Science-Fiction: Der Bussardkollektor funktioniert nicht so gut wie gehofft

Das bislang realistischste interstellare Antriebskonzept verstößt nicht gegen die Relativitätstheorie, hat aber andere Probleme mit der Physik.

Artikel von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 13. Januar 2022, 12:00 Uhr

Der Buzzardkollektor soll seinen eigenen Treibstoff im Weltraum einsammeln. (Bild: Nasa)

In der Science-Fiction gibt es viele Techniken, um die Sterne unserer Galaxie zu besiedeln, trotz der großen Entfernungen und der kurzen Lebensspanne der Menschen. Das Konzept des Bussard-Triebwerks von 1960 war eines der wenigen, die dabei die Grenzen von Lichtgeschwindigkeit und Relativitätstheorie nicht völlig außer Acht ließen. 1969 schätzte John F. Fishback ab, dass es damit theoretisch sogar für Menschen möglich sein sollte, noch während ihrer Lebenszeit die ganze Milchstraße zu durchqueren.

Eine neue Studie von Peter Schattschneider von der TU Wien und Albert A. Jackson von Triton Systems in Houston, USA, zeigt nun, dass sich zumindest diese Hoffnung wohl nicht erfüllen wird.

Bussard-Triebwerke sollen wie ein Düsentriebwerk mit Fusionskern statt einer Turbine funktionieren. Beim Flug durch die Galaxis sollen sie das größtenteils aus Wasserstoff bestehende interstellare Gas aufsammeln und dank Kernfusion mit größerer Geschwindigkeit wieder ausstoßen.

Fishback schlug vor, das mit Magnetfeldern zu tun. Die Studie von Schattschneider und Jackson zeigt auch, dass dieses Prinzip funktioniert. Allerdings nur mit einem sehr großen Antrieb und fast perfekten Fusionsreaktoren; und selbst dann funktioniert es in der Theorie nicht gut genug, um während der menschlichen Lebenszeit die über 100.000 Lichtjahre große Milchstraße zu durchqueren.

Niemand muss die Lichtgeschwindigkeit überschreiten

Dabei müsste für den Flug durch die Milchstraße nicht einmal die Lichtgeschwindigkeit überschritten werden. Denn die Relativitätstheorie zeigt, dass sie kein unüberwindliches Hindernis ist, um ferne Sterne und Galaxien zu erreichen, ohne auf dem Flug Tausende Jahre verbringen oder zumindest selbst erleben zu müssen. Für einen Beobachter aus der Ferne fliegt das Raumschiff zwar langsam durch die Galaxis und braucht etwas mehr als ein Jahr pro Lichtjahr, aber an Bord des Raumschiffs selbst sieht die Sache ganz anders aus.

Es passieren zwei Dinge: Die Zeit der zurückbleibenden Beobachter verläuft schneller als an Bord, um den sogenannten Lorentz-Faktor, der von der Geschwindigkeit abhängt. Außerdem wird die Strecke zum Ziel für die Besatzung des schnell fliegenden Raumschiffs während des Flugs viel kürzer, und zwar ebenso um den Lorentz-Faktor. Im Endeffekt muss die Lichtgeschwindigkeit deshalb gar nicht überschritten werden, um Strecken von 1.000 Lichtjahren in weniger als 1.000 Jahren zu überwinden.

Gefunden wurde der Lorentz-Faktor von Hendrik Lorentz, der das Relativitätsprinzip und die Veränderung von Zeit und Raum bereits 1895 als eine mathematische Lösung für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen nach Maxwells Gleichungen von 1862 beschrieb und dabei nicht der einzige war. 1905 vereinte Albert Einstein sie in "Zur Elektrodynamik Bewegter Körper" mit den Gleichungen der klassischen Mechanik, mit Hilfe anderer Erkenntnisse von Mach, Doppler, Hertz und anderen. Er fand dabei den Effekt des Anstiegs der Masse und leitete daraus später die Äquivalenz von Energie und Masse ab.

Um die Galaxie durchqueren zu können, müsste es das Prinzip des Bussard-Triebwerks also nur möglich machen, sich der Lichtgeschwindigkeit stark genug zu nähern, um einen großen Lorentz-Faktor zu erreichen. Dazu muss das Bussard-Triebwerk kontinuierlich beschleunigen und das interstellare Gas aufsammeln. Das Gas ist größtenteils ionisiert. Der Wasserstoff besteht also aus einzelnen positiv geladenen Protonen, ohne Elektronen. Deshalb können sie mit einem großen Magnetfeld gesammelt werden.

Schattschneider und Jackson haben sich vor allem die Erzeugung dieses Magnetfeldes genauer angesehen. In früheren Untersuchungen zu dem 1960 von Robert W. Bussard vorgeschlagenen Antrieb wurde die Masse zu dessen Erzeugung von John Ford Fishback nur mit einer sehr optimistischen Formel abgeschätzt und nicht berechnet.