Raumfahrt: New Horizons wirft einen kurzen Blick auf den Pluto
Das war knapp: Am 4. Juli 2015 brach vorübergehend die Kommunikation mit der Raumsonde New Horizons(öffnet im neuen Fenster) ab. Schlecht, denn zehn Tage später soll ihr großer Moment kommen, für den die US-Raumfahrtbehörde National Aeronautics and Space Administration (Nasa) die Sonde überhaupt erst ins All geschossen hat: der Vorbeiflug am Zwergplaneten Pluto(öffnet im neuen Fenster) .
New Horizons soll bei dem Vorbeiflug am 14. Juli erstmals hochaufgelöste Bilder von seiner Oberfläche sowie der seines Mondes Charon liefern. Die Sonde ist seit 2006 unterwegs zu dem Himmelskörper, der früher als der neunte Planet unseres Sonnensystems galt.
Der Fürst der Unterwelt mit Gefolge
Viel wissen wir nicht über Pluto. Er hat einen Durchmesser von 2.310 Kilometern, ein Drittel des Volumens des Erdenmonds, und ist etwa 4,9 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. Das entspricht etwa 33-mal der Entfernung der Erde zur Sonne. Entdeckt hat den Himmelskörper der Astronom Clyde Tombaugh am 18. Februar 1930, mit dem Teleskop des Lowell-Observatoriums in Flagstaff im US-Bundesstaat Arizona. Den Namen - nach dem Herrscher des römischen Totenreichs - bekam der Himmelskörper auf Vorschlag der elfjährigen Britin Venetia Burney(öffnet im neuen Fenster) .
Knapp 40 Jahre später fanden Astronomen den Mond Charon. In den vergangenen Jahren sind weitere hinzugekommen. Nach dem derzeitigen Stand hat Pluto vier weitere Begleiter, die alle stilecht nach Gestalten der antiken Unterwelt benannt sind, deren Chef Pluto ist. Hydra, den äußersten Mond, und Nix, in der Mitte des Systems, fand das Weltraumteleskop Hubble 2005. Kerberos folgte 2011 und Styx 2012. Möglicherweise findet New Horizons ja noch weitere.
Pluto ist kein Planet mehr
Jetzt hat Pluto zwar mindestens fünf Monde, aber er ist kein Planet mehr: Im August 2006 degradierte die Internationale Astronomische Union den Himmelskörper. Die Astronomen erkannten ihm den Status als Planet ab und stuften ihn zum Zwergplaneten herunter, dessen offizielle Bezeichnung seither (134340) Pluto lautet.
Hubble hat zwar die Monde entdeckt, wie es darauf und auf Pluto selbst aussieht, konnte das Weltraumteleskop aber nicht feststellen - seine besten Bilder haben eine Auflösung von 500 Kilometern pro Pixel. Auch auf den ersten Bildern, die New Horizons Anfang des Jahres von dem Zwergplanetensystem gemacht hat, ist nicht viel zu erkennen.
Pluto ist rotbraun und hat Flecken
Besser sind die Bilder, die New Horizons mit einer der Bordkameras aufgenommen und, kurz bevor die Kommunikation abbrach, zur Erde gesendet hat: Sie zeigen verschwommen einen rötlich-braunen Himmelskörper mit schwarzen Flecken in der Äquatorregion. Diese haben laut Nasa einen Durchmesser von knapp 500 Kilometern. Anders als beim Mars führen die Wissenschaftler die rote Farbe nicht auf Eisenoxid zurück, sondern auf Kohlenwasserstoffmoleküle.
Besser sollen die Bilder werden, wenn New Horizons am 14. Juli 2015 gegen 13:50 Uhr Mitteleuropäischer Sommerzeit dem Zwergplaneten am nächsten kommt: Die Sonde soll Pluto in etwa 12.500 und Charon in etwa 27.000 Kilometern Entfernung passieren. Dabei soll sie Bilder aufnehmen, deren Auflösung im Bereich von einigen Hundert Metern liegt.
Auch wenn Pluto kein Planet mehr ist: Die Aussicht auf hochaufgelöste Bilder von einem so weit entfernten Himmelskörper weckt Erwartungen. Und New Horizons wird den Ex-Planeten nicht nur ablichten.
Die wissenschaftliche Ausstattung von New Horizons
Insgesamt sieben wissenschaftliche Instrumente hat New Horizons an Bord - etwa die Kamera Ralph: Sie hat ein Teleskop mit einer Öffnung von 6 Zentimetern. Das Licht, das das Teleskop einfängt, wird auf zwei Kameras geleitet: die Multispectral Visible Imaging Camera (MVIC), die Licht im sichtbaren Spektrum aufnimmt, und das Linear Etalon Imaging Spectral Array (Leisa) für den nahen Infrarotbereich.
Mit diesen Kameras soll New Horizons die Oberflächen von Pluto und Charon fotografieren. Mit Hilfe der Bilder sollen Karten der beiden Himmelskörper erstellt werden. Die Auflösung beträgt 250 Meter pro Pixel. Allerdings wird New Horizons nur eine Hälfte des Zwergplaneten ablichten, da er sich zu langsam um die eigene Achse dreht.
Lorri beobachtet Pluto schon länger
New Horizons' zweite Kamera ist der Long Range Reconnaissance Imager (Lorri), der an einem 20,8-Zentimeter-Teleskop sitzt. Damit kann die Sonde beim Vorbeiflug sogar Objekte mit einer Größe von 50 Metern auf der Oberfläche des Plutos erfassen. Mit der Kamera nahm New Horizons schon Anfang des Jahres Bilder der beiden Pluto-Monde Nix und Hydra auf und funkte sie zur Erde .
Im ultravioletten Bereich arbeitet Alice: Das ist ein UV-Spektrometer, mit dem die Zusammensetzung der Atmosphären von Pluto und Charon untersucht werden soll. Alice ist die weiterentwickelte Version des UV-Spektrometers auf der europäischen Raumsonde Rosetta , die seit August 2014 um den Kometen 67P/Tschurjumow-Gerassimenko kreist .
Rex untersucht die Atmosphäre
Das Radio Science Experiment (Rex) ist ein Teil der Kommunikationseinrichtung von New Horizons und soll ebenfalls die Atmosphäre von Pluto untersuchen. Außerdem soll Rex die Temperaturen auf der Oberfläche von Pluto und Charon messen und deren Massen bestimmen.
Der Solar Wind Analyzer around Pluto (Swap) ist ein Plasmaspektrometer: Es erfasst elektrisch geladene Teilchen, die aus der Atmosphäre entweichen, sowie Plutos Interaktion mit dem Sonnenwind. Die Forscher wollen so herausfinden, ob Pluto ein Magnetfeld hat. Das Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation (Pepssi) sucht ebenfalls nach Ionen, die aus der Atmosphäre entkommen, und misst deren Masse und Energie. Der Unterschied zwischen beiden ist die Energie: Swap untersucht Teilchen bis 6,5 Kiloelektronenvolt, Pepssi bis zu 1 Megaelektronenvolt.
SDC sammelt Staub
Praktisch seit Beginn von New Horizons' Reise durch das Sonnensystem arbeitet der von Studenten der Universität von Colorado gebaute Staubpartikelzähler (Student Dust Counter, SDC): Das ist eine 46 × 30 Zentimeter große Platte, auf die Staubpartikel auftreffen. Der SDC zählt die Staubkörner und bestimmt deren Masse.
Die Forscher warten schon lange darauf, die Instrumente endlich in Betrieb zu nehmen.
Schneller als alle Sonden zuvor
Start der Mission war vor über neun Jahren, am 19. Januar 2006. Eine Atlas-V-Trägerrakete brachte New Horizons auf den Weg(öffnet im neuen Fenster) . Um die Reisezeit durch das ganze Sonnensystem vergleichsweise kurz zu halten, ist die Sonde flott unterwegs. Sie verließ die Erde mit einer Geschwindigkeit von über 58.000 km/h - so schnell war noch keine Sonde vorher. Jetzt ist sie noch etwa 50.400 km/h schnell. Deshalb gibt es auch nur einen Vorbeiflug. Wegen der hohen Geschwindigkeit kann die Sonde nicht in einen Orbit einschwenken.
Nach etwa einem Jahr Reisezeit flog die Sonde am Jupiter vorbei. Sie machte Bilder vom größten Planeten unseres Sonnensystems, seinen Ringen sowie seinen Monden. Außerdem nahm sie Messungen seines Magnetfeldes vor.
New Horizons verschläft den Flug
Die größte Zeit der Reise verbrachte New Horizons im Ruhezustand. Insgesamt 18 Ruhephasen, zwischen 36 und 202 Tage lang, gab es auf dem Weg zum Pluto. Sie machten etwa zwei Drittel der Reisezeit aus. Die Sonde wurde allerdings immer wieder aufgeweckt, auch für den entscheidenden Moment Ende des vergangenen Jahres .
Nach dem langen Flug war die Bestürzung groß, als kurz vor dem Ziel die Verbindung zu der Sonde abbrach. Knapp anderthalb Stunden später konnte die Nasa die Verbindung aber wieder herstellen. Der Autopilot hatte inzwischen den Bordcomputer in einen abgesicherten Modus versetzt, der Ersatzcomputer den Betrieb der Sonde übernommen. Er stellte die Verbindung zur Erde wieder her und sendete Telemetrie-Daten.
Funksignal ist mehr als vier Stunden unterwegs
Es sei weder ein Hardware- noch ein Software-Fehler gewesen, teilte die Nasa am 6. Juli mit(öffnet im neuen Fenster) . Ein "schwer zu erkennender Timing-Fehler in der Befehlssequenz" , der während der Vorbereitung des Vorbeiflugs der Sonde aufgetreten sei, habe den Ausfall verursacht. Ihn zu finden und zu beheben, dauerte gut zwei Tage - auch, weil die Daten von der Sonde zur Erde rund viereinhalb Stunden unterwegs sind.
Seit dem 7. Juli ist die Sonde wieder voll im Einsatz. Dass sie drei Tage lang keine wissenschaftlichen Daten sammeln konnte, sei zu verschmerzen, sagte Alan Stern, wissenschaftlicher Leiter des New-Horizons-Projekts bei der Nasa. Hauptsache, sie sei am 14. Juli einsatzbereit. Die ersten Bilder werden aber frühestens am Tag darauf auf der Erde eintreffen. Das liegt unter anderem an der niedrigen Übertragungsrate: Laut Nasa(öffnet im neuen Fenster) liegt die bei 2 KBit/s. Die wichtigsten Daten sollen bis September vorliegen. Laut Nasa wird es bis voraussichtlich Ende 2016 dauern, bis sämtliche Daten des Pluto-Vorbeiflugs auf der Erde sind.
Weiter geht's zum Kuipergürtel
Damit wäre das Primärziel erreicht, die Mission aber nicht beendet. Pluto ist das bekannteste Objekt des Kuipergürtels(öffnet im neuen Fenster) . Über diese Region jenseits der Bahn des Neptuns, die dem Asteroidengürtel(öffnet im neuen Fenster) ähnelt, ist noch wenig bekannt. Nach dem Vorbeiflug am Pluto soll die Sonde mindestens ein größeres Objekt des Kuipergürtels ansteuern. Insgesamt gibt es dort mutmaßlich 70.000 Objekte mit mehr als hundert Kilometern Durchmesser.
"New Horizons ist unterwegs zu einer neuen Klasse von Planeten, die wir noch nie gesehen haben, an einem Ort, an dem wir nie zuvor gewesen sind" , sagte New-Horizons-Wissenschaftler Hal Weaver nach dem Aufwecken von New Horizons im Dezember 2014.(öffnet im neuen Fenster) . "Jahrzehntelang dachten wir, Pluto sei nur dieser seltsame kleine Körper am Planetenrand. Jetzt wissen wir, dass er in Wirklichkeit das Tor zu einer ganzen Region neuer Welten im Kuipergürtel ist, und New Horizons wird die erste Nahaufnahme davon liefern."