Pioneer-Raumsonden Wer tritt auf die kosmische Bremse?


Zwei vor über 30 Jahren von der Erde gestartete Raumsonden sind nicht da, wo sie eigentlich sein sollten. Eine bisher unbekannte Kraft bremst Pioneer 10 und 11 ab. Astronomen rätseln weltweit, was die Pioneer-Anomalie verursacht. Die neuesten Theorien.
Von Guido Meyer

Als ob der Weltraum Wissenschaftlern nicht schon genug Rätsel aufgäbe, kommt seit einiger Zeit noch ein selbst gemachtes hinzu: die Pioneer-Anomalie. Bis heute hat niemand erklären können, was dort draußen, am Rande unseres Sonnensystems, für die beiden Nasa-Raumsonden abbremst.

Dabei ist die Forschungsmission eine Erfolgsstory: Pioneer 10 und ihre baugleiche Schwestersonde Pioneer 11 machten ihrem Namen Ehre und leisteten Pionier-Arbeit. Die beiden amerikanischen Raumsonden, die 1972 und 1973 gestartet waren, durchquerten als erste den Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Sie passierten die äußeren Gasplaneten und verließen das Sonnensystem. Dann kamen sie allerdings auf unerklärliche Weise vom Kurs ab.

Erste Ergebnisse bringen Licht ins Dunkel

In den vergangenen Jahren waren verschiedene Gründe für den eigenwilligen Kurs vermutet worden. Die Spekulationen reichten von simplen Messfehlern über die Existenz Dunkler Materie bis hin zu einem bislang unentdeckten Planeten, der durch seine Anziehungskraft die Sonden zurückhält. Mittlerweile liegen erste Ergebnisse der Pioneer Explorer Collaboration vor, einer Vereinigung internationaler Kosmologen, die zwei Jahre lang die Pioneer-Anomalie untersucht hat. Die Wissenschaftler werteten Daten der Sonden aus den vergangenen 30 Jahren aus. "Wir haben nun sämtliche Angaben über die Temperaturen, die zu verschiedenen Etappen ihrer Reise auf beiden Sonden geherrscht haben", bilanziert der Astropysiker Slava Turyschew von der US-Raumfahrtbehörde Nasa in Pasadena (Kalifornien), der die Arbeitsgruppe leitet. Die Temperaturunterschiede könnten sich als des Rätsels Lösung entpuppen.

Wie viel Wärme die Raumschiffe abgeben, hängt von ihren Bordbatterien ab. Die Generatoren strahlen Hitze ab, die sich in alle Richtungen verteilt. Trifft diese Wärmestrahlung wieder auf die Oberfläche des Raumschiffs, wird sie absorbiert, zurückgeworfen und erneut ins All abgegeben. Dieser Prozess hängt von der Form der Sonde ab. "Lichtteilchen stoßen auf die Rückseite der Antenne von Pioneer 10 und 11 - das ist wie eine auf der Sonde angebrachte Bremsrakete, die mit Wärme- und Lichtteilchen gespeist wird", vergleicht Turyschew. Dieser Schub wirke entgegen der Flugrichtung und verlangsame so die Bewegung der Raumschiffe geringfügig.

Zudem war eine Seite der Stromgeneratoren dreißig Jahre lang immer der Sonne ausgesetzt, die andere ständig dem kalten Vakuum des Weltraums. "Auch diese Temperaturverteilung am Raumschiff könnte zu Verformungen führen und dazu, dass mehr Hitze in die eine Richtung abgegeben wird als in die andere", glaubt der US-Astrophysiker.

Viele Theorien führen zum Ziel

Einen Schönheitsfehler weisen die Berechnungen der Pioneer Explorer Collaboration jedoch auf: Sie sind nur für etwa ein Drittel der gemessenen Abweichungen verantwortlich. Es müssen also weitere Ursachen für den zu langsamen Flug der beiden Schiffe hinzukommen, über die weiter spekuliert werden darf. Niemand in der Raumfahrtindustrie weiß, wie sich die äußere Struktur von Raumschiffen verändert, wenn sie dreißig Jahre lang durch das All fliegen. "Ist zum Beispiel Farbe abgeplatzt und reflektiert die Oberfläche der Raumsonde Licht und Wärme daher anders?", fragt Turyschew.

Wenn die Sonde durch eine Staubwolke geflogen ist, könnte sich der Staub auch auf der Außenhaut angesammelt haben, was wiederum die Flug-Eigenschaften verändert. Weltraumstaub könnte in der Tat mitverantwortlich sein für das Langsamerwerden der Sonden, glaubt auch Eugen Willerding vom Institut für Astrophysik der Universität Bonn. Astronomen vermuten, dass im äußeren Sonnensystem insgesamt etwa ein Zehntel der Erdmasse in Form von Staub vorhanden ist. Es wäre also genung Staub vorhanden, um die Pioneer-Sonden derart abzubremsen. Da beide Sonden, Pioneer 10 und 11, baugleich sind, könnte die von den amerikanischen Astrophysikern vorgeschlagene Hypothese die Pioneer-Anomalie in der Tat zumindest teilweise erklären. Bliebe noch das Rätsel zu lösen, warum auch bei den Raumsonden Cassini, Galileo und Ulysses ähnliche Bahnabweichungen gemessen wurden, und warum die Raumschiffe Messenger, Near und Rosetta nach ihren Erdvorbeiflügen ebenfalls einen anderen Kurs einschlugen.

Umstrittene These

Vielleicht liegt dem Ganzen doch ein umfassenderes Phänomen zugrunde, zum Beispiel in Form der - umstrittenen - "Mond-Theorie". "Mond" steht hier für Modifizierte Newtonsche Dynamik. Normalerweise ziehen sich Massen gegenseitig an. Diese als Gravitation bezeichnete Anziehungskraft nimmt jedoch ab, je weiter sich die beiden Massen voneinander entfernen - zum Beispiel die Raumsonden von der Sonne. Die Mond-Theorie besagt nun, dass diese Anziehungskraft bei eher gemächlich fliegenden Körpern langsamer schwächer wird als bisher angenommen. Und das könnte dazu geführt haben, dass die Raumsonden von ihrem Kurs abgelenkt werden. Als Erfinder dieser These gilt der israelische Physiker Mordehai Milgrom, dessen Vorhersagen in der Tat genau die bei den Pioneer-Sonden gemessene Beschleunigung ergeben.

Da die beiden Sonden mittlerweile etwa hundertmal so weit von der Sonne entfernt sind wie die Erde, könnte sich in diesen Dimensionen auch die Ausdehnung des Alls bemerkbar machen, glaubt Hansjörg Dittus vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation der Universität Bremen. "Der Wert der Abbremsung der Sonden entspricht - mit umgekehrten Vorzeichen - exakt der Ausdehnung des Kosmos." So ganz ist das Rätsel also wohl doch noch nicht gelöst.


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