Reise in die Unendlichkeit

Voyager

Peter Schön

• Publisher: Books on Demand
• Year: 2021
• Print ISBN:
  9783752657609
• Edition: 1
• eBook ISBN:
  9783753468211
• Topic: Physical Sciences
• Subtopic: Physics
• Index: Physics

Die Menschen haben vor 43 Jahren zwei Raumsonden in den Himmel geschossen. Sie sollten die äußeren Planeten unseres Sonnensystems besuchen. Nach ihrem Start sind sie quasi rechts abgebogen, weg von der Sonne. Seitdem entfernen sie sich permanent von unserem Heimatstern. Irgendwann werden sie unser Sonnensystem verlassen und ihre Reise in die Unendlichkeit beginnen. Sie werden wohl nicht nur uns, sondern auch unsere Sonne und unser Planetensystem überleben. Dann sind sie der einzige Beweis unserer Existenz. Das vorliegende Buch beschreibt die Stationen der beiden kühnsten Forschungsreisenden unseres Planeten.

Saturn – der Schöne

Reisetermine der Voyager-Sonden, Saturn – (Graphik: Peter Schön)

Nur knapp zwei Jahre nachdem Voyager 1 die letzten Bilder von Jupiter zur Erde geschickt hatte, kam sie am 12. November 1980 beim Saturn an. Neun Monate später folge ihre Schwestersonde. Die Mission sollte hier nicht ganz reibungslos verlaufen.

Wichtiger als der Besuch des Saturn war den Wissenschaftlern der Vorbeiflug an dessen größtem Mond Titan. Man vermutete, dass der Trabant „eine zweite Erde“ sei. Seine Atmosphäre hat dieselbe Dichte wie unser Heimatplanet. Sie besteht aus Methan und ein bisschen Sauerstoff. Zusammen mit dem Treibhauseffekt sind dies Verhältnisse wie auf der jungen Erde. Man nahm sogar an, dass sich dort primitives Leben entwickelt hatte. Um dies untersuchen zu können, sollte Voyager 1 ganz nahe an Titan vorbeifliegen und aus einer Entfernung von 6.450 Kilometern Fotos der Mondoberfläche machen. Zur Erinnerung, unsere Verkehrsflugzeuge fliegen in einer Höhe von 11.000 Kilometern.

Saturn, fotografiert von Voyager 1 – (Bild: NASA/JPL)

Die Wege der beiden Raumsonden trennten sich an diesem Punkt. Bisher hatten sie sich zeitversetzt immer auf derselben Route befunden. Um ganz nahe an Titan heranzukommen, musste Voyager 1 auf einen Kurs gebracht werden, bei dem sie die Ebene, auf der die Sonne und ihre Planeten liegen, verließ. Man spricht hier von Verlassen der Ekliptik.

Sie stieg um 35 Grad nach oben, hinaus aus der Sonnen-/Planetenebene und flog von nun an in Richtung Rand des Sonnensystems. Das bedeutete, dass Voyager 1 keine Begegnung mehr mit weiteren Planeten haben würde. Sie wurde für den Vorbeiflug an Titan geopfert.

Die Wichtigkeit der Annährung an Titan zeigt auch die Tatsache, dass es einen Alternativplan für Voyager 2 gab, falls Voyager 1 auf dem Weg zum Saturn ausgefallen wäre. Dann nämlich wäre sie näher an den Mond herangeführt worden. Die Folge wäre gewesen, dass die Beobachtung der anderen Saturn-Monde weitgehend entfallen und auch der Weiterflug zu Uranus und Neptun nicht möglich gewesen wäre. Der Treibstoff hätte einfach nicht ausgereicht.

Mond Titan, fotografiert von Voyager 1 – (Bild: NASA/JPL)

Man setzte also alles auf einen erfolgreichen, nahen Vorbeiflug an Titan – und wurde bitter enttäuscht. Bereits beim Anflug konnte man erkennen, dass der Mond von einer gleichmäßigen, nicht durchsichtigen, orangenen Wolke umgeben war. Es gab keine Möglichkeit, irgendein Detail auf seiner Oberfläche zu erkennen. Lediglich Funksignale durchdrangen die Wolken. So konnten wenigstens Temperaturen und Druckverhältnisse auf dem Trabanten bestimmt werden. Es zeigte sich, dass es dort für Lebensformen, wie wir sie von der Erde kennen, zu kalt ist. Um überhaupt etwas Brauchbares fotografieren zu können, wurden die Kameras auf den Rand der dichten Mondatmosphäre gerichtet. Der fotografische Misserfolg war dennoch ein Rückschlag für die Mission.

Beim Anflug auf Saturn und dem Vorbeiflug gelangten Voyager 1 dennoch eindrucksvolle Bilder des Planeten. Das Bild des Saturns auf der vorherigen Seite entstand vier Tage nach dem Vorbeiflug. Außerdem entdeckte die Raumsonde 16 neue Monde.

Nach der Passage von Mond Titan wurde sie durch dessen Gravitation stark beschleunigt, viel stärker als später ihre Schwestersonde, und flog weiter in Richtung Grenze des Sonnensystems.

Saturn ist von der Sonne aus gesehen der sechste Planet. Er ist der zweitgrößte im Sonnensystem und von der Erde aus als letzter in der Reihe mit bloßem Auge gut sichtbar. Er blinkt nicht wie ein Stern und kann daher, wie sein Nachbar Jupiter, leicht als Planet identifiziert werden. Sein Name bedeutet in der römischen Mythologie Gott des Reichtums und des Ackerbaus, Vater von Jupiter.

Saturn hat eine Masse von 95 Erdmassen. Gegenüber dem Jupiter besitzt er nur ein Drittel von dessen Masse, obwohl er halb so groß ist. Dieses relative Leichtgewicht kommt daher, dass er nur über eine ganz geringe Dichte verfügt – er ist flüssiger als Wasser. Kein anderer Planet im Sonnensystem hat eine geringere Dichte. Er besitzt keine feste Oberfläche. Eine Abgrenzung zwischen den Wolken und dem eigentlichen Planeten ist daher nicht möglich.

Saturn rotiert als Gasplanet nicht wie ein starrer Körper um sich selbst. In der Mitte, am Äquator, dauert eine Rotation 10 Stunden, 13 Minuten, an den Polen 10 Stunden, 39 Minuten. Das ist ein Unterschied von 26 Minuten. Unsere Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um sich selbst. Dabei gibt es keine Unterschiede an den Polen und dem Äquator.

Eine Folge der schnellen Rotation des Saturn und seiner flüssigen Konsistenz ist eine starke Abflachung. Sein Durchmesser ist in äquatorialer Richtung um 10% größer als in polarer. Dabei erinnert er entfernt an einen zusammengedrückten Hamburger.

Saturns Umlaufbahn um die Sonne ist annähernd kreisförmig. Seine Entfernung zur Sonne beträgt 1.43 Milliarden Kilometer. Das ist ungefähr doppelt so weit wie Jupiter und fast zehn Mal so weit wie die Erde.

Überhaupt ähneln sich Saturn und Jupiter sehr. Sie bestehen aus denselben Elementen, ungefähr 75% Wasserstoff, 25% Helium mit Spuren von Wasser, Methan, Ammoniak. Beide Planeten schrumpfen permanent. Der Grund dafür ist ihre eigene Schwerkraft kombiniert mit einer geringen Dichte. Das fortwährende Zusammenziehen erzeugt Wärme und hat zur Folge, dass beide Planeten doppelt so viel Wärme ins Weltall abstrahlen, wie sie von der Sonne empfangen. Sie wirken wie große bzw. kleine Heizkörper. Bei einer Oberflächentemperatur von minus 139 Grad im Falle von Saturn klingt das grotesk, aber im Weltall ist es eben noch viel kälter.

Größenverhältnis Erde/ Saturn – (Bild: NASA/JPL)

Wie Jupiter weist Saturn feine Streifen auf, die aber dünner und am Äquator viel breiter sind. Auch hier wüten heftige Zyklone. Verwirbelungen in der Atmosphäre werden, durch die Schatten, welche die Saturnringe auf die Oberfläche werfen nochmals beschleunigt. Bei ihrer Umrundung des Planeten erreichen sie manchmal Geschwindigkeiten von 1.800 Stundenkilometern und überholen sich teilweise selbst.

Nachdem feststand, dass die Flugbahn von Voyager 1 für bestimmte Beobachtungen ungeeignet war und außerdem ein Beobachtungsinstrument zur Untersuchung der Eigenschaften von Partikeln in der Saturn-Atmosphäre ausgefallen war, programmierte man die Flugbahn von Voyager 2 kurzerhand um. Sie sollte näher an den Planeten und das Ringsystem heranfliegen.

Knapp zwei Stunden nach der größten Annäherung zeigten die Kameras dann allerdings nicht mehr auf den Planeten und seine Ringe, sondern machten nur noch Bilder vom schwarzen Weltall. Von der Erde aus schickte man tagelang Befehle zur Sonde, um die Plattform, auf der die Kameras sitzen, langsam zu bewegen. Nach 24 Stunden bewegte sie sich wieder. Allerdings war die Sonde zu diesem Zeitpunkt schon 3,2 Millionen Kilometer vom Saturn entfernt. Dennoch nutzte man die langsam schwenkbare Plattform für den Rest des Vorbeiflugs.

Um das Problem zu analysieren, wurden auf der Erde 68 Modelle des Schwenkarms nachgebaut. Man stellte jede Bewegung des Originals in einer Art Zeitraffer nach. Dabei zeigte sich, dass die Konstruktion im All während der Saturnbegegnung, aber auch bereits davor, zu viele Schwenks in zu kurzer Zeit durchführen musste. Sie wurde einfach überlastet. Dies führte zu einem Auslaufen des Schmiermittels aus den Gelenken. In der Folge fiel der Schwenkarm zu einem denkbar ungünstigen Zeitpunkt aus und konnte dann nur noch eingeschränkt genutzt werden.

Bis heute wurden 82 Monde um den Saturn entdeckt. Damit kann er mehr vorweisen als der gigantische Jupiter. Die beiden Sonden entdeckten viele neue Monde – Voyager 1 alleine 15. Einige überholen sich gegenseitig. Große fangen kleinere ein. Die größten Monde befinden sich außerhalb der Ringe. Andere schwimmen im Ringsystem mit. 63 von ihnen drehen sich entgegen der Planetendrehrichtung. Weshalb das so ist, weiß man nicht.

Der mit Abstand größte Saturnmond ist der oben erwähnte Titan. Sein Durchmesser beträgt 5.159 Kilometer. Damit ist er mehr als doppelt so groß wie der sonnennahe Planet Merkur – ein wahrhaftiger Titan unter den Monden.

In seiner Atmosphäre nimmt das Gas Methan dieselbe Rolle ein wie Wasser auf der Erde. Es liegt in flüssigem Zustand vor, kann zu Eis werden, verdampfen und Wolken bilden, die dann abregnen. Es gibt Seen und Flüsse aus Methan. Auf der Erde entsteht Methan, wenn organische Stoffe verrotten. Das passiert auf jedem Komposthaufen, in jedem Klärwerk und auch bei der Erdgasgewinnung. Methan ist ein effektiveres Treibhausgas als Kohlendioxid. Würde auf Titan genau so viel Sonnenlicht wie auf die Erde fallen, wäre es dort viel wärmer als bei uns. Allerdings kommt beim Saturnmond wegen seiner großen Entfernung zu unserem Zentralgestirn nur 1% Sonnenenergie im Vergleich zur Erde an. Deshalb ist es dort bitterkalt.

Saturn, mit Mond Tethys (oben links außen), Enceladus (oben links innen), Mimas (unten rechts von den Ringen), fotografiert von Voyager 1 (Bild: NASA/JPL)

Die beiden Voyager-Sonden teilten die Beobachtung der Monde wie beim Jupiter zwischen sich auf. Voyager 1 nahm sich Dione, Rhea und Titan vor. Voyager 2 dagegen Enceladus, Thethys, Hyperion, Iapetus und Phoebe. Alle Monde wurden innerhalb von zehn Stunden passiert. Die Schwenkplattform musste von einem Ziel zum nächsten schwenken, was sie an ihre Grenzen brachte. Quasi nebenbei mussten auch noch die Jupiterringe aus der Nähe untersucht werden.

Saturn hebt sich besonders durch seine Ringe hervor. Zwar besitzen alle Gasplaneten Ringsysteme. Dort sind sie aber viel weniger ausgeprägt.

Die Ringe bestehen zu 90 Prozent aus gefrorenem Wasser und Gesteinsbrocken. Sie sehen aus wie Rillen auf einer Schallplatte. Ihre Farbe wird durch die Art der Gesteine bestimmt. Sie sehen massiv aus, sind aber sehr feingliedrig und fragil. Meist bestehen sie aus kleinsten Teilchen mit Durchmessern von weniger als einem Millimeter. Aber es gibt auch Gebilde, welche die Größe eines Hauses erreichen und aussehen wie riesige Schneebälle.

Voyager 1 fotog...

Table of contents

• Inhaltsverzeichnis
• Vorwort
• Raumsonden – die Unkaputtbaren
• Sonnensystem – unsere Heimat
• Asteroidengürtel – Eis und Schutt
• Jupiter – der Gigant
• Saturn – der Schöne
• Uranus – der Geheimnisvolle
• Neptun – der Ungestüme
• Interstellarer Raum – neuer Wind
• Kuipergürtel – leerer Raum
• Oortsche Wolke – eine Theorie
• Unendlichkeit
• Quellenverzeichnis
• Weitere Informationen
• Impressum