Am 19. Januar 2006 raste ein Raumschiff durch den blauen Himmel über Cape Canaveral. Als es den Weltraum erreichte, flog es mit 16 km/s schneller als jeder Start bis dahin. Das Raumschiff war New Horizons. Sein Ziel war Pluto.
Es hatte Jahrzehnte gedauert, bis die 700-Millionen-Dollar-Mission zustande kam. Es würde weitere neun Jahre dauern, bis er sein Ziel endlich erreichte, während dieser Zeit hatte die Internationale Astronomieunion die Welt von einem „Planeten“ zu einem „Zwergplaneten“ degradiert.
New Horizons erreichte Pluto schließlich am 14. Juli 2015. Der Vorbeiflug dauerte nur wenige Stunden, aber in dieser Zeit nahm das Raumschiff mit seinen Kameras, Partikelschnüfflern und Staubdetektoren 6,45 GB an wissenschaftlichen Messwerten von Pluto und seinen Monden auf. Während es nur wenige Minuten dauert, eine Datei dieser Größe auf Ihren Heimcomputer herunterzuladen, dauerte die Übertragung der Daten über die 4,8 Milliarden Kilometer zwischen Pluto und Erde etwas länger – 16 Monate.
Während das Raumschiff seinen Datenschatz sendete, raste es weiter nach außen in die Region des Sonnensystems, die Pluto sein Zuhause nennt – den Kuiper-Gürtel, auch bekannt als Kuiper-Edgeworth-Gürtel.
„Der Kuipergürtel ist die dritte Region des Sonnensystems, wenn man sich herausbewegt“, sagt Dr. Alan Stern, der Hauptforscher von New Horizons.
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Der Gürtel umringt unser Sonnensystem zwischen 20 AE und 50 AE (1 AE ist die Entfernung zwischen Erde und Sonne) und ist mit großen Eiskörpern gefüllt, die Kuiper Belt Objects (KBOs) genannt werden.
Mit einem Durchmesser von 1.188 km ist Pluto einer der größten KBOs, aber es gibt schätzungsweise 35.000 Weltraumfelsen, die durch die Region schweben. Sie gelten als Überbleibsel aus der Zeit der Planetenentstehung und stellen das unberührteste Beispiel des Urnebels dar, aus dem unser Sonnensystem geboren wurde.
Durch die Untersuchung dieser Eisfelsen erhoffen sich Planetenforscher ein besseres Verständnis der Bedingungen, unter denen die Planeten gewachsen sind.
Vor dem Vorbeiflug von New Horizons hatten wir von diesen eisigen Körpern nur Kometen zu sehen, von denen viele vermutlich aus dem Kuipergürtel stammen, bevor sie nach innen geschleudert wurden. Aber während Kometen von der Sonne erwärmt und verändert wurden, bot New Horizons die erste Gelegenheit, diese Welten in ihrem natürlichen Lebensraum aus der Nähe zu betrachten, und die Forscher würden sich nicht damit zufrieden geben, nur Pluto zu betrachten.
Es würde nur einen kleinen Schubs erfordern, um New Horizons zu einem anderen Ziel zu schicken. Aber zuerst musste das Team einen finden. Die vollständige Vermessung der Flugbahn von New Horizons für KBOs dauerte mehrere Jahre, aber 2014 fanden sie einen – Arrokoth (früher Spitzname Ultima Thule).
Vorbeiflüge im Kuipergürtel
Nach dem, was wir durch Fernbeobachtungen über den Kuipergürtel wissen, ist Arrokoth in Bezug auf Größe und Farbe viel typischer für andere KBOs als Pluto. Ein Vorbeiflug würde einen viel repräsentativeren Eindruck davon vermitteln, wie ein Körper im Kuipergürtel aussieht.
Trotz der Schwierigkeiten, auf eine nur 36 km lange und über 6,6 Milliarden Kilometer entfernte Welt zu zielen, raste New Horizons am Neujahrstag 2019 erfolgreich vorbei. Der Datendownload von Arrokoth wird bis 2021 dauern, aber er liefert bereits bedeutsame Ergebnisse.
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Arrokoth ist ein sogenanntes „Kontakt-Binärsystem“, was bedeutet, dass es aus zwei getrennten Körpern besteht, die aneinander haften. Es wird angenommen, dass die Planeten im Sonnensystem aus kleinen Weltraumfelsen gewachsen sind, die zu immer größerer Größe zusammengeballt sind, also ist Arrokoth der perfekte Ort, um Theorien darüber zu testen, wie dieser Prozess funktioniert hat.
„Es gibt zwei grundlegende Theorien darüber, wie sich kleine Körper im Sonnensystem gebildet haben“, sagt Stern. „Einer sagt, dass sie durch die Kollision von Körpern aus entfernten Regionen des Sonnensystems entstanden sind. Die andere Theorie besagt, dass sie sich aus Objekten bilden, die nur lokal um sich herum im sogenannten „Wolkenkollapsmodell“ hergestellt wurden.
„Wir können feststellen, dass das Modell des lokalen Wolkenkollaps zur Geologie von Arrokoth passt und eine langjährige wissenschaftliche Kontroverse zwischen den beiden Theorien über die Entstehung der Planeten entscheiden.“
Für New Horizons gibt es jedoch noch viel zu tun, als nur seine Daten zu senden. Es besteht die Chance auf einen weiteren Vorbeiflug und Sterns Team bereitet die Jagd nach weiteren potenziellen Zielen vor. Wieder wird die Suche mehrere Jahre dauern – bis mindestens 2022 – aber diesmal arbeitet das Flugteam gegen die Uhr.
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„Der Kuipergürtel erstreckt sich nur über eine endliche Distanz“, sagt Stern. „Bis 2027 oder 2028 werden wir den Kuipergürtel verlassen. Wir müssen bis zu diesem Datum ein Objekt finden und abfangen, oder wir werden den Kuipergürtel hinter uns haben und die Möglichkeit eines Vorbeiflugs wird enden.“
Wenn diese Suche leer ausgeht, ist die Mission noch lange nicht beendet. Es ist das erste Raumschiff, das seit den Voyager-Sonden diese äußeren Regionen unseres Sonnensystems durchfliegt. Durch den technologischen Fortschritt von 30 Jahren aktualisiert, kann New Horizons nach Dingen suchen, die die Voyagers nicht konnten.
„Wir haben bereits Hinweise auf eine riesige Struktur von Wasserstoffgas im äußeren Sonnensystem gesehen“, sagt Stern. Es wurde vor Jahrzehnten vorhergesagt, aber bis New Horizons nie beobachtet. „Wir haben auch Pick-up-Ionen beobachtet. Das sind Atome aus dem interstellaren Raum, die Teil der Heliosphäre geworden sind – der Umgebung des Sonnensystems. Auch hier wurden sie seit vielen Jahren vorhergesagt, aber die Voyager hatte nicht den richtigen Spektralbereich, um sie zu entdecken.“
Das Raumschiff trägt auch den allerersten Staubdetektor, der über die Umlaufbahn von Uranus hinausfliegt und es dem Team von New Horizons ermöglicht, die Verteilung von Staub im Kuipergürtel zu kartieren. Die Forscher beobachten, ob die Partikel sanft zum Rand der Scheibe hin abfallen oder ob sie plötzlich abfallen.
Es gibt viele wissenschaftliche Gemeinschaften, die lautstark danach streben, das Raumschiff einzusetzen, um diese selten besuchte Region zu beobachten. Derzeit ist diese Forschung begrenzt, da Stern den Treibstoff sparen möchte, falls sich ein weiterer Vorbeiflug ergibt.
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„Ich nenne mich oft ‚Treibstoffhorterin‘“, sagt Stern. „Es ist nur so viel Kraftstoff im Tank. Wenn wir einen Vorbeiflug entdecken, ihn aber nicht erreichen können, weil wir einen Teil des Treibstoffs für andere Zwecke verwendet haben, wäre das wissenschaftlich tragisch.“
Wenn es keinen dritten Vorbeiflug am Kuipergürtel gibt oder danach noch Treibstoff übrig ist, könnten die Kameras des Raumfahrzeugs zurück auf das innere Sonnensystem gerichtet werden, um einen einzigartigen Blick auf die Planeten, Kometen und Asteroiden von außen zu geben. New Horizons befindet sich auch außerhalb der staubigen Umgebung des inneren Sonnensystems, und so könnten seine Instrumente auf das breitere Universum gerichtet werden, um die klare Sicht auf entfernte Objekte in der Leere des Weltraums zu nutzen.
Die Zeit läuft ab
Aber niemand lebt ewig, und ein Raumschiff auch nicht. Die Atomkraftquelle auf New Horizons soll nur noch 20 Jahre halten. Mit einer Geschwindigkeit von etwa 500 Millionen Kilometern pro Jahr (etwa der Entfernung von der Erde zum Jupiter) sollte es zu diesem Zeitpunkt etwa 100 AE betragen, was bedeutet, dass das Team darauf abzielen wird, eine letzte Region zu untersuchen, bevor das Raumschiff stirbt – die Außenbezirke der Heliosphäre.
Es ist unwahrscheinlich, dass New Horizons den äußersten Rand erreicht, da die Voyager-Sonden herausgefunden haben, dass es sich in einer Entfernung von etwa 120 AE befindet, aber es besteht die Möglichkeit, dass das Raumschiff es schafft.
„Die Grenze zwischen der Heliosphäre und dem interstellaren Raum atmet ein und aus aufgrund des 11-jährigen Aktivitätszyklus der Sonne“, sagt Stern. „Wir wissen sehr genau, wo New Horizons sein wird, aber wir wissen nicht, wo die Grenze ist. Wenn es näher ist, überqueren wir es. Wenn es weiter draußen ist, geht uns der Strom aus.“
Was genau New Horizons mit dem Rest seiner Zeit anfangen wird, ist ungewiss, aber es ist klar, dass seine Mission mit dem verbleibenden Kraftstoff im Tank und 20 Jahren Batteriebetrieb noch lange nicht zu Ende ist.
Die besten Entdeckungen von New Horizons
Die Mission New Horizons hat unser Verständnis der Eiskörper im äußeren Sonnensystem revolutioniert.
1Blitz auf Jupiter
New Horizons hielt auf dem Weg zu Pluto bei Jupiter an und entdeckte Blitze in den Wolken über den Polen.
2Kuipergürtel-Objekte bilden sich lokal
Das Studium von Arrokoth half Wissenschaftlern, die Planeten zu bestimmen, die aus nahegelegenem Material entstanden sind.
3Walnuss und Pfannkuchen
Arrokoth hat eine seltsame Form. Ein Lappen ist breit und flach wie ein Pfannkuchen, während der andere runder ist.
4Pluto ist aktiv
Geologen hatten erwartet, Pluto als eine geologisch tote Welt vorzufinden, aber in Wirklichkeit ist sie hochaktiv. Diese Aktivität füllt Plutos Meteoritenkrater und verleiht der Oberfläche des Zwergplaneten eine jugendliche Glätte.
5Das Herz von Pluto
Plutos herzförmiger Stickstoffgletscher Sputnik Planum ist 1.000 km breit und damit der größte bekannte Gletscher im Sonnensystem.
6Blauer Himmel
Pluto ist von einem blauen Schleier umgeben, der höchstwahrscheinlich durch Methan in der Atmosphäre verursacht wird.
7Roter Mond
Plutos größter Mond, Charon, ist mit einem roten Material bedeckt, das aus Gasen besteht, die aus Plutos Atmosphäre entwichen sind.
8Drehende Satelliten
Plutos vier andere Monde (Hydra, Nix, Kerberos und Styx) drehen sich schneller als jeder andere bekannte Satellit im Sonnensystem.
9Aufgenommene Ionen
New Horizons beobachtete, wie sich der Sonnenwind verlangsamte, als er sich mit Atomen aus dem interstellaren Raum vermischte.