der Platte befinden sich Geräusche aus der Natur (Vogelzwitschern, Wasserfall), Melodien (unter anderem. von Beethoven) und Grüße in vielen Sprachen, darunter auch in Deutsch. Auf der nicht abspielbaren Seite befanden sich Darstellungen die Rückschlüsse auf uns zuließen und eine Bauanleitung für einen Schallplattenspieler.

Die Vorgänger von Voyager Pioneer 10+11 enthielten dagegen eine Plakette, auf der einige Bilder eingraviert waren. Darunter ein Menschenpaar neben der Sonde (als Größenvergleich), den Kurs der Sonde durch das Sonnensystem und eine Abbildung des Wasserstoffmoleküls mit Abständen der Bindungen sowie als wissenschaftliche Angabe die Emissionslinien des Wasserstoffatoms bei Anregung eines Elektrons.

Da Pioneer 11 beim Jupiter umgelenkt wurde, damit sie noch Saturn erreicht, ist bei dieser Sonde die Flugbahn nicht identisch mit der auf der Plakette, die vor dem Start festgelegt wurde.

Neptun - der errechnete Planet

Neptun Als man 1786 den Uranus entdeckte war dies eine Überraschung. Man benutzte schon seit 170 Jahren Teleskope und es war seltsam, das ein Planet so lange den Beobachtungen entgangen war. Vielleicht weil man nicht damit rechnete, denn schlussendlich hatte sich die Zahl der Planeten seit Menschengedenken nicht verändert. Dabei war Uranus nicht schwer zu entdecken, er konnte unter idealen Bedingungen sogar fast noch mit bloßem Auge wahrgenommen werden.

Als man die Bahn des Uranus vermaß und vorausberechnete stellte man Abweichungen fest, diese waren nicht mit den Anziehungskräften der anderen Planeten zu erklären. Diese verschwanden auch nicht als man nach und nach ein immer größeres Bahnstück durch Beobachtungen abdecken konnte, wodurch normalerweise Beobachtungsfehler kleiner werden. 1821 lagen Beobachtungsdaten über nahezu 40 Jahre, annähernd eine halbe Umlaufszeit vor und das Ergebnis war nicht wegzudiskutieren:

Irgendetwas musste den Uranus nach außen ziehen. Über die Natur gab es große Debatten, ja es gab sogar einige, die Newtons Gravitationstheorie auf das Gebiet bis Saturn einschränken wollten. 1843 machte sich der Engländer Adams daran die Position eines Planeten zu berechnen der den Uranus nach außen ziehen könnte. Das ganze ist nicht so einfach, sondern ein iterativer Weg: Man nimmt eine Bahn und eine Masse an, berechnet die Auswirkungen auf die Uranusbahn und modifiziert dann nach den Ergebnissen der Berechnungen die Annahme. Falls man Pech hat galoppiert man in die falsche Richtung und rechnet Monate umsonst. So brauchte Adams 2 Jahre bis er im September 1845 die Bahn und eine vermutliche Position des Planeten vorlegen konnte. Er übermittelte dies an den Königlichen Astronomen, der es jedoch ignorierte. Adams versuchte dann mehrmals den Astronomen zu überzeugen, der ihm jedoch bescheinigte, die Abweichungen lägen nicht an einem Planeten sondern an Fehlern des Newtonschen Gravitationsgesetzes! Als Adams dann persönlich vorsprach wurde er vom Butler abgewimmelt der die Anweisung hatte, seinen Herrn nicht zu stören.

9 Monate brauchte Adams bis er Ende Juli 1846 eine vage Versprechung bekam das man nach dem Planeten suchen würde, was ab dem 29.7.1846 geschah. Zur gleichen Zeit machte sich Leverrier, ein französischer Astronom, der anders als Adams sich schon Reputation erworben hatte, sich an die gleiche Aufgabe. Anders als Adams hatte er Fürsprecher und er kam auch schneller voran. Im Juni 1846 hatte er die ersten Berechnungen - 9 Monate nach Adams, der im Oktober 1845 die Position des Planeten auf 2° (der vierfache Vollmonddurchmesser) genau bestimmt hatte. Bis zum 2.9.1846 hatte der die Berechnungen verbessert und das Pariser Observatorium gab ihm die Erlaubnis nach dem Planeten zu suchen. Er wandte sich nach Berlin, an das preußische Observatorium, das damals an einer sehr genauen Sternkarte arbeitete. Der Brief kam am 23.9.1846 an und man beschied, das man "den Herren in Paris den Gefallen tun könnte" und dabei natürlich die neue Sternkarte überprüfen konnte.

Innerhalb einer Stunde nach Beginn der Beobachtungen war der neue Planet gefunden worden! Am 25.9.1846 schrieb dies der Entdecker Galle an Leverrier, am 1.10.1846 erfuhren Adams und der königliche Astronom von der Entdeckung, Dieser hatte in den letzten 2 Monaten 3150 Sterne auf den Planeten überprüft und viermal den neuen Planeten übersehen!

Es gab in der Folge einige unschöne Auseinandersetzungen, wer den nun der wahre Entdecker sei - zu Zeiten der Nationalstaaten nicht von unwichtigem Aspekt. Doch schließlich siegte die Vernunft und man war glücklich, das Neptun drei Entdecker hatte: Adams der als erster die Position bestimmt hatte, aber leider nicht den Einfluss Beobachter zu gewinnen, Leverrier, aufgrund dessen Berechnungen er entdeckt wurde und Galle der ihn entdeckt hatte, ein Planet mit 3 Entdeckern aus 3 Ländern !

Vor allem aber war es ein Triumph der Wissenschaft. Es wurde jedem offenbar das man mit einer Theorie wie der von Newton nicht nur Beobachtungen erklären konnte sondern sogar einen noch unbekannten Planeten entdecken!

Pluto - der verschwindende Planet

PlutoIm Jahre 1930 wurde als letzter Planet Pluto entdeckt. Man suchte schon langem nach einem Planeten jenseits von Neptun um Bahnstörungen von Uranus und Neptun erklären zu können. Pluto ist auch in den größten Fernrohren nur als Punkt zu erkennen und sehr schwach. So konnte man anfangs nur spekulieren wie groß Pluto ist. Fernrohraufnahmen die ihn nicht auflösen konnten setzten eine Obergrenze von 12500 km, der erste Schätzwert für die Masse lag bei 0.8-0.9 Erdmassen, man leitete diesen Wert aus den Bahnstörungen von Neptun ab.

Das einzige was man ermitteln konnte war die Helligkeit: 14.7 Größenklasse oder 125 mal weniger hell als Neptun. Bei in etwa gleicher Entfernung bedeutete dies das auf jeden Fall Pluto erheblich kleiner sein musste als Neptun. Doch wie klein? Der springende Punkt ist das eine geringe Helligkeit einerseits von einem kleinen hellen Objekt oder von einem großen dunklen Objekt herkommen könnte. Beispielsweise sind im Sonnensystem Venus und Erde Planeten die einen großen Teil des Lichtes reflektieren, dagegen absorbiert der Mond viel Licht. Der Mond reflektiert 7 Prozent des Lichts, die Venus dagegen 75 Prozent. Anders ausgedrückt: Würde die Venus so wenig Licht wie unser Mond reflektieren, so wäre sie 10 mal dunkler.

Lange Zeit wusste man nichts von der Zusammensetzung kleinerer Körper im äußeren Sonnensystem und ging davon aus, das Pluto wie unser Mond ein großer, aus Gestein bestehender Körper war - um die Bahnstörung von Neptun zu erklären. Dabei wäre die Reflexion des Lichts schwach und somit der Planet groß.

Pluto und Charon Erst 1965 gab es eine erste grobe Größenbestimmung. Der Planet sollte einen Stern bedecken - aber er tat es nicht. Daraus konnte man errechnen wie groß der Planet gerade sein musste, damit er den Stern verpasste. Man erhielt einen Wert von 6800 km, das war die Hälfte des damals vermuteten Wertes. Die Masse von 0.8 Erdmassen war nun nicht mehr zu halten, denn der Planet wäre sonst dichter als Gold oder Blei gewesen.

Spätere verbesserte Teleskopbeobachtungen ergaben, das der Durchmesser maximal eine Viertel Bogensekunde betragen konnte und 1977 waren die besten Daten die man von Pluto hatte, ein Durchmesser von 5860 km, eine Masse von 0.11 Erdmasse wobei das Werk aber ehrlicherweise ausführte, das "der Wert um bis zu 50 % falsch sein kann". Diese Schätzung beruhte auf den Daten des bekannten Planetenforschers Kuiper, der annahm, das Pluto eine geringe Reflexionsfähigkeit wie unser Mond aufweist. Immerhin hatte man sehr genau die Rotationsperiode durch Helligkeitsschwankungen auf 6.3874 Tage bestimmt und festgestellt, das Pluto bei Annäherung an die Sonne immer dunkler wird. Man führte dies auf abschmelzende Polkappen zurück.

Pluto KarteSchon im Jahre 1976 entdeckte man Methanreif in den Spektren von Pluto, da dieses wie Schnee das Licht fast vollständig reflektiert, musste man die Albedo (Reflexionsfähigkeit) von Pluto nach oben auf 40-70 Prozent korrigieren und den Durchmesser auf zirka 2800 bis 3300 km reduzieren.

Schon 1978 änderte sich die Situation vollständig. Man entdeckte auf Aufnahmen eine Ausbuchtung bei Pluto. Es stellte sich heraus, das dies ein Mond war, der Pluto mit einer Periode von 6.3867 Tagen umkreist und die Helligkeitsschwankungen hervorrief. Die grobe Bahn des Mondes war bald mit einem Radius von 18000 km bestimmt und damit gelang eine grobe Abschätzung der Masse Plutos auf 0.0026 Erdmassen. Damit musste Pluto viel kleiner sein als angenommen und etwa 2700 km ± 300 km groß sein.

So kamen Autoren eines Artikels über Pluto zu dem Schluss, das wenn dieser Trend weiter anhält irgendwann der Durchmesser bei 0 liegen würde.... Doch bald kamen wirklich genaue Bestimmungen des Durchmessers. Diese verdanken wir dem Mond von Pluto, der inzwischen Charon benannt wurde. Von 1984 bis 1990 bedeckte er von der Erde aus gesehen mehrmals Pluto und dabei konnte man recht genau bestimmen, wann er vor beziehungsweise nach Pluto verschwand und wieder auftauchte. Dadurch konnte man den Durchmesser von Pluto und Charon relativ genau bestimmen, und zwar für Pluto zu 2284 ± 18 km und für Charon zu 1192 km ± 38 km. Damit hat Pluto den im Verhältnis zum Planeten größten Mond. Bei einer Sternbedeckung 1988 stellte man fest, das Pluto eine Atmosphäre hat die bis in eine Höhe von 3200 km reicht und aus Methan besteht. Als Nebeneffekt konnte man durch die Veränderung der Helligkeit durch da Abdecken der Oberfläche eine Karte mit einer Auflösung von 200 km erstellen - dafür hätte man sonst ein Teleskop von 15 m Durchmesser im Weltraum benötigt.

Pluto's Durchmesser stieg dann mit dem Vorbeiflug der Raumsonde New Horizons wieder leicht an und heute geht man von einem Durchmesser von 2374 km aus, etwa 100 km mehr als noch vor 20 Jahren.

Pluto ist ein Pechvogel in der Planetenerkundung. Bei der Planung der Voyager Mission wäre auch ein Flug Jupiter-Saturn-Pluto möglich gewesen. Man nutzte sie damals nicht. Als die Atmosphäre von Pluto erkannt wurde, und ein Jahr später beim Neptunmond Triton auch eine dünne Atmosphäre festgestellt wurde, war klar das Pluto auch ein interessantes Ziel für Planetensonden war. Dabei wäre eine zum Pluto geschickte  Voyager 1 Sonde sogar zum idealen Zeitpunkt bei Pluto gewesen - 1988, kurz bevor der Planet den sonnennächsten Punkt erreicht und so die meisten Gase sublimiert und die Atmosphäre am reichhaltigsten und dicksten wäre.

Nun gibt es aber zwei Probleme. Das eine ist, das die Atmosphäre von Pluto temporär ist: Aufgrund seines elliptischen Umlaufs bildet sie sich wenn er sich der Sonne nähert nahe dem sonnennächsten Punkt, den der Planet 1989 passierte. (Er ist dann minimal 4476 Millionen km von der Sonne entfernt, sogar noch etwas näher als Neptun). Ab dem Jahr 2012 wird die Atmosphäre ausfrieren und ab 2016 nicht mehr beobachtbar sein. Dann ist für die nächsten 200 Jahre Schluss mit der Beobachtung der Atmosphäre, da der Planet 248 Jahre für einen Umlauf braucht.

Pluto Kuiper Express Das zweite Problem ist der Energieaufwand. Um zu Pluto in zirka 10 Jahren zu gelangen benötigt man von der Erde aus eine Startgeschwindigkeit von über 17 km/s - absolut undenkbar mit heutigen Trägerraketen. Eine Atlas III würde nur noch 200 kg auf eine solche Geschwindigkeit mit zwei Oberstufen befördern. Daher fliegt man über Jupiter. Es gibt alle 12.5 Jahre ein Startfenster von jeweils ± einem Jahr. Das letzte war 1989/90, das nächste ist folglicherweise 2004/5. Der Lohn: Eine geringere Startgeschwindigkeit von 14 km/s bei einer trotzdem etwa gleich langen Reise, zudem kann man zirka 3 Monate vor und nach dem Vorbeiflug Jupiter beobachten und hat so auch einen wissenschaftlichen Zusatznutzen.

Nun war für das Ende dieses Startfensters eine Sonde geplant - Pluto Express. Aber diese hat schon jetzt Probleme. Sie basiert auf Techniken für den zu startenden Europa Orbiter, dessen Entwicklung teuer ist - obgleich die Sonde sie nicht benötigt, da sie nicht wie der Europa Orbiter im Jupiter mit den Strahlungsgürteln längere Zeit verweilt. Man vertut die Chance die sich nur alle 200 Jahre bietet zugunsten von alle 2 Jahre zu startenden Marsmissionen, denn diese werden nicht gekürzt. Ende 2000 wurde diese Sonde gestrichen. Eine Ersatzmission New Horizons wird Pluto erst im Jahr 2015 erreichen. Dann gibt es vielleicht keine Atmosphäre mehr nachzuweisen. Im gleichen Monat als die vorläufige Einstellung von Pluto Express bekannt gemacht wurde hat die NASA ein energisches Marsprogramm angekündigt und 227 Mill. USD für eine wissenschaftlich wertlose Sonde bewilligt die nichts anderes machen soll als aus 1.5 Mill. km Entfernung die dauernd von der Sonne beschienene Erdseite abzubilden. Dies zeigt deutlich das es Pluto Kuiper Express nicht an Geld sondern an Popularität oder "pretty nice Pictures" mangelt.

Die Pluto Photos von oben nach unten: HST und Subaru, Auflösung je zirka 1100 km. Synthetische Karte aus HST Beobachtungen der Verdeckung Plutos mit Charon. Auflösung zirka 200 km. Eine bessere Auflösung werden erst Teleskope mit über 20 m Spiegeldurchmesser und die Sonde Pluto-Kuiper Express liefern. Mehr über Pluto in einem eigenen Artikel



© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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