Pluto ist eine beliebte Welt. Spätestens seit am 14. Juli 2015 die NASA-Raumsonde New Horizons an dem Zwergplaneten vorbeigerauscht war, flogen ihm die Herzen vieler Menschen zu. Es zeigte sich auch, dass auf seiner Oberfläche selbst ein Herz sitzt, wenn auch ein sehr kaltes. Denn die mittlere Temperatur auf Plutos Oberfläche mit seinem gewaltigen herzförmigen Gletscher aus Stickstoffeis liegt bei gerade einmal minus 229 °C.

Karl taucht in dieser Folge des Podcasts in die Geologie des Plutos ein. Schon lange vor dem Vorbeiflug von New Horizons gab es einige Kenntnisse über die ferne Welt. Doch erst die Daten der Sonde zeigten, wie dynamisch sich der Zwergplanet im Laufe eines 248 Erdjahre langen Sonnenumlaufs verändert. Gleich vier Eissorten spielen dabei eine wesentliche Rolle: Sie gleiten als Gletscher über die Oberfläche, sublimieren in eine dünne Atmsphäre, bilden steile Berghänge oder brechen aus Kryovulkanen als eisige Lava empor.

Im AstroGeo Podcast erzählen sich die Wissenschaftsjournalisten Franziska Konitzer und Karl Urban alle zwei Wochen eine Geschichte, die ihnen entweder die Steine unseres kosmischen Vorgartens eingeflüstert – oder die sie in den Tiefen und Untiefen des Universums aufgestöbert haben. Der Podcast ist auch auf iTunes oder Spotify zu finden.

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Der Beitrag AstroGeo Podcast: Plutos Herz und vier Sorten Eis erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DLR.

Vor fünf Jahren flog am 14. Juli 2015 die kleine US-Raumsonde New Horizons durch das entfernte Pluto-Charon-System. Während der Passage führte sie einzigartige wissenschaftliche Messungen durch und sandte aufsehenerregende Bilder zur Erde, die eine bewegte Vergangenheit und unerwartet dynamische Entwicklung des sonnenfernen Binärkörpersystems enthüllten. Ein Anlass, zum fünften Jahrestag des Plutovorbeiflugs eine Rückschau auf diese einzigartige raumfahrttechnische Meisterleistung und die wissenschaftlichen Erkenntnisse einer herausragenden Mission zur Erforschung von eisigen Himmelskörpern am äußeren Rand des Sonnensystems zu halten. Beim Radioexperiment REX auf New Horizons sind deutsche Planetenwissenschaftler beteiligt.

Als am 18. Februar 1930 der amerikanische Junior Astronom Clyde Tombaugh (1906-1997) am Lowell-Observatorium in Flagstaff, Arizona, ein lang gesuchtes Objekt, den suspekten Planeten X, jenseits des Neptun fand, hatte er die Entdeckung seines Lebens gemacht. Dieser neue, der neunte ‚Planet‘ und mit einem Durchmesser von knapp 2.400 Kilometern relativ kleine Himmelskörper, der bald darauf den Namen Pluto bekam, war jetzt gewissermaßen der planetare Außenposten unseres Sonnensystems – eine Rolle, die seit 1846 bisher Neptun innehatte. Und dies blieb Pluto bis zum Jahre 1992, als man auf dem hawaiianischen Mauna-Kea-Observatorium mit (15760) Albion ein noch weiter als Pluto entferntes transneptunisches Objekt (TNO) aufspürte, einen kleinen unregelmäßig geformten Körper mit nur 100 bis 150 Kilometer Durchmesser. In rascher Folge entdeckte man weitere TNOs, deren Zahl bis heute auf mehr als tausend angewachsen ist und die für Planetenforscher aufschlussreiche naturgeschichtliche Archive darstellen, aber auch zahlreiche neue Fragen zur Entstehungsgeschichte und Entwicklung des Sonnensystems aufwerfen.

Der lange Weg der NASA-Mission New Horizons vor dem Start und bis ans Ziel
Seit Plutos Entdeckung dauerte es rund ein halbes Jahrhundert, bis die NASA ins Auge fasste, den (Zwerg-)Planeten am Rande des Sonnensystems mit einer kleinen Raumsonde anzufliegen und zu erkunden. Dafür mit ausschlaggebend war gewiss auch die Entdeckung des Plutomondes Charon, der dem amerikanischen Astronomen James W. Christy am US Naval Observatory im Juni 1978 auf hochauflösenden Fotografien als eine Ausbuchtung des Plutoscheibchens auffiel und die periodisch in 6,4 Tagen um das Bildzentrum wanderte. Charon ist mit einem Durchmesser von 1.212 Kilometern und einem Achtel der Masse Plutos ein vergleichsweise großer und massereicher Trabant seines ‚Planeten‘, weshalb häufig vom Doppelkörpersystem Pluto-Charon gesprochen wird.

Doch erst im Dezember 2000 hatte sich ein Missionsvorschlag soweit konsolidiert, dass nicht nur in den Köpfen, sondern auch ‚mechanisch‘ eine Sonde fertig gebaut wurde: New Horizons – ein Name, der dem Leiter der Mission, Alan Stern, während einer Gebirgswanderung einfiel, als er seinen Blick von einem Berg zum Horizont schweifen ließ. Nach gut weiteren fünf Jahren war es dann soweit: New Horizons wurde am 19. Januar 2006 von Cape Canaveral aus zum Pluto gestartet. Im Juli 2015 erreichte die Sonde schließlich ihr Ziel; ein Start, knapp einen Monat später, hätte die Ankunft der Sonde um fünf Jahre (!) verzögert.

Masse, Beschleunigung, Astronomie: ein Wettlauf gegen die Zeit
Die unzähligen Schritte der Überzeugungsarbeit und vielfältigen Entscheidungen, bis eine Mission an der Spitze einer Trägerrakete auf dem Startplatz steht und der Countdown gezählt wird, sind meist schwieriger zu meistern, als die Planung und technische Umsetzung der wissenschaftlichen Experimente. Am Ende war es ein astronomischer Aspekt, der New Horizons schon am Boden ‚beschleunigte‘: Pluto hat eine stark exzentrische Sonnenumlaufbahn, deren sonnennächster Punkt bei 4,5 Milliarden Kilometern Entfernung liegt. Diesen hatte der Himmelskörper 1989 durchlaufen und sich seither wieder vom Zentralgestirn entfernt. Ihr sonnenfernster Punkt befindet sich nämlich in einer Distanz von 7,4 Milliarden Kilometern, und für einen Sonnenumlauf benötigt Pluto 248 Jahre. Eine weitere Verzögerung hätte also eine immer längere Reisezeit zu Pluto bedeutet, aber auch wissenschaftliche Einbußen mit sich gebracht. Denn mit zunehmender Entfernung zur Sonne wäre die hauchdünne Atmosphäre Plutos kondensiert und als Eis auf die Oberfläche gerieselt, hätte also nicht mehr untersucht werden können.

Um Pluto überhaupt erreichen zu können, durfte die Sonde nur sehr wenig Masse haben. Inklusive Treibstoff waren es keine 500 Kilogramm. Darüber hinaus wurde die Atlas-Trägerrakete mit einer zusätzlichen Schubstufe versehen, die New Horizons auf eine Fluchtgeschwindigkeit von 16,21 Kilometern pro Sekunde (58.356 km/h) beschleunigte, der höchsten Geschwindigkeit, mit der eine Raumsonde je die Erde verlassen hatte. Nach der neuneinhalb Jahre langen Reise, mit einem Swingby-Manöver am Riesenplaneten Jupiter zur weiteren Beschleunigung der Sonde, flog New Horizons dann vor fünf Jahren am 14. Juli 2015 um 13.50 Uhr MESZ, etwa 4,8 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt, in einer Distanz von weniger als einem Erddurchmesser über Plutos Oberfläche hinweg und an seinen Monden vorbei.

Das Kamel schießt durchs Nadelöhr: Durch die Bahnebene der Plutomonde
New Horizons musste fast senkrecht durch die Ebene fliegen, in der die Monde Charon, Nix, Hydra, Kerberos und Styx Pluto umkreisen. Bei der Planung war dies ein Aspekt großer Unsicherheit: Denn es hätten sich weitere, noch unentdeckte Monde oder Eis- und Gesteinsringe in dieser Ebene befinden können, die teleskopisch nicht entdeckt und zur Gefahr werden konnten. Beobachtungen wenige Tage vor dem Flyby sorgten für Erleichterung: Die Aufnahmen zeigten keine neuen Hindernisse. Für den Vorbeiflug war in jahrelanger Programmierarbeit jede Beobachtung und Messung auf die Sekunde festgelegt: Binnen weniger Stunden kamen sieben wissenschaftliche Bordexperimente zum Einsatz. Neben drei optischen Geräten, dem UV-Spektrometer ‚Alice‘ sowie den hochauflösenden Kamerasystemen LORRI und ‚Ralph‘, nahmen die beiden Plasma-Instrumente PEPSSI und SWAP, der Staubdetektor ‚Venetia‘ und das Radioexperiment REX eingehende Messungen an dieser fernen, eiskalten Welt vor. REX ist das einzige Instrument auf New Horizons, an dem mit den deutschen Planetenforschern des Rheinischen Instituts für Umweltforschung an der Universität zu Köln deutsche Wissenschaftler beteiligt sind (siehe Kasten). Finanziell gefördert wurde ihre Beteiligung vom Raumfahrtmanagement des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie.

Ein Herz aus Eis, schlammiger Bodenbelag, Kristalleisgebirge und ein Putzmittel
Pluto und sein Mondsystem entpuppten sich vor den Augen der Bordkameras als eine bizarre Welt mit einer bewegten Vergangenheit und vielleicht sogar dynamischen Gegenwart – ein Resultat, mit dem in diesem Ausmaß kein Wissenschaftler zuvor gerechnet hatte und welches ihren Puls buchstäblich beschleunigte: Unter Planetenforschern legendär ist Alan Sterns Ausbruch an Begeisterung, als er die ersten Nahaufnahmen auf dem Bildschirm zu sehen bekam. Jahrzehntelang hatten die Forscher darauf gewartet. Bekannt war von Pluto und Charon bis dato nicht viel, zu klein ist diese ferne Welt selbst für das Hubble-Weltraumteleskop, das nur schemenhaft Helligkeitsunterschiede auf zwei winzigen Lichtscheibchen erkennen ließ. Im Schnitt kommen dort nur fünf Zehntausendstel des Sonnenlichts an, das auf die Erde fällt, die Tagestemperatur beträgt minus 234 Grad Celsius.

Bei diesen Temperaturen frieren die meisten Gase aus. Pluto ist daher von einem Gemisch aus Wasser-, Stickstoff-, Methan-, Kohlenmonoxid-, Kohlendoxid- und Ammoniakeis bedeckt und gegenwärtig, noch in ‚Sonnennähe‘, von einer hauchdünnen Atmosphäre umgeben. Diese besteht aus Stickstoff (mit etwas Kohlenmonoxid und Methan); sie ist – das zeigten die neuen, gegen den Horizont aufgenommenen Bilder – geschichtet und reicht bis in eine Höhe von 1.600 Kilometern. Die mittlere Dichte von Pluto beträgt 1.860 Kilogramm pro Kubikmeter: Daraus lässt sich ableiten, dass Pluto zu mehr als zwei Dritteln aus Gestein und zu 30 Prozent aus Eis verschiedener Zusammensetzung besteht. Das bedeutet, dass die Gesteinsmasse groß genug ist, um nach der Entstehung des Zwergplaneten durch den Zerfall radioaktiver Elemente im Inneren ausreichend Wärme zu erzeugen, so dass sich im Zentrum ein Gesteinskern bilden konnte, der von einer mächtigen Eisschicht umgeben ist. Mehr noch, es könnte genügend Energie vorhanden sein, um auch heute noch dynamische Prozesse in der Eisschicht antreiben zu können.

Tatsächlich blickten die Wissenschaftler zum einen zwar auf eine dunkle Oberfläche, die voller Einschlagskrater war und vermutlich schon vor vier Milliarden Jahren erstarrte; aber auch auf riesige helle kraterfreie Flächen aus blankem Eis, die seit weniger als 100 Millionen Jahren existieren oder teils sogar erst vor kurzer Zeit entstanden sind. Zahlreiche Polygone, die ein wabenartiges Muster in die Eisebene Sputnik Planum zeichnen, werden als erstarrte Konvektionszellen interpretiert, in denen flüssiges oder plastisches Material an die Oberfläche gelangte und ausfror. Und als ob die Natur wüsste, wie eine Landschaft medienwirksam auszusehen hat, gestaltete sie diese über eintausend Kilometer große Eisfläche mit den Umrissen eines Herzens, der man nach dem Entdecker Plutos den Namen Tombaugh Regio gab.

Eine weitere Überraschung war die Entdeckung gewaltiger hochgebirgsartiger Landschaften mit den Norgay und Hillary Montes, Bergen von bis zu 3.500 Metern Höhe, die jedoch nicht aus Stein und Fels bestehen, sondern aus einer Tieftemperatur-Modifikation von Wassereis extremer Härte, die verhindert, dass diese Eisriesen an der Basis durch das Eigengewicht in sich zusammenschmelzen. Das dunkle, rötlich-braune Material im Norden Plutos, das sich auch auf Charon findet, besteht vermutlich aus einer komplexen Mischung organischer Moleküle wie Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff, die sich in der Atmosphäre von Gasplaneten, Monden oder Kometen unter der Einwirkung ultravioletter Strahlung und den Partikeln des Sonnenwindes aus dem Oberflächenmaterial bilden. Sie werden „Tholine“ (griechisch für „schlammig“) genannt. Auf Charon identifizierten die Wissenschaftler außerdem Wassereiskristalle, die auch Spuren von Ammoniumhydroxid (NH4OH) enthalten – im Haushalt als Putzmittel unter dem Begriff Salmiakgeist bekannt.

Der zweite Streich: Vorbeiflug am 30 Kilometer großen Arrokoth an Neujahr 2019
Nach dem perfekten und wissenschaftlich so ergiebigen Vorbeiflug am Pluto setzte New Horizons seinen Flug durch den Kuipergürtel fort. Diese die acht Planetenbahnen umgebende schlauchförmige Region, gelegentlich auch als Kuiper-Edgeworth-Gürtel bezeichnet, ist die kosmische Heimat eisiger, teils extrem primitiver Körper von wenigen Kilometern Größe bis hin zu mehreren tausend Kilometern Durchmesser. Zwergplaneten wie Pluto, Eris, Makemake und Haumea zählen als bekannte Objekte dazu. Der Kuipergürtel schließt unmittelbar an den äußeren Planeten Neptun an und erstreckt sich ungefähr bis in eine Sonnenentfernung von 18 Milliarden Kilometern. Er ist zugleich das Reservoir für die meisten kurzperiodischen Kometen. Alle Objekte des Kuipergürtels zusammengenommen machen nur einen Bruchteil der Masse der Erde aus.

Bereits vor der Ankunft am Pluto hatte man mit Hilfe des Hubble-Weltraumteleskops ein weiteres transneptunisches Objekt erspäht, das für einen relativ nahen Vorbeiflug nach New Horizons Rendezvous mit Pluto geeignet erschien. Anfangs erhielt das neue Objekt die Kennzeichnung 1110113Y und im Mai 2015, nachdem seine Bahn hinreichend genau bestimmt worden war, die offizielle Bezeichnung 2014 MU69. Im März 2018 wählte das New-Horizons-Team aus eingereichten Vorschlägen „Ultima Thule“ als vorläufigen Namen aus, angelehnt an den nördlichsten Landpunkt der Erde an der Nordspitze Grönlands, ein Ort, um den sich seit der Antike ähnlich viele Geschichten rankten wie um Atlantis. Inzwischen wurde er in „Arrokoth“ umbenannt, was in der Sprache der Algonkin „Himmel“ bedeutet. Arrokoth umkreist die Sonne in einer Distanz zwischen 6,4 und knapp 7,0 Milliarden Kilometern und ist derzeit rund 44 Astronomische Einheiten (1 AE = 150 Millionen Kilometer) von ihr entfernt.

In den Jahren 2017 und 2018 ergaben sich anhand der Beobachtung von Sternbedeckungen durch Arrokoth erste Anhaltspunkte, dass das Objekt möglicherweise aus zwei Körpern besteht, die sich umkreisen. Entscheidend beteiligt an diesen Messungen war auch das Flugzeugobservatorium SOFIA des DLR und der NASA. Die vielversprechenden Voruntersuchungen bestätigten sich, als New Horizons am 1. Januar 2019 mit 14,3 Kilometern pro Sekunde (51.500 km/h) nur 3.000 km entfernt an Arrokoth vorbeisauste und Bilder lieferte, die an die Gestalt des Kerns des Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko erinnerten, auf dem die europäische Rosetta-Landesonde Philae gut fünf Jahre zuvor gelandet war.

Doch erst eine genaue Analyse offenbarte die Andersartigkeit: Während der Kometenkern im Ganzen doch eine gewisse räumliche Tiefe aufweist, sind die beiden Teile Arrokoths von ziemlich flacher Struktur und, wie allerdings auch 67P, kraterarm. Letzteres ist ein starkes Indiz, das uns die Oberfläche einen manifesten Einblick in die Anfangszeit unseres Sonnensystem erlaubt, weil es kaum Veränderungen durch chemische Reaktionen infolge Sonnenlicht oder die bei Einschlägen freigesetzte Energie gab. Und in der Tat zeigen sich bei einer genauen geologischen Analyse der Aufnahmen jene Formationen, von denen man annimmt, dass sie die allerersten „building blocks“ bei der Entstehung der beiden Einzelkörper waren, genau so, wie es die Planetologen schon lange vermuteten.

Die Bilder, die man während des Vorbeiflugs gewann, zeigten, dass Arrokoth zwar aus zwei Einzelkörpern besteht, die aber entlang ihrer Längsachsen zu einer 31 Kilometer großen ‚Erdnuss‘ zusammengewachsen sind, zu einem sogenannten ‚contact binary‘: einem Körper, der sich durch Kontakt mit einem zweiten Körper verbunden hat. Vermutlich ist dies ein im äußeren Sonnensystem häufig ablaufender Prozess, denn auch der von der Rosetta-Sonde der ESA besuchte Komet 67P/Churyumov-Gerasimenko entstand, wie Analysen nahelegen, durch einen sanften Kontakt zweier kleinerer Ursprungskörper. Farblich besteht zwischen den beiden rostbraun getönten Einzelkörpern kein Unterschied, lediglich der gerade noch auszumachende ‚Nacken‘ in der Kontaktzone ist deutlich heller. Die rötliche Färbung beruht Spektralmessungen zufolge auf den Verbindungen Methanol (CH3OH), Blausäure (HCN), Wassereis und einiger Kohlenwasserstoffverbindungen. Wegen New Horizons großer Entfernung ist die Übertragung der Daten vom Vorbeiflug an Arrokoth zur Erde auch nach anderthalb Jahren nicht abgeschlossen und wird noch bis Ende 2020 andauern. Erst dann wird es endgültige Ergebnisse geben.

Erste Fixstern-Parallaxenmessung mit einer Raumsonde
Erst jüngst hat New Horizons einen weiteren Rekord gebrochen. Jenseits von Arrokoths Umlaufbahn hat die Sonde in einer Distanz von rund 47 AE zwei nahe Fixsterne angepeilt und so die erste interplanetare Parallaxenmessung ermöglicht, dessen Resultat am 11. Juni bekannt gegeben wurde.

Am 22. und 23. April dieses Jahres machte die Raumsonde fern von Erde und Sonne Aufnahmen zweier Sterne, die unserem Sonnensystem relativ nah stehen, Proxima Centauri und Wolf 359 im Sternbild des Löwen. Vergleicht man die Bilder der Sonde mit denen, die zur gleichen Zeit von der Erde aus im gleichen Sternfeld gewonnen wurden, erkennt man deutlich, wie die beiden Sterne in Bezug auf die mehr als 100fach weiter entfernten Hintergrundsterne jeweils eine geringfügig andere Position einnehmen. Astronomisch bezeichnet man das als Parallaxeneffekt.

„Das trigonometrische Parallaxenverfahren spielte und spielt in der Astronomie eine entscheidende Rolle, denn damit lässt sich gut die Entfernung naher Sterne in einem Umkreis von etwa 100 Lichtjahren bestimmen“, erläutert Dr. Manfred Gaida, Astronom und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). „Dieses Verfahren zur stellaren Entfernungsbestimmung ist gleichsam die erste Stufe auf der kosmischen Entfernungsleiter.“

Das Grundprinzip der Messmethode ist dabei denkbar einfach und lässt sich mit dem Hin- und Herspringen des Daumens einer ausgestreckten Hand vor einer Wand vergleichen, wenn er abwechselnd mal mit dem linken und mal mit dem rechten Auge anvisiert wird. Was im Gesicht der Abstand der Pupillenmitten ist, ist bei den Astronomen der doppelte Erdbahnhalbmesser, also zweimal die große Halbachse der Erdbahnellipse oder zwei Astronomische Einheiten (AE), das heißt rund 300 Millionen Kilometer. Misst man die Position eines relativ nahen Sterns von zwei weit auseinanderliegenden Positionen auf der Erdbahn, z.B. im Frühjahr und im Herbst, lässt sich trigonometrisch die Distanz zu dem Stern ermitteln.

Stellarer Parallaxeneffekt mit einer Basislinie von sieben Milliarden Kilometern
Mit New Horizons konnte nun die Basislinie von 1 AE auf gut 47 AE vergrößert werden. Dadurch „springen“ Proxima Centauri und Wolf 359 bei wechselnder Betrachtung der Erd- und Raumsondenaufnahmen auffallend vor den Fixsternen im Hintergrund hin und her – eine erst- und einmalige Visualisierung des stellaren Parallaxeneffekts, die vorher so nicht möglich war. Dem Projektleiter von New Horizons, Alan Stern, und seinem Team ist damit eine Meisterleistung in der experimentellen Astronomie gelungen.

Da Parallaxenwinkel sehr klein sind, d.h. bezogen auf den Erdbahnhalbmesser weniger als eine Bogensekunde betragen und der parallaktische Effekt von vielen anderen physikalischen Effekten wie zum Beispiel von der Aberration und der Eigenbewegung des Sterns überlagert wird, hat es lange gedauert, bis die erste Bestimmung einer Fixsternparallaxe glückte und dadurch die Tiefendimension des Kosmos erschlossen werden konnte. Viele Abschätzungen wurden jahrhundertelang unternommen, die Entfernung der Sterne auszuloten, doch erst ab dem Jahr 1835 kam der Durchbruch: Nahezu gleichzeitig und unabhängig voneinander führten die drei Astronomen Friedrich Georg Wilhelm von Struve (1819-1905), Friedrich Wilhelm Bessel (1784-1846) und Thomas Henderson (1791-1844) Parallaxenmessungen durch: Struve von der Sternwarte Dorpat aus an dem hellen Stern Wega im Sternbild Leier, Bessel von Königsberg aus an dem Stern 61 Cygni im Sternbild Schwan und Henderson am Cape Observatorium an α Centauri. Bessel hatte dabei mit 61 Cygni einen Stern ausgewählt, der durch eine hohe tangentiale Eigenbewegung von 5,2 Bogensekunden pro Jahr auffiel und es daher plausibel erschien, dass dieser Stern relativ sonnennah war. Bessel war es schließlich auch, dem man später die erste von der umfangreichen Datenlage her verlässliche Bestimmung einer Fixsternparallaxe zuschrieb, ohne dass es mit Struve oder Hendersen zu einem Prioritätenstreit über die Erstentdeckung kam.

Von Königsberg aus, der Heimatstadt Immanuel Kants, begann Bessel seine Untersuchungen im August 1837. Als Beobachtungsinstrument diente ihm dabei ein Heliometer des bayrischen Technikers Joseph von Utzschneider (1763-1840) und des berühmten Münchner Optikers Joseph von Fraunhofer (1787-1826), mit dessen Hilfe kleine Winkelabstände zwischen 61 Cyg und zweier benachbarter Sterne sehr genau gemessen werden konnten. Bis Oktober 1838 hatte Bessel insgesamt 183 Anschlüsse an den Positionen der beiden Nachbarsterne vorgenommen und konnte damit für 61 Cyg eine Parallaxe von 0,3136 ± 0,0202 Bogensekunden bestimmen, ein Wert, der bis heute auf 0,2859 ± 0,0001 Bogensekunden verbessert wurde. Ihm entspricht eine Distanz von 3,5 Parsec, dem Kehrwert des Bogensekundenwertes, oder von knapp 11 Lichtjahren von der Sonne. Damit gehört 61 Cygni zu den 20 sonnennächsten Sternen.

Elf Lichtjahre entsprechen unvorstellbaren 104 Billionen Kilometern. Die Distanz zu dem der Sonne nächstgelegenen Stern, Proxima Centauri, ist etwas geringer und beträgt „nur“ 4,2 Lichtjahre oder 40 Billionen Kilometer, und zu dem Stern Wolf 359 sind es auch nur knapp acht Lichtjahre. Im Vergleich zum Durchmesser der Milchstraße von hunderttausend Lichtjahren sind diese Distanzen winzig klein, gemessen an den Abständen im Sonnensystem aber riesig.

Proxima Centauri am Südsternhimmel kann von Europa aus nicht beobachtet werden, sondern nur von Standorten aus, die südlicher als der 27. nördliche Breitengrad liegen. Der Stern hat eine geringe scheinbare Helligkeit elfter Größenklasse und wurde im Jahr 1915 von Robert Innes (1861-1933) in Johannesburg mit Hilfe eines Astrographen entdeckt. Innes fand heraus, dass die Eigengeschwindigkeit des neuentdeckten Sterns nahezu dieselbe ist wie bei α Centauri und schloss daraus, dass beide Sterne gravitativ zusammengehören. Er vermutete auch, dass Proxima Centauri der Sonne noch ein wenig näher stünde als α Centauri, der selber ein Doppelstern ist. Nachgewiesen wurde dies allerdings erst später durch den amerikanischen Astronomen Harold Lee Alden (1890-1964); nach ihm ist ein Krater auf der Mondrückseite benannt. Seit dem Jahre 2016 ist auch bekannt, dass Proxima Centauri von einem erdgroßen, planetaren Begleiter in elf Tagen umrundet wird.

Wolf 359 am nördlichen Fixsternhimmel, auch als CN Leonis oder Gliese 406 bekannt, ist ein roter Zwergstern mit einer scheinbaren Helligkeit der 13,5ten Größenklasse. Sein Name geht auf den Heidelberger Astronomen Max Wolf (1863-1932) zurück, der im Juni 1919, in demselben Jahr, in dem Albert Einstein durch den Nachweis der Lichtablenkung am Sonnenrand berühmt wurde, einen „Katalog von 1053 stärker bewegten Fixsternen“ in den Veröffentlichungen der Badischen Sternwarte zu Heidelberg publizierte. Der darin aufgeführte 359. Stern ist derjenige, der jetzt, nachdem er bereits durch Raumschiff Enterprise bekannt wurde, von New Horizons erneut in das Licht der Öffentlichkeit gerückt ist.

Während man bei einer erdgebundenen Parallaxenbestimmung im Laufe eines halben oder ganzen Jahres viele zeitlich aufeinanderfolgende Positionsmessungen an einem bestimmten Stern durchführt, um aus der „Widerspiegelung“ der Erdbahnellipse an der Himmelsphäre seine Entfernung zu berechnen, liegen bei der jetzigen interplanetaren Parallaxenmessung praktisch nur zwei gleichzeitig gewonnene Messpunkte vor, die jedoch 47 Astronomische Einheiten voneinander entfernt liegen. Da ein Parsec die Distanz ist, von der aus der Erdbahnhalbmesser (1 AE) unter einem Winkel von einer Bogensekunde erscheint, beträgt dieser Winkel, übertragen auf die Basislänge Sonne-New Horizons in erster Näherung nun das 47fache. Bezogen auf 1 AE beträgt für Wolf 359 die Parallaxe 0,415 und für Proxima Centauri 0,769 Bogensekunden. Im Unterschied zum Erdbahnwert wurden jetzt 16 Bogensekunden für Wolf 359 und für Proxima Centauri 32 Bogensekunden gemessen.

Auch wenn New Horizons Parallaxenmessungen keine Verbesserung der bereits bekannten Entfernungswerte liefern, sondern vor allem verdeutlichen sollen, wie sich der uns gewohnte Anblick des Sternenhimmels in größerer Distanz von der Erde perspektivisch verändert, so eröffnen sie doch langfristig neue Anwendungsmöglichkeiten – die interstellare Navigation. Mit einem Sternkatalog an Bord eines Raumschiffes, der als Referenz die erdbasierten Sternörter enthält, könnten anhand solcher Messungen Raumsonden sicher durch interstellare Weiten navigieren, wie einst die Seefahrer anhand der Gestirne über unbekannte Meere. Aber auch die Idee, die auf den berühmten amerikanischen Physiker Freeman Dyson (1923-2020) zurückgeht, Raumschiffe systematisch für stellare Parallaxenmessungen mit einer größeren Basis als die Astronomische Einheit zu verwenden, erfährt durch New Horizons Messungen eine Renaissance. Clyde Tombaugh, von dessen Asche der Sonde etwas mitgegeben wurde, wäre zweifellos über die Verwirklichung solcher Pläne sehr angetan. Die kleine Raumsonde New Horizons hat zweifellos ihrem Namen alle Ehre gemacht und uns allen wahrhaft neue Horizonte eröffnet.

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Der Beitrag Fünf Jahre New-Horizons-Vorbeiflug am Pluto erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Roland Rischer. Quelle: NASA, JHUAPL, SWRI, Spaceflight Now, Raumcon

Die Jahre 2014/2015 waren aus Sicht der Planetologen, das kann man jetzt schon sagen, besondere Jahre. Gleich drei Langzeitmissionen – Rosetta/Philae, Dawn und New Horizons – kamen an ihren Zielen an und liefen dann nahezu perfekt nach Drehbuch ab. Nach jahrelanger Reisezeit im Weltraum ist das aus technischer Sicht keinesfalls selbstverständlich. Die von Rosetta gelieferten Bilder des Kometen 67P/Tschurjumow-Gerasimenko bewiesen einmal mehr, dass man seiner Phantasie bezüglich des Formenreichtums dort draußen keine Grenzen setzen sollte. Der Asteroid Ceres überraschte aus der Distanz mit geheimnisvollen Details auf seiner Oberfläche. Beim Massenpublikum konnte man mit den von der Sonde Dawn gelieferten Bildern zwar nur kurz Interesse wecken. Dem Erkenntnisgewinn über den größten Himmelskörper im Asteroidengürtel tut das aber keinen Abbruch, zumal der Besuch von Dawn bei Ceres im Unterschied zu den Missionen Rosetta bei 67P und New Horizons zum Pluto noch länger andauern wird.

Zu den unerwarteten Überraschungen dieses Jahres zählen sicher die erstmaligen Nahaufnahmen des Pluto durch die Sonde New Horizons. Generationen weltraumbegeisterter Menschen wuchsen mit einem eng begrenzten Wissen über den neunten Planten auf. Die Krönung waren verwaschene Bilder wie etwa jenes des Weltraumteleskops Hubble (Bild 1) aus dem Jahr 2002. Dann wurde Pluto auch noch zum Zwergplaneten herabgestuft, unter anderem weil er die Neptun-Bahn kreuzt. Fehlte nur noch, dass einer behauptet hätte, da könne es aufgrund dieser und jener Annahmen nicht viel anderes aussehen wie auf dem Mond. Die einstige Nummer Neun wäre mittelfristig wahrscheinlich endgültig aus dem kollektiven Gedächtnis verschwunden und nur noch Spezialisten ein Begriff gewesen.

Das haben die Bilder von New Horizons nun aber für das erste verhindert. Ihr kurzer Pluto-Vorbeiflug am 14. Juli 2015 mit einer größten Annäherung von 12.500 Kilometer lieferte Bilder, wie sie sich selbst Science-Fiction-Illustratoren nicht besser hätten ausdenken können. Weil die Datenübertragungsrate von der Sonde zur Erde sehr gering ist, wurden die Daten an Bord der Sonde zwischengespeichert. Im Laufe der nächsten zwölf Monate werden wir noch viele weitere erstaunliche Bilder von Pluto und seinem Mond Charon bekommen.

Vorläufige Krönung im Bilderangebot der NASA ist ein 70 Megabyte-Bild (in bescheidenerer Auflösung siehe Bild 2). Es zeigt Strukturen ab einer Größe von 1,8 Kilometern. Bei der Aufnahme handelt es sich um die schärfe-optimierte und farbverstärkte Zusammensetzung von Einzelbildern der Multispektralkamera (Multispectral Visual Imaging Camera (MVIC)) im Kamerasystem Ralph an Bord von New Horizons, welches unzählige Details wie Kanäle, Krater und ausgedehnte Eisfelder mit ihren eigenen Strukturen zeigt. Die Farbkontraste wurden erhöht. Dem menschlichen Auge würde Pluto daher erheblich matter erscheinen. Spaceflight Now zitiert John Spencer vom Geologie-, Geophysik- und Bilder-Team des Southwest Research Institute (SWRI) in Boulder, Colorado, USA: „Plutos Oberflächenfarben wurden verstärkt, um feine Details im blassen Blau, Gelb, Orange und in intensiven Rottönen sichtbarer zu machen. Viele der Landschaften haben ihre eigene eindeutige Farbe, die uns eine interessante komplexe geologische und klimatologische Geschichte erzählt, die wir aber noch zu entschlüsseln haben.“

Nicht weniger beeindruckend sind die Bilder des Pluto-Mondes Charon (Bild 3). Von den fünf Pluto-Monden ist er mit Abstand der größte und hat mit 1.214 Kilometern Durchmesser etwa den halben Pluto-Durchmesser, relativ gesehen Rekord im Sonnensystem und fast schon ein Doppel-Zwergplanetensystem. Im Gegensatz zu Pluto entspricht Charons Oberfläche eher dem, was man bei einem Gesteinshimmelskörper erwartet, bietet aber Extreme, wie tiefe und lange Schluchten am Äquator und vergleichsweise glatte, an die Mond-Mare erinnernde Ebenen im Süden, deren Entstehung noch der Erklärung bedürfen. Dazu dürfte der Bilddatenstrom von New Horizons in den nächsten zwölf Monaten ebenfalls beitragen. Der rote, circa 475 Kilometer durchmessende Fleck im Norden, entlehnt aus Tolkiens „Herr der Ringe“ inoffiziell Mordor Macula genannt, ist vermutlich auf Tholine zurückzuführen. Dabei handelt es sich um Kohlenstoffverbindungen, deren Herkunft vom nahen Pluto vermutet wird (ausführlicher zu den Tholinen, siehe im Raumcon-Forum „New Horizons Mission“ Beitrag #1374; zu den anderen Plutomonden ebenda ab Beitrag #1386; Dank an Forenmitglied Gertrud).

Die zweite Baugruppe im Kamerasystem Ralph ist LEISA (Linear Etalon Imaging Spectral Array) für Aufnahmen im Infrarot-Bereich. Bereits beim Anflug kurz vor dem 14. Juli 2015 wurde Pluto mit Hilfe des Ralph/LEISA Infrarot-Spektrometers auf Methanvorkommen untersucht. Die Ergebnisse zeigt Bild 4. Erfasst wurde lediglich die linke Hälfte der Pluto-Scheibe. Die Methan-Verteilung zeigt auffällige regionale Unterschiede. Die intensive Purpur-Färbung deutet auf eine hohe Methankonzentration hin. Die schwarzen Flächen zeigen eine niedrigere Methankonzentration. Die Überlagerung der Methan-Karte mit dem entsprechenden Bild der LORRI-Kamera (Long Range Reconnaissance Imager) zeigt eine auffällige Übereinstimmung mit Flächenformationen, insbesondere der vorläufig Sputnik Planum genannten Ebene.

Bild 5 sei stellvertretend für die vielen beeindruckenden Einzelbilder ausgewählt. Rund 15 Minuten nach der größten Annäherung blickte New Horizons zurück und machte aus 18.000 Kilometern Entfernung eine Gegenlichtaufnahme bei Sonnenuntergang von der Sputnik Planum getauften ebenen Fläche und den bis zu 3.500 Meter hohen Bergen im Westen. Das Bild erstreckt sich über eine Breite von 380 Kilometer. Die Berge im Vordergrund wurden vorläufig nach Tensing Norgay, jene im Hintergrund am Horizont nach Edmund Hillary benannt, den beiden Mount Everest-Erstbesteigern. Das Gegenlicht macht rund zwölf Dunstschichten in Plutos dünner Atmosphäre sichtbar.

Zu den überraschenden Details gehören auch Indizien für Gletscheraktivitäten auf Bild 6. Die Aufnahme erstreckt sich über 630 Kilometer. Ähnlich wie im Wasserkreislauf auf der Erde scheint sich auf dem Pluto bei Temperaturen um minus 230 Grad Celsius vermutlich verdunsteter Stickstoff aus dem Sputnik Planum in gefrorener Form in den höheren östlichen Regionen niederzuschlagen. Das Bild zeigt Hinweise darauf, dass Stickstoff-Gletscher langsam in das Sputnik Planum fließen. Die roten Pfeile deuten auf die drei bis acht Kilometer breiten Abflusstäler. Die blauen Pfeile zeigen den Verlauf der Eisfront im Sputnik Planum. Dazu Alan Howard vom New Horizons-Team für Geologie, Geophysik und Bilder der University of Virginia, Charlottesville, USA: „Wir haben angesichts der Tiefkühlbedingungen des äußeren Sonnensystems nicht mit einem Stickstoff-basierten Eiszyklus auf dem Pluto gerechnet. In Gang gehalten vom schwachen Sonnenlicht scheinen die Vorgänge direkt mit jenen im hiesigen Wasserkreislauf vergleichbar zu sein, durch den die Eiskappen der Erde gebildet werden. Wasser verdunstet aus den Ozeanen, fällt als Schnee und kehrt als Gletschereis in die Meere zurück.“

„Pluto ist in dieser Hinsicht überraschend Erd-ähnlich“, resümiert Alan Stern, Leiter des New Horizons Wissenschaftler-Teams am SWRI, „und keiner hat das vorausgesagt.“

Unweigerlich fragt man sich, wie diese tiefgekühlte Welt aussehen würde, wenn sie in einer habitablen Zone ihre Bahnen zöge.

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Der Beitrag Pluto – die Überraschung des Jahres 2015 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, NASA.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile mehr als neun Jahren immer weiter dem primären Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto. Bereits am 15. Januar 2015 – und somit sechs Monate vor dem am 14. Juli um 13:50 MESZ in einer Entfernung von 12.500 Kilometern über dessen Oberfläche erfolgenden Vorbeiflug am Pluto – begann dabei eine systematische Beobachtungskampagne des Zwergplaneten und seiner Monde, bei der sieben verschiedene Instrumente zum Einsatz kommen. Erst vor wenigen Wochen war die LORRI-Kamera der Raumsonde in der Lage, erstmals alle fünf bisher bekannten Monde des Pluto abzubilden (Raumfahrer.net berichtete).

Kurskorrekturmanöver
Diese Aufnahmen werden unter anderem erstellt, um fortlaufend die exakte Flugbahn der Raumsonde zu bestimmen und zu ermitteln, ob zwecks der erfolgreichen Durchführung des für den 14. Juli 2015 vorgesehenen Vorbeifluges am Pluto ein weiteres Kurskorrekturmanöver notwendig ist. Auf den so gewonnenen Daten basierend wurde bereits am 14. Juni ein entsprechendes Manöver durchgeführt. Im Rahmen einer um 06:05 MESZ beginnenden und 45 Sekunden andauernden Aktivierung der Triebwerke wurde die Geschwindigkeit der Raumsonde dabei um einen Wert von 52 Zentimetern pro Sekunde verändert.

Ohne dieses Korrekturmanöver, so der „New Horizons Encounter Mission Manager“ Mark Holdridge vom Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland, von wo aus die Raumsonde kontrolliert und gesteuert wird, hätte New Horizons am 14. Juli den angestrebten Rendezvouspunkt mit Pluto rund 84 Sekunden früher erreicht als beabsichtigt. Um 12:23 MESZ erreichten erste Telemetriedaten das Kontrollzentrum am JHU/APL, welche Auskunft über den Zustand der Raumsonde nach dem Abschluss des Manövers gaben. Die Auswertung dieser Daten zeigte, dass das Manöver wie vorgesehen ausgeführt wurde. New Horizons befindet sich ‚auf Kurs‘ und alle Systeme und Instrumente der Raumsonde arbeiten wie vorgesehen. Abhängig von der weiteren Auswertung der aktuellen Flugbahn könnte ein weiteres Korrekturmanöver nötig sein, welches in diesem Fall am 24. Juni durchgeführt werden soll.

Suche nach potentiell gefährlichen Objekten
Zugleich dienen diese Aufnahmen jedoch auch der Suche nach weiteren, bisher unentdeckten Monden und der Klärung der Frage, ob dieser Zwergplanet eventuell von einem Ringsystem umgeben ist, denn nicht nur die Gasplaneten unseres Sonnensystems, sondern auch verhältnismäßig kleine planetare Objekte können offensichtlich von solchen aus Staubpartikeln und Eiskristallen bestehenden Ringen umgeben sein (Raumfahrer.net berichtete). Sollte dies auch bei Pluto der Fall sein, so könnte dies eine ernsthafte Gefahr während der Durchführung des Pluto-FlyBys darstellen. Da sich New Horizons während der Passage des Plutosystems mit einer Geschwindigkeit von etwa 14 Kilometern pro Sekunde relativ zum Pluto bewegen wird, könnte bereits die Kollision mit nur millimetergroßen Staubpartikeln zu ernsthaften Beschädigungen und Systemausfällen führen. Eine auf die eventuelle Existenz eines solchen Ringsystems im Bereich des Pluto bezogene Studie wurde zum Beispiel im Jahr 2014 von P. M. Pires dos Santos et al. veröffentlicht.

Aktuelle Untersuchungen der Astronomen Mark R. Showalter und Douglas P. Hamilton deuten jedoch darauf hin, dass der Zwergplanet aufgrund des variablen Gravitationsfeldes und der dadurch bedingten Schwerkraftverhältnisse des Pluto-Charon-Systems sehr wahrscheinlich nicht von einem Ringsystem umgeben ist. Auch die Existenz weiterer Monde wird mittlerweile für eher unwahrscheinlich gehalten. Stabile Orbits für bisher unentdeckte Monde befinden sich demzufolge lediglich jenseits des äußeren Plutomondes Hydra oder aber in der unmittelbaren Nähe des Zwergplaneten.

Die bisherige Suche nach potentiell gefährlichen Objekten in der Umgebung des Pluto verlief allerdings ergebnislos. Sollten jenseits der Bahn des Mondes Charon – des innersten und mit Abstand größten Plutomondes – trotzdem bisher unentdeckte Monde existieren, so müssten diese rund vier mal lichtschwächer ausfallen als der Mond Styx – der kleinste Begleiter des Zwergplaneten. Auch über die Eigenschaften eines eventuellen Ringsystems kann das für die Suche nach für die Raumsonde potentiell gefährlichen Objekten zuständige „New Horizons Hazard Detection Team“ Aussagen tätigen.

Dieses Ringsystem müsste demzufolge über eine geringe Ausdehnung und Materialdichte verfügen und würde weniger als den fünfmillionsten Teil des einfallenden Sonnenlichts reflektieren. Ansonsten wäre die LORRI-Kamera bereits in der Lage gewesen, diese Ringe abzubilden. Am 15. Juni begann eine weitere Suchkampagne nach bisher unentdeckten Objekten. Die Resultate dieser Kampagne sollen nach dem Abschluss der Auswertungen der dabei gewonnenen und noch höher aufgelösten LORRI-Daten voraussichtlich am 25. Juni vorgestellt werden.

Eine erste Farbanimation
In der Zwischenzeit nähert sich New Horizons ihrem Ziel immer weiter an, so dass neben der LORRI-Kamera inzwischen auch das Kamerasystem RALPH zum Einsatz gebracht werden kann. Neben der Kartierung der Oberflächen von Pluto und Charon mit einer Auflösung von bis zu maximal 250 Metern pro Pixel kann dieses Kamerasystem auch dazu genutzt werden, um Farbaufnahmen anzufertigen. Zu diesem Zweck verfügt das Instrument über ein Sechs-Zentimeter-Teleskop, welches das Licht ‚einfängt‘ und anschließend zu zwei getrennten Subsystemen weiterleitet. Für die Anfertigung der Farbbilder ist die „Multispectral Visible Imaging Camera“ (kurz „MVIC“) zuständig, welche im sichtbaren und im nahinfraroten Lichtbereich bei 400 bis 975 Nanometern arbeitet. Eine ausführlichere Beschreibung der Ralph-Kamera finden Sie hier in englischer Sprache.

Aus neun Aufnahmen der RALPH-Kamera, welche zwischen dem 29. Mai und dem 3. Juni 2015 unter der Verwendung von „Blau“-, „Rot“- und „Nah-Infrarot“-Filtern erstellt wurden, hat das New Horizons-Team jetzt eine kurze Video-Sequenz erstellt, auf der auch erstmals in Farbe zu erkennen ist, wie der rund 2.310 Kilometer durchmessende Zwergplanet Pluto zusammen mit seinem größten Begleiter, dem etwa 1.212 Kilometer großen Mond Charon, ein gemeinsames Massezentrum umkreisen. Die Aufnahmen zeigen die beiden Objekte fast in Echtfarben, verfügen jedoch aufgrund der geringen Auflösung über eine extrem pixelige Form.

Dies soll sich jedoch in den kommenden Wochen ändern. „Die Farbaufnahmen werden in Zukunft noch viel besser werden und die Oberflächen von Pluto und Charon bis in den Kilometerbereich hinein auflösen“, so Cathy Olkin vom Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder im US-Bundesstaat Colorado, die stellvertretende Projektwissenschaftlerin der Mission. „Diese Daten werden uns dabei helfen, die Natur der Oberflächen und die dort ablaufenden Prozesse zu entschlüsseln.“

„Es ist aufregend Pluto und Charon in Bewegung und zudem erstmals in Farbe zu sehen“, so Dr. Alan Stern vom SwRI, der für die New Horizons-Mission verantwortliche wissenschaftliche Projektleiter. „Selbst bei dieser geringen Auflösung können wir erkennen, dass beide Objekte unterschiedlich gefärbt sind. Pluto erscheint beige-orange während sich Charon in einem grauen Farbton präsentiert. Die möglichen Ursachen für diesen Unterschied werden derzeit von uns diskutiert.“

Aber auch die Aufnahmen der LORRI-Kamera von New Horizons enthüllen mittlerweile immer mehr Details von der Plutooberfläche. Die nebenstehend gezeigten Fotos wurden zwischen dem 29. Mai und dem 2. Juni 2015 aus Abständen zwischen rund 55 bis hin zu etwa 50 Millionen Kilometern angefertigt. Auf der gesamten dabei abgebildeten Oberfläche des Zwergplaneten lassen sich helle und dunkle Regionen erkennen. Speziell auf der nördlichen Pluto-Hemisphäre – hier im unteren Bereich der Aufnahmen erkennbar – scheint ein ausgedehntes dunkles Gebiet zu existieren. Die scheinbare ‚Deformation‘ des Pluto ist durch die Bildbearbeitung bedingt. In Wirklichkeit verfügt der Zwergplanet sehr wohl über eine kugelförmige Gestalt.

Zeitnahe Freigabe der LORRI-Aufnahmen
Die bisher von der LORRI-Kamera angefertigten Aufnahmen finden Sie auch auf dieser Internetseite des JHU/APL. Die dort veröffentlichten Aufnahmen sind allerdings nicht nachträglich bearbeitet oder kalibriert und zeigen somit lediglich die Originalaufnahmen, welche dabei zudem nur in dem verlustbehafteten JPEG-Format dargestellt werden. Allerdings werden hier neben allgemeinen Informationen zu der Entfernung zu dem abgebildeten Zielobjekt, dem Aufnahmezeitpunkt und der Belichtungszeit auch kurze Beschreibungen zu dem jeweiligen Foto veröffentlicht. Auch weiterhin sollen auf dieser Internetseite die zukünftig anzufertigenden Aufnahmen der LORRI-Kamera der interessierten Öffentlichkeit innerhalb von lediglich maximal 48 Stunden zur Verfügung gestellt werden.

Derzeit ist die Raumsonde New Horizons noch etwa 26,9 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit Pluto dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,78 Kilometern pro Sekunde an. Die Distanz der Raumsonde zu unserem Heimatplaneten beträgt dagegen zur Zeit etwa 4.747 Millionen Kilometer. Funksignale, welche zwischen New Horizons und der Erde ausgetauscht werden, benötigen für die Überbrückung dieser Distanz eine Signallaufzeit von etwa 4,4 Stunden. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des JHU/APL.

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Der Beitrag Pluto und Charon – Erstmals in Farbe erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, SwRI, The Planetary Society. Vertont von Peter Rittinger.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile mehr als neun Jahren immer weiter dem primären Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto. Bereits am 15. Januar 2015 – und somit sechs Monate vor dem am 14. Juli um 13:50 MESZ in einer Entfernung von 12.500 Kilometern über dessen Oberfläche erfolgenden Vorbeiflug am Pluto – begann dabei eine systematische Beobachtungskampagne des Zwergplaneten und seiner Monde. Erst kürzlich zeigten sich dabei auf den Aufnahmen der LORRI-Kamera Hinweise darauf, dass zumindestens einer der Pole des Pluto von einer Kappe aus gefrorenem Stickstoff bedeckt sein könnte (Raumfahrer.net berichtete).

Die Monde des Pluto
Bereits seit längerem war die LORRI-Kamera zudem in der Lage, drei der derzeit fünf bekannten Monde, welche den Zwergplaneten umkreisen, abzubilden. Der größte und zugleich innerste der Plutomonde, der etwa 1.212 Kilometer durchmessende Mond Charon, wurde von der LORRI-Kamera bereits erstmals im Juli 2013 fotografiert. Erheblich komplizierter gestaltete sich dagegen die Abbildung der beiden deutlich kleineren Monde Hydra (geschätzter Durchmesser zwischen 61 und 167 Kilometern) und Nix (geschätzter Durchmesser zwischen 46 und 137 Kilometern), welche aufgrund ihrer geringen Größen und der damit verbundenen niedrigen Helligkeit von lediglich 22,96 beziehungsweise 23,41 mag erst im Jahr 2005 auf Aufnahmen des Weltraumteleskops Hubble entdeckt wurden.

Trotzdem konnten auch diese beiden Monde im Juli 2014 beziehungsweise im Januar 2015 erstmals mit dem LORRI-Kamerasystem abgebildet werden (Raumfahrer.net berichtete). Die noch kleineren Plutomonde Kerberos (zehn bis 40 Kilometer Durchmesser) und Styx (sieben bis 25 Kilometer), welche erst in den Jahren 2011 beziehungsweise 2012 ebenfalls mit dem Hubble Space Telescope entdeckt wurden, waren dagegen zunächst zu lichtschwach, um ebenfalls mit der LORRI-Kamera erfasst zu werden. Dies beiden kleinsten der bisher entdeckten Plutomonde sind nochmals deutlich lichtschwächer als Nix und Hydra.

Diese Situation hat sich jedoch mittlerweile aufgrund der zunehmenden Annäherung der Raumsonde New Horizons an ihr Ziel geändert. Auf verschiedenen Aufnahmen, welche von der LORRI-Kamera zwischen dem 25. April und dem 1. Mai 2015 aus einer Entfernung von etwa 88 Millionen Kilometern angefertigt wurden, sind jetzt auch diese beiden Monde erkennbar. Die für die Erstellung der Aufnahmen verantwortlichen Wissenschaftler verwendeten hierzu eine spezielle Technik, bei der zunächst jeweils fünf über je zehn Sekunden belichtete Einzelaufnahmen überlagert und anschließend bearbeitet wurden. Durch diese Prozessierung entstand auch der in den Aufnahmen erkennbare Blooming-Effekt, durch den der Zwergplanet Pluto und der unmittelbar rechts von diesem gelegene Mond Charon überbelichtet und ‚verzerrt‘ erscheinen.

Zeitnahe Freigabe der Aufnahmen
Die bei dieser Beobachtungskampagne angefertigten Aufnahmen finden Sie auch auf dieser Internetseite des Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland, von wo aus die Raumsonde kontrolliert wird. Die dort veröffentlichten Aufnahmen sind allerdings nicht nachträglich bearbeitet oder kalibriert und zeigen somit lediglich die Originalaufnahmen, welche dabei zudem nur in dem verlustbehafteten JPEG-Format dargestellt werden. Allerdings werden hier neben allgemeinen Informationen zu der Entfernung zu dem abgebildeten Zielobjekt, dem Aufnahmezeitpunkt und der Belichtungszeit auch kurze Beschreibungen zu dem jeweiligen Foto veröffentlicht. Auch weiterhin sollen auf dieser Internetseite die zukünftig anzufertigenden Aufnahmen der LORRI-Kamera der interessierten Öffentlichkeit innerhalb von lediglich maximal 48 Stunden zur Verfügung gestellt werden.

Datenübertragung zwecks ‚Housekeeping‘
Beginnend mit dem heutigen Tag wird die Raumsonde New Horizons ihre Fotokampagne des Pluto und seiner Monde jedoch zunächst erst einmal unterbrechen, denn während der kommenden 14 Tage wird die Hauptantenne der Raumsonde – eine 2,1 Meter durchmessende Parabol-Hochgewinnantenne – direkt auf die Erde gerichtet sein. Diese Orientierung der Raumsonde im Weltall erlaubt es, die im Verlauf der vergangenen Wochen gesammelten Daten mit einer möglichst effizienten Übertragungsrate an das Deep Space Network (kurz „DSN“) der NASA zu übermitteln und so den Speicherbereich des Bordcomputers für zukünftig zu gewinnende Bildaufnahmen und Messdaten zu leeren. In den kommenden Tagen dürften somit auch weitere Aufnahmen auf der zuvor erwähnten Internetseite des JHU/APL veröffentlicht werden.

Suche nach weiteren Monden und einem eventuellen Ringsystem
Am 28. Mai 2015 wird die LORRI-Kamera dann erneut auf den Pluto gerichtet und von diesem Tag an bis unmittelbar nach dem Pluto-Vorbeiflug fast täglich neue Aufnahmen von dem Zwergplaneten und von dessen Monden anfertigen, welche dabei eine immer höhere Auflösung erreichen werden. Durch diese Aufnahmen erhoffen sich die an der Mission beteiligten Wissenschaftler zunächst bessere Angaben bezüglich der Durchmesser, der Bahnparameter und der Rotationsperioden der verschiedenen Monde des Pluto. Speziell die bisher zur Verfügung stehenden Parameter der vier kleineren Monde sind diesbezüglich immer noch mit großen Unsicherheiten behaftet. Durch genauere Angaben können zum einen die für die nächsten Monate vorgesehenen Beobachtungssequenzen dahingehend optimiert werden, dass dabei ein maximaler wissenschaftlicher Output ermöglicht wird.

Zusätzlich sollen diese Aufnahmen jedoch auch genutzt werden, um in der Umgebung des Pluto nach weiteren, bisher unbekannten Monden zu suchen und zu ergründen, ob der Zwergplanet eventuell von einem Ringsystem umgeben ist, denn nicht nur die Gasplaneten unseres Sonnensystems, sondern auch verhältnismäßig kleine planetare Objekte können offensichtlich von solchen aus Staubpartikeln und Eiskristallen bestehenden Ringen umgeben sein (Raumfahrer.net berichtete). Sollte dies auch bei Pluto der Fall sein, so könnte dies eine ernsthafte Gefahr während der Durchführung des Pluto-FlyBys darstellen. Eine auf die eventuelle Existenz eines solchen Ringsystems im Bereich des Pluto bezogene Studie wurde zum Beispiel im Jahr 2014 von P. M. Pires dos Santos et al. veröffentlicht.

New Horizons wird den Pluto am 14. Juli 2015 mit einer Geschwindigkeit von etwa 14 Kilometern pro Sekunde beziehungsweise 50.400 Kilometern pro Stunde passieren. Sollte die Raumsonde dabei unvorhergesehenerweise mit Staubpartikeln kollidieren, so würde dies sehr wahrscheinlich bereits dann zu ernsthaften Beschädigungen oder eventuell sogar zu einem Totalverlust der Mission führen, wenn diese Partikel lediglich über Durchmesser von wenigen Millimetern verfügen. Durch eine rechtzeitige Entdeckung von solchen den Zwergplaneten umgebenden Ringen oder von kleineren Monden wäre es jedoch noch bis zum 4. Juli 2015 möglich, die derzeit für den Pluto-Vorbeiflug vorgesehene Flugbahn abzuändern und trotzdem die vorgesehenen Untersuchungen durchzuführen.

Derzeit ist die Raumsonde New Horizons noch etwa 71,8 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit Pluto dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,79 Kilometern pro Sekunde an. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des JHU/APL.

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Der Beitrag New Horizons fotografiert auch Plutos kleinste Monde erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, The Planetary Society.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons nähert sich nach einer Flugdauer von mittlerweile mehr als neun Jahren, in denen eine Distanz von rund fünf Milliarden Kilometern zurückgelegt wurde, immer weiter dem primären Ziel ihrer Reise – dem im äußeren Bereich unseres Sonnensystems beheimateten Zwergplaneten Pluto. Bereits am 15. Januar 2015 – und somit sechs Monate vor dem am 14. Juli um 13:50 MESZ in einer Entfernung von 12.500 Kilometern über dessen Oberfläche erfolgenden Vorbeiflug am Pluto – begann dabei eine systematische Beobachtungskampagne des Zwergplaneten und seiner bisher fünf bekannten Monde. Neben der LORRI-Kamera, welche in regelmäßigen Abständen Aufnahmen des Pluto anfertigen wird, erfolgen dabei gegenwärtig auch Messungen und Analysen der interplanetaren Staubpartikel, der energiereichen Teilchen in dieser Region des Sonnensystems sowie des Sonnenwindes (Raumfahrer.net berichtete).

Bereits am 29. April 2015 veröffentlichte das für den wissenschaftlichen Betrieb der Raumsonde verantwortliche Team weitere Aufnahmen von Pluto und von Charon – dem größten der Monde des Zwergplaneten. Auf diesen Bildsequenzen ist zu erkennen, wie diese beiden etwa 2.310 beziehungsweise 1.212 Kilometer durchmessenden Objekte innerhalb von 6,4 Tagen ihr gemeinsames Baryzentrum umkreisen. Die entsprechenden Aufnahmen wurden von der LORRI-Kamera zwischen dem 12. und dem 18. April 2015 aus Entfernungen zwischen etwa 111 und 104 Millionen Kilometern zum Pluto angefertigt. Aufgrund der dabei verwendeten kurzen Belichtungszeit von jeweils einer Zehntelsekunde sind die restlichen vier Monde des Pluto, welche über deutlich geringere Durchmesser verfügen (Raumfahrer.net berichtete), auf diesen Aufnahmen nicht erkennbar.

Auf den nachträglich bearbeiteten Versionen dieser Fotos sind dafür jedoch zur Überraschung der beteiligten Wissenschaftler erstmals Helligkeitsunterschiede auf der Oberfläche von Pluto sichtbar. Eigentlich wurde erwartet, dass es noch vier weitere Wochen dauern würde, bis die LORRI-Kamera helle und dunkle Oberflächenregionen erfassen und unterscheiden kann. Durch eine spezielle Technik, dem Stacking mehrerer Aufnahmen der LORRI-Kamera, konnte diese ‚Wartezeit‘ jetzt jedoch deutlich verkürzt werden.

Einer der dabei allerdings nur unscharf erkennbaren hellen Flecken befindet sich direkt über einer der beiden Polarregionen des Zwergplaneten. Diese Struktur könnte ein Anzeichen dafür sein, dass sich hier eine aus gefrorenem Stickstoff bestehende Polarkappe befindet. Für eine genaue Analyse und Interpretation bedarf es jedoch noch besserer Aufnahmen. Und diese sollen bereits in Kürze angefertigt werden.

„Mit der fortschreitenden Annäherung an das Pluto-System werden jetzt immer mehr Oberflächenstrukturen wie etwa diese helle Region in der Nähe des Pols von Pluto sichtbar“, so John M. Grunsfeld, der für das Wissenschaftsprogramm der US-amerikanischen Weltraumbehörde zuständige NASA-Administrator. „Die Daten, welche New Horizons dabei sammeln wird, werden uns dabei helfen, die Geheimnisse von Pluto zu entschlüsseln.“

„Nach einer über neun Jahre andauernden Reise durch das Weltall ist es atemberaubend zu verfolgen, wie sich Pluto von dem kleinen, unscheinbaren Lichtpunkt, den er von der Erde aus betrachtet darstellt, vor unseren Augen in einen real existierenden Ort verwandelt“, so Dr. Alan Stern vom Southwest Research Institute (SwRI) in Boulder im US-Bundesstaat Colorado, der für die New Horizons-Mission verantwortliche wissenschaftliche Projektleiter. „Diese unglaublichen Bilder sind die ersten Aufnahmen, auf denen Details von Pluto erkennbar sind. Sie zeigen uns, dass Pluto über eine komplexe Oberfläche verfügen muss.“
Derzeit ist die Raumsonde New Horizons noch etwa 85 Millionen Kilometer von ihrem Ziel entfernt und nähert sich dem für den 14. Juli 2015 angepeilten ‚Treffpunkt‘ mit Pluto dabei gegenwärtig mit einer Geschwindigkeit von 13,8 Kilometern pro Sekunde an. Stündlich aktualisierte Angaben dieser Entfernungs- und Geschwindigkeitswerte finden Sie auf dieser Internetseite des Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland. In den kommenden Wochen und Monaten wird sich die Qualität der Aufnahmen der Raumsonde somit immer weiter verbessern.

„Wir können derzeit nur Vermutungen darüber anstellen, welche Überraschungen wohl enthüllt werden, sobald New Horizons im Sommer [genauer gesagt am 14. Juli 2015] die Oberfläche von Pluto in einer Abstand von lediglich 12.500 Kilometern überfliegt“, so Hal Weaver, der zuständige Projektwissenschaftler der New Horizons-Mission vom JHU/APL. Eines dürfte jedoch sicher sein: Das Wissen der Menschheit über die im Kuiper-Gürtel unseres Sonnensystems befindlichen Himmelskörper wird sich dabei ungemein erweitern.

Zeitnahe Freigabe der Aufnahmen
Leider war es in der Vergangenheit üblich – und ist es stellenweise immer noch – dass die im Rahmen einer interplanetaren Forschungsmission erstellten Aufnahmen die interessierte Öffentlichkeit erst mit einer deutlichen Verzögerung von mehreren Monaten oder teilweise sogar erst Jahren erreichten. Diese Vorgehensweise wurde und wird von den beteiligten Wissenschaftlern damit begründet, dass sie einen gewissen Zeitraum benötigen, um anhand dieser Daten – welche ja immer wieder zuvor unbekannte Regionen unseres Sonnensystems offenbaren – wissenschaftliche Publikationen zu erstellen und zu publizieren. Sollten die entsprechenden Daten jedoch ‚zeitnah‘ freigegeben werden, so hätten auch nicht direkt an der Mission beteiligte Personen die Möglichkeit, diese Daten zu nutzen, auszuwerten und daraus resultierende Ergebnisse zu veröffentlichen.

Glücklicherweise sind die direkt in die Mission der Raumsonde New Horizons involvierten Wissenschaftler jedoch einer anderen Meinung. In der Regel lediglich maximal 48 Stunden nachdem die Aufnahmen der LORRI-Kamera die Erde erreichen, so eine kürzlich veröffentlichte Mitteilung, sollen diese Fotos zukünftig auf einer speziellen Internetseite der Öffentlichkeit zur Verfügung gestellt werden. Die entsprechende Seite kann hier aufgerufen werden.

Die dort veröffentlichten Aufnahmen sind nicht bearbeitet oder kalibriert und zeigen somit lediglich die Originalaufnahmen, welche dabei zudem in dem verlustbehafteten JPEG-Format dargestellt werden. Allerdings werden neben Informationen zu der Entfernung zu dem abgebildeten Zielobjekt, dem Aufnahmedatum und der Belichtungszeit auch kurze Beschreibungen zu dem Foto veröffentlicht. Ein entsprechendes Beispiel finden Sie hier.

Mit einem gewissen zeitlichen Einsatz, einer guten Bildbearbeitungssoftware und etwas Übung und Geschick dürften sich aus diesen RAW-Aufnahmen jedoch trotzdem ansehnliche Wiedergaben des Pluto-Systems erstellen lassen. Weitere für die Dekodierung und Bearbeitung dieser Aufnahmen behilfliche Informationen finden Sie auf dieser Internetseite der Planetary Society in englischer Sprache.

Unabhängig davon sollen die dann kalibrierten Daten der Raumsonde New Horizons auch in Zukunft in regelmäßigen Abständen innerhalb von neun Monaten bis spätestens einem Jahr nach ihrem Eingang auf der Erde im Planetary Data System (abgekürzt PDS) der NASA veröffentlicht werden.

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Der Beitrag Verfügt Pluto über eine Polkappe? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JHU/APL, The Planetary Society.

Die von der US-amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebene Raumsonde New Horizons soll am 14. Juli 2015 nach einem 9,5 Jahre dauernden Flug durch unser Sonnensystem den Zwergplaneten Pluto erreichen und dessen Oberfläche im Rahmen eines Vorbeifluges in einer Entfernung von rund 10.000 Kilometern passieren. Derzeit wird die Raumsonde einem ausführlichen „Annual Checkout“ – einer umfassenden Systemüberprüfung – unterzogen, welche noch bis zum 29. August 2014 andauern wird (Raumfahrer.net berichtete).

Ebenfalls während dieser ‚Wachphase‘ – die meiste Zeit ihres Fluges verbringt die Raumsonde in einem ‚Hibernationsmodus‘, in dem alle nicht zwingend für den Betrieb benötigten Instrumente und Systeme abgeschaltet sind – hat die Raumsonde in den Morgenstunden des 15. Juli 2014 ein Kurskorrekturmanöver durchgeführt, in dessen Rahmen die Geschwindigkeit von New Horizons noch einmal minimal verändert wurde. Ohne dieses Manöver, so die aktuellsten derzeit zur Verfügung stehenden Bahndaten des Pluto, hätte die Raumsonde diesen am inneren Rand des Kuiper-Gürtels beheimateten Zwergplaneten im nächsten Sommer rund 36 Minuten später erreicht als vorgesehen (Raumfahrer.net berichtete).

Optische Navigation
Zwecks der genauen Bestimmung des von der Raumsonde eingeschlagenen Kurses verfügt New Horizons über mehrere Sternsensoren und Sonnensensoren. Durch regelmäßig anzufertigende Aufnahmen kann durch die Auswertung der von diesen Systemen gewonnenen Bilddaten die exakte Flugbahn der Raumsonde sowie deren Orientierung im Raum ermittelt werden. Zusätzlich hat am 19. Juli 2014 eine erste von insgesamt vier „optischen Navigationskampagnen“ begonnen, für welche die LORRI-Kamera – eines der sieben wissenschaftlichen Instrumente an Bord von New Horizons – eingesetzt wird.

Zwischen dem 19. und dem 27. Juli fertigte die LORRI-Kamera hierzu pro Tag zwei Fotosätze von Pluto an, wobei jedes Bildset aus fünf Einzelaufnahmen bestand. Die dabei gewonnenen Aufnahmen sollen dem für den Flugbetrieb der Raumsonde verantwortlichen Team am Applied Physics Laboratory an der Johns Hopkins University (JHU/APL) in Laurel im US-Bundesstaat Maryland in erster Linie dazu dienen, den aktuellen Verlauf der Flugbahn noch weiter zu verfeinern.

Der Mond Charon
Aus 12 der dabei angefertigte Aufnahmen hat das Team des Applied Physics Laboratory zudem eine kurze Video-Sequenz erzeugt. Neben dem Zwergplaneten Pluto ist auf dieser Sequenz auch dessen größter ‚Begleiter‘, der rund 1.200 Kilometer durchmessende Mond Charon, deutlich erkennbar. Die entsprechenden Aufnahmen entstanden zwischen dem 19. und dem 24. Juli und dokumentieren somit zugleich einen fast kompletten Umlauf dieses Mondes um den Pluto – für einen Umlauf um den Zwergplaneten benötigt Charon etwa sechs Tage und neun Stunden.

Aus Entfernungen von zunächst 429 Millionen Kilometern und später von 422 Millionen Kilometern bedeckt der etwa 2.300 Kilometer durchmessende Zwergplanet Pluto auf den LORRI-Aufnahmen eine Fläche von vier Pixeln. Der in rund 19.500 Kilometern Entfernung umlaufende und nur etwa halb so große Charon nimmt dagegen eine Fläche von lediglich etwa zwei Bildpunkten ein. Die weiteren vier derzeit bekannten Monde des Pluto – die deutlich kleineren Monde Nix, Hydra, Kerberos und Styx – sind mit Durchmessern von mindestens zehn bis hin zu maximal 160 Kilometern dagegen deutlich zu klein, um von der LORRI aus dieser Entfernung ‚detektiert‘ zu werden.

Erst zu Beginn des Jahres 2015, so die Mitarbeiter des APL, wird sich New Horizons dem Pluto so weit genähert haben, dass auch diese Monde auf den Aufnahmen der LORRI-Kamera zu erkennen sein werden. Im Rahmen der während der zweiten optische Navigationskampagne, welche vom 25. Januar bis zum 6. März 2015 erfolgen soll, werden dabei zunächst Aufnahmen der Monde Nix und Hydra erwartet. Die dritte optische Navigationskampagne soll vom 5. April bis zum 15. Mai erfolgen und wird aufgrund der dann noch weiter verringerten Entfernung zum Pluto nochmals deutlich besser aufgelöste Bilder liefern. Die vierte Kampagne ist dann für den Zeitraum zwischen dem 27. Mai und dem 16. Juli angesetzt und beinhaltet auch erste Navigationsaufnahmen, welche erst nach dem Pluto-Vorbeiflug erzeugt werden.

Noch 404 Millionen Kilometer
Am 25. August 2014, lediglich vier Tage vor der Beendigung der derzeitigen ‚Wachphase‘, wird New Horizons die Umlaufbahn des Neptun, des am weitesten von der Sonne entfernt umlaufenden Planeten unseres Sonnensystems passieren. Gegenwärtig befindet sich die Raumsonde in einer Entfernung von rund 4,374 Milliarden Kilometern zur Erde. Bis zum Erreichen des Pluto müssen noch weitere 2,7 Astronomische Einheiten – dies entspricht in etwa 404 Millionen Kilometern – zurückgelegt werden.

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Der Beitrag Kamera von New Horizons zeigt den Plutomond Charon erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Orth. Quelle: Space.com.

Am 7. September wurde dem früheren 9. Planeten des Sonnensystems, Pluto, vom Minor Planet Center (MPC) die Asteroidennummer 134340 zugewiesen. Das MPC ist verantwortlich für die Sammlung von Daten der kleinen Himmelskörper des Sonnensystems, also Asteroiden und Kometen mit bekannten Sonnenorbits.

Derzeit sind 136.563 solcher Objekte registriert. Letzte Woche wurden 2.224 neue Objekte angemeldet. Das erste davon war Pluto. Ein neuer Name musste für Asteroid Nummer 134.340 nicht mehr vergeben werden, da dieser Himmelskörper bereits 1930 auf Wunsch einer sehr jungen Zeitgenossin seines Entdeckers Clyde Tombaugh nach einer Trickfilmfigur des Disney-Konzerns benannt worden war.

Im gleichen Zug wurden Plutos Monde Charon, Nix und Hydra als Objekte Nr. 134.340 I, II und III registriert. Da sie mit Pluto ein System bilden, erhalten sie keine eigenen Asteroidennummern.

Die Zuweisung ist die Konsequenz aus der wissenschaftlich weitgehend berechtigten, aber kulturell umstrittenen Entscheidung der IAU, Pluto seinen Rang als Planet abzuerkennen und ihn fortan als „Zwergplanet“ einzuordnen. Ein Kommentar von Pluto liegt bislang nicht vor.

Der Beitrag Pluto, Asteroid Nummer 134340 erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Autor: Lutz Growalt

Nicht zu unrecht gilt Pluto als der „Mount Everest des Sonnensystems“. Weit, sehr weit entfernt, kalt, abweisend, unzugänglich – und einige haben den Versuch, ihn zu erobern mit dem Leben bezahlt. Die Planung der NASA-Expedition zum „Mount Pluto“ nahm fast 17 Jahre in Anspruch, verschliss drei ausgefeilte Missionskonzepte, Berge von Gehirnschmalz und mehr Geld, als die aktuelle New Horizons-Mission tatsächlich kostet.

Pluto und Charon – das rätselhafte Doppel
Pluto ist kalt, klein, weit draußen und hat eine ziemlich merkwürdige Umlaufbahn – damit erschöpfen sich in den auf seine Entdeckung folgenden Jahrzehnten die Kenntnisse über den bis 2006 äußersten Planeten des Sonnensystems. (Im Sommer 2006 wurde Pluto zum Zwergplaneten zurückgestuft.) 1978 wird per Zufall der Plutomond Charon entdeckt – ebenso seltsam wie Pluto selbst. Charon ist im Verhältnis zu seinem Planeten so groß, wie wir es bei keinem anderen Planeten des Sonnensystems beobachten, Pluto und Charon bilden damit das einzige „Doppelplanetensystem“ des Sonnensystems. Obwohl beide annahmeweise aus derselben Gegend des Sonnensystems stammen, scheint Charon eine völlig anders geartete Oberfläche zu haben als Pluto – ganz zu schweigen von dem Rätsel, unter welchen Umständen sich beide in ihrer trauten Zweisamkeit überhaupt bilden konnten.

In den 1980er Jahren kommen einige Steine zum Pluto-Mosaik hinzu: Pluto hat eine dünne Atmosphäre und seine Oberfläche besteht vornehmlich aus gefrorenem Stickstoff mit Spuren von Methan, Kohlenmonoxid und einigen tiefgekühlten, organischen Verbindungen. Letztere sorgen wahrscheinlich für die dunklen Flecken, die in den Aufnahmen des Hubble-Teleskops deutlich zu erkennen sind.

Triton, der entlaufene Pluto?
Seit 1989 gibt es Anschauungsmaterial für das mögliche Aussehen der Plutooberfläche: Voyager 2 funkt Aufnahmen des Neptunmondes Triton. Und der steht schon länger im Verdacht, eine Art „entlaufener Pluto“ zu sein. Gemeint ist, ein Zuwanderer von ganz weit draußen – auch wenn die Pfade auf denen er einst wandelte, buchstäblich im Dunkel liegen. Die Fotos von Voyager 2 zeigen das mögliche Erscheinungsbild der Plutooberfläche, aber sie zeigen noch mehr: auf Tritons eisiger Oberfläche (Triton ist mit einer Oberflächentemperatur von rund –240°C der kälteste uns bekannte Körper des Sonnensystems) steigen Stickstofffontänen, die Spalten im Boden entströmen bis in zehn Kilometer Höhe. Und Triton besitzt eine Atmosphäre, in der sogar Wolken treiben. Könnte nicht auch Pluto …?

Kuiper-Gürtel und eine überflüssige Diskussion
In den frühen 1990er Jahren erhält Pluto Gesellschaft – und wird von Degradierung bedroht: bereits 1951 ist die Existenz eines Gürtels aus asteroidengroßen Körpern außerhalb der Plutobahn theoretisch von dem holländisch-amerikanischen Astronomen Gerard Kuiper vorhergesagt worden. Heute kennen wir diesen Bereich unter dem Namen Kuiper-Gürtel. 1992 wird durch Beobachtungen bewiesen, daß der Kuiper-Gürtel tatsächlich existiert – eine erstaunlich vielköpfige Population eisiger Körper unterschiedlichster Größen. Bis heute sind rund 800 dieser „trans-neptunische Objekte“, wie sie streng-wissenschaftlich heißen, entdeckt worden. Es besteht die Aussicht, daß es Millionen davon in der Größenordnung von 1 bis 1.000 km Durchmesser gibt, Zehntausende sollen Durchmesser über 100 km haben. Und prompt hebt eine ebenso überflüssige wie müßige Debatte an – wenn es davon so viele, so große gibt, ist Pluto dann eigentlich ein Planet? Die International Astronomical Union, so eine Art planetares Standesamt und oberster Gralshüter der Namen himmlischer Objekte, lässt sich schließlich zu einem vorläufigen Machtwort herab: Ja, Pluto ist und bleibt ein Planet – und damit basta! Im Sommer 2006 ändert sich dies aber. Pluto wird zum Zwergplaneten zurückgestuft.

Die „Schießbude des Sonnensystems“
Heute ist die Vorstellung allgemein akzeptiert, dass es sich bei den Objekten des Kuiper-Gürtels, der „Schießbude des Sonnensystems“ (Alan Stern, Leiter der Mission New Horizons), um tiefgefrorene, vielfach miteinander kollidierte Reste aus der Zeit der Bildung des Sonnensystems handelt – Pluto, als größter Vertreter dieser Spezies, bildet dabei die „Spitze des Eisbergs“ (Al Stern). Wegen ihrer großen Entfernung zur Sonne wurde die Materie, aus denen die Objekte bestehen, seitdem sie sich zu festen Körpern zusammenballte, niemals erwärmt oder sonstwie tiefgreifend modifiziert – das Material liegt also seit 4,5 Mrd. Jahren in der Tief-Tiefkühltruhe des Sonnensystems und harrt seiner Erforschung.

Verständlich also, dass die mit der Erforschung des äußeren Sonnensystems beschäftigten Planetologen darauf brennen, Pluto und Charon, sowie die beiden mittlerweile neu entdeckten Plutomonde, aber auch die Kuiper-Objekte, näher zu untersuchen.

In all den Jahren der Pluto-Kuiper-Forschung war die Frage nur: Wie?
Also: Wie?
Die Idee, zum Pluto zu fliegen, ist nicht neu. Ein möglicher naher Pluto-Vorbeiflug steht schon bei den Planungen zur Kursführung der beiden Voyager-Sonden Ende der 1970er Jahre zur Diskussion (ja, es wäre möglich gewesen!), wird dort aber in einer Entweder-oder-Entscheidung zugunsten der Vorbeiflüge an Uranus und Neptun verworfen. Spätestens mit den spektakulären Bildern des Neptun-Vorbeiflugs von Voyager 2 im August 1989 grassiert der Pluto-Virus dann wieder – einerseits wegen der Riesen-Resonanz, die dieses planetare Rendezvous bei der „breiten Öffentlichkeit“ hervorruft, aber auch wegen der geheimnisvollen Bilder des Pluto-Verwandten Triton mit seiner eisigen Oberfläche und seiner verblüffenden Atmosphäre.

„Gentlemen, please start your engines“ – Pluto 350
Bis Mitte der 1990er Jahre kristallisieren sich schließlich zwei Vorschläge heraus: eine „Pluto 350“ genannte Studie unter Leitung von Robert Farquhar (GSFC) mit einem wohldimensionierten 350-kg-Raumfahrzeug und guter Instrumentenausstattung. Pluto 350 kommt nach allerlei Umplanung zwar mit einer komplizierten Kursführung daher (Start Richtung Venus, mehrere Erd-/Venus-Vorbeiflüge und ein Jupiter-Vorbeiflug um Fahrt aufzunehmen) und hat dementsprechend einen langen Weg zurückzulegen (angepeilte Flugzeit 19 Jahre!), kommt dafür aber mit einem bescheidenen Trägersystem der Delta-Klasse aus, was wiederum die Kosten niedrig hält.

Kleiner, schneller, … Pluto Fast Flyby
Demgegenüber steht der „Pluto Fast Flyby“-Vorschlag (PFF) des JPL unter Leitung von Robert Staehle, Stacy Weinstein und anderen. Nachdem das Pluto 350-Konzept – wegen der verwickelten Kursführung und einer auch in Planetenfliegerkreisen bekannten, alterstypischer Gewichtszunahme aller Komponenten – immer komplizierter geworden ist, spaltet sich eine Gruppe von JPL-Wissenschaftlern ab und entwickelt ein radikales Gegenkonzept: zwei simultan startende Mini-Raumfahrzeuge mit je 83 kg Gewicht, davon 7 kg wissenschaftliche Nutzlast, die, von einem Träger der Atlas-Klasse auf einen Direktkurs zu Pluto katapultiert, nur 7 Jahre Flugzeit brauchen würden. Das Lilliput-Konzept hat seinen Reiz, vor allem bei kostenbewußten NASA-Managern (klein = billig) und nebenbei wäre seine Realisierung für die altgedienten Planetenflieger des JPL ein technologischer Riesenschritt vorwärts – erfordert jedoch eine völlig andere Art von Raumfahrzeug als üblich: 1992 werden unter NASA/JPL-Flagge vergleichsweise Riesen-Raumschiff-Observatorien geplant und betrieben, die – siehe Cassini –, groß wie eine Nobel-Karosse, fünf Tonnen auf die Waage bringen und ein Dutzend Instrumente zu den Planeten tragen. Immerhin: PFF könnte der erste Schritt in eine völlig neue, miniaturisierte und hochintegrierte Planetenforschung unter JPL-Flagge sein.

High Noon – und (k)ein Sieger
1992 kommt es schließlich zum Showdown zwischen den beiden Pluto-Projekten. Der „Outer Planets Science Working Group“ der NASA, pikanterweise unter dem Vorsitz von Alan Stern (heute Leiter der New Horizons-Mission), fällt die undankbare Aufgabe zu, von den beiden Vorschlägen einen auszuwählen. Stern ist zu diesem Zeitpunkt schon seit drei Jahren Mitglied einer ziemlich konspirativen Vereinigung namens „The Pluto Underground“, in der sich die Creme de la Creme der Pluto-Forschung zusammengeschlossen hat, um auf eine Pluto-Mission hinzuarbeiten. Leider sind die Pluto-Undergroundler so konspirativ, dass niemand etwas von ihnen weiß (auch die Pluto-Missionsplaner beider Fraktionen nicht).

Nach langer Debatte der „Outer Planets Group“ lautet das Ergebnis schließlich: PFF. Die Entscheidung gegen Pluto-350 kommt nicht von ungefähr – NASA-Administrator Dan Goldin, selbst Verfechter einer Pluto-Mission, hatte im Zuge der Beratungen verlauten lassen, dass er sich vom NASA-Standpunkt nur eine Entscheidung vorstellen könne: „PFF oder nichts“.

Mitte der 1990er Jahre, nach jahrelanger Arbeit bei der Planung des Mini-Instrumentariums für die beiden PFF-Knirpse, dämmert allmählich das Ende des Projekts herauf: durch Kostensteigerungen bei den Großraketen laufen dem Projekt die Kosten weg. Alan Stern reist eigens nach Moskau, handelt dort die Verwendung eines kostengünstigeren, russischen Trägersystems aus. In einer Erweiterung der PFF-Mission sollen beide PFF-Vehikel zusätzlich jeweils eine russische Abwurfsonde („Drop Zond“) mitnehmen, die am Pluto ausgesetzt und Daten von Atmosphäre und Oberfläche funken sollen.

Pluto-Express, Pluto-Kuiper-Express … oder gar nichts?
1995 zerrt die NASA von beiden Seiten her an ihrer Pluto-Mission. Angesichts von Budgetkürzungen steht einerseits die Forderung nach Kostensenkung, andererseits wird das Aufgabenspektrum der Mission nach Entdeckung der ersten Objekte des Kuiper-Gürtels weiter gesteckt – dazu kommen personelle Querelen im Missions-Planungsstab. Die Pluto-Mission firmiert zeitweise unter der neuen Bezeichnung „Pluto-Express“ (PE), nach Aufnahme der Kuiper-Gürtel-Objekte in den Missionsplan heißt die Pluto-Mission schließlich „Pluto-Kuiper-Express“ (PKE).

Bis zum Jahr 2000 ist der Pluto-Kuiper-Express unter dem Eindruck weiterer Budgetkürzungen zur Einzelmission geschrumpft und die Idee mit den Abwurfsonden ist wieder vom Tisch. Als Preisgünstig-Unternehmen entworfen, stehen auf dem Preisschild mittlerweile satte $800 Millionen mit der Aussicht auf Überschreiten der $1 Mrd.-Grenze in den folgenden beiden Jahren. Das unausweichliche Ende kommt schließlich im Herbst 2000: NASA zieht die Notbremse und verkündet das Ende der Pluto-Mission, alle Arbeiten werden sofort gestoppt. Die Maßnahme ist verständlich: erstens die längst davongaloppierten PKE-Kosten, zweitens sieht sich NASA nach dem kostspieligen Doppelfehlschlag der beiden Mars-Missionen „Mars Polar Lander“ (MPL) und „Mars Climate Orbiter“ (MCO) zu einer nicht minder teuren Neustrukturierung der gesamten Mars-Forschungsstrategie der kommenden zehn Jahre gezwungen – und das bei einem Jahresbudget um $15 Mrd.

NASA im Gegenwind
Es ist zwar kaum anzunehmen, dass die NASA jemals mit einer allgemein stillschweigenden Akzeptanz ihrer Radikalmaßnahme gerechnet hat, aber den auf die Entscheidung folgenden Sturm der Entrüstung hatte niemand vorausgesehen – sämtliche mit planetarer Forschung befassten Beraterkomitees der NASA, die Berufsstandvereinigung der planetaren Astronomen, Presse, Öffentlichkeit, hochrangige Volksvertreter jaulen auf; die Planetary Society sammelt über 10.000 Protestschreiben und leitet sie an die zuständigen Kongressabgeordneten weiter; Die Webseite der „Save the Pluto Mission“-Kampagne erreicht Rekord-Besucherzahlen.

NASA rudert zurück. Im Dezember 2000 wird die Pluto-Mission neu ausgeschrieben. Es werden zwar – ausdrücklich – keine Versprechungen über eine Realisierung der Vorschläge gemacht, man will nur „die Optionen überprüfen“ (Ed Weiler, NASA-Vize), aber immerhin …

Aus fünf mach’ zwei, mach …
Bis Frühjahr 2001 liegen fünf Konzepte auf dem Tisch, von denen die NASA zwei auswählt, die mit Finanzmitteln für die weitere Ausarbeitung („Phase A“) versorgt werden: POSSE, ein Vorschlag der University of Colorado und des JPL unter Leitung von Larry Esposito sowie der New Horizons-Vorschlag des Southwest Research Institute in Zusammenarbeit mit dem Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University unter Alan Stern.

Beide Vorschläge ähneln einander ungemein – wen wundert’s bei den gemeinsamen Wurzeln. Beide Fraktionen greifen auf bewährtes aus dem eigenen Hause zurück. New Horizons verwendet CONTOUR-Technik in neuem Design, Esposito und die Mannen des JPL präsentieren ein Stardust-ähnliches Vehikel, Instrumentenausstattung und Kursführung sind weitgehend identisch.

„In der blauen Ecke …“
Zeit der Entscheidung – doch der Ausgang des Duells ist alles andere als klar. Einerseits die erfahrenen Planetenflieger vom JPL – deren Ruf wegen der beiden fehlgegangenen Mars-Missionen Schrammen bekommen hat – mit dem altgedienten Planeten-Fahrensmann Larry Esposito, auf dessen Kerbholz schon Pioneer-Venus, Pioneer 11, Voyager, Galileo sowie Mars Observer stehen und andererseits eine Fraktion des Pluto-Undergrounds mit dem APL als technischem Generalunternehmer im Schlepptau sowie Al Stern, einem Alt-Kämpen der Pluto-Beobachtung und Gründungsmitglied des „Pluto Undergrounds“, im Chefsessel. APL hat spätestens seit der bravourösen NEAR-Mission, NASAs erster „Discovery“-Mission, bei Wissenschaftlern und Publikum ein sehr gutes Ansehen.

Ähnliche Vorschläge, kompetente Kompetitoren – was gibt den Ausschlag? Es wird gemurmelt, dass derjenige den Zuschlag erhalten werde, dem NASA am ehesten zutraut, Raumfahrzeug und Programm innerhalb des Zeit- und vor allem Kostenrahmens zu realisieren. Es kann nur spekuliert werden, aber möglicherweise tippt auch die Erblast von JPLs vermeierter Pluto-Kuiper-Express-Geschichte schließlich die Waagschale in Richtung einer Entscheidung; oder NASA schätzt den „Kümmer-Faktor“ beim SwRI/APL weitaus höher ein als bei dem mit allerlei Missionen beschäftigten JPL; oder etwas völlig anderes – der Spruch des Komitees lautet schließlich: „Auf zu Neuen Horizonten“.

And the winner is …
Der frischgekürte New Horizons-Vorschlag mutet, wen nimmt es Wunder, wie eine Mischung aus sämtlichen alten Pluto-Vorschlägen an: man nehme die Rosinen aus beiden Plänen – etwas gut ausgestattetes wie Pluto 350 und erweitere es um ein modernes, hochempfindliches Instrumentarium. Dann schicke man das Ganze auf den für Pluto Fast Flyby vorgesehenen, einfachen Pfaden – mit einem kleinen Linksschlenker am Jupiter – auf einer großen Rakete (fast) auf Direktkurs zum Pluto.

Zwar wird der New Horizons-Vorschlag von NASA angenommen und die Weiterarbeit an der „Phase B“ bezahlt, doch steht die Finanzierung von Haushaltsjahr zu Haushaltsjahr auf wackeligen Beinen. Es drängt sich ernsthaft die Frage auf: Was wird schwieriger, der Flug zum Pluto via Jupiter oder der Weg auf die Startrampe via NASA und US-Kongress? Zweimal verschweigt die NASA in ihrer Budgetanfrage die Mission – beantragt stillschweigend keinerlei Mittel – , zweimal schreiben die über ebenjenes Budget entscheidenden Kongressabgeordneten die Mission ausdrücklich wieder in den Haushalt hinein.

2003 werden endlich Fakten geschaffen, mit dem Bau des Raumfahrzeugs und der Instrumente begonnen. Bei Lockheed-Martin wird eines der brandneuen Atlas 5-Trägersysteme, dazu eine Centaur-Oberstufe und bei Boeing eine Star-48 bestellt. Zwar kommt mit dem Haushalt für 2004 noch mal ein kurzfristiger Querschuss der NASA, der die ganze Mission in Frage stellt (der gleiche Trick wie in den vorausgegangenen Jahren), doch wieder helfen die Abgeordneten des Kongresses – und jetzt ist New Horizons nicht mehr aufzuhalten: es wird konstruiert und gebaut.

Es funktioniert!
Nach der ganzen Debattiererei drängt die Zeit – eine der Grundregeln der Planetenfliegerei fordert ihr Recht: die Planeten warten nicht! Und gerade auf die kommt es an: soll der Weg zum Pluto, den New Horizons aufgezeigt hat, genommen werden, muss Jupiter am richtigen Ort sein, muss bis Februar 2006 gestartet werden, wenn man Pluto noch vor 2020 erreichen will. Mit gesicherter Finanzierung gelingt das Spiel: Im Januar 2006 geht New Horizons an der Spitze der Atlas V-Centaur auf die Startrampe und endlich am 19. Januar 2006, nach dreimaliger Startverzögerung, mit einem makellosen Start ins All. Einigen Pluto-Veteranen, mittlerweile etwas angegraut, stehen beim Anblick des Feuerschweifs, den die Atlas V in den blauen Floridahimmel bläst, die Tränen in den Augen.

Den ersten Rekord stellt New Horizons gleich nach Verlassen des Parkorbits auf: mit 57.600 km/h schnellstes von Menschen gebautes Objekt, das jemals flog (Pioneer 10 ist enttrohnt!). In neun Stunden wird der Mond passiert – Apollos CSM brauchte dafür drei Tage. Am 8. April 2006 überquert New Horizons die Marsbahn und kommt beinahe zeitgleich mit dem Mars Reconnaissance Orbiter an, der am Start allerdings fünf Monate (!) Vorsprung hatte. Nach dreizehneinhalb Monaten wird Jupiter erreicht und in einer Entfernung von 2,3 Millionen km passiert. Nach dem Linksabbiegemanöver am Jupiter heißt die nächste „Haltestelle“ Pluto, Ankunft im Oktober 2015.

New Horizons hat das Ticket in die Zukunft gelöst – und voll bezahlt. Gleichzeitig geht die Reise aber auch in die Vergangenheit – zurück in die legendären Tage der Mariners, Pioneers und Voyagers, zu einem uns völlig unbekannten, einem bisher noch gesichtslosen Planeten. Zum unwiderruflich letzten Mal dürfen wir uns auf die Entschleierung einer neuen Welt in unserem eigenen Planetensystem freuen. New Horizons wird damit zum Endpunkt der ersten Phase der Erforschung des Sonnensystems – und vielleicht der Ausgangspunkt von etwas völlig neuem, bisher ungeahnten … hinter dem Horizont.

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Wie Alan Stern, der leitende Projektwissenschaftler für die New-Horizons-Mission, in einem Internet-Artikel näher erläuterte, ist nicht nur der unmittelbare Start der Raumsonde vorbildlich abgelaufen. Auch sämtliche nach der Trennung von Oberstufe und Raumsonde folgenden Schritte konnten wie vorab geplant durchgeführt werden.
„Nun, einen Tag [nach dem Start], durchläuft die Raumsonde bereits Tests, und ihre Drehung wurde von der Startrate in Höhe von 68 U/Min. auf unter 20 U/Min. reduziert. Das Energiesystem der Raumsonde produziert beinahe exakt soviel Watt wie vor dem Start vorherberechnet, und auch die thermale Situation ist gut. Während des Starts sind keine unerwarteten Fehler aufgetreten, und bisher sind die von der Missionskontrolle beim APL der John-Hopkins-Universität durchgeführten Testprozeduren gut verlaufen.“

Auch mit der Genauigkeit des Starts kann das Missionsteam zufrieden sein. Die Flugbahn von New Horizons ist sehr nahe am Optimum und erfordert nur eine geringe Geschwindigkeitsänderung der Raumsonde von rund 20 Metern pro Sekunde – deutlich geringer als die maximal mögliche Änderungsrate von 100 Metern pro Sekunde, so dass mehr Treibstoff für Kurskorrekturen bei Pluto und im Kuiper-Gürtel verbleibt.

Insgesamt scheint New Horizons die enormen Belastungen der Startphase und damit den gefährlichsten Teil der Reise gut überstanden zu haben.

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Der Planet Merkur siedet. Am Planeten Mars ist es eigentlich ständig frostig. Unsere Erde bietet diesbezüglich die richtige Mischung von Wärme und Kälte. Wenn man diese drei Temperaturen nun hernimmt kommt man zu folgender logischer Schlussfolgerung: je weiter man sich der Sonne entfernt desto kälter wird ist. Wenn Mars schon so irrsinnig kalt sein kann, wie sieht es erst am Pluto aus?
Aufgrund der Entfernung und der geschätzten Sonneneinwirkung hat man eine Temperatur errechnet, die laut Angaben von Astronomen sehr genau sein sollte. Nun hat man aber festgestellt, dass man sich entweder verrechnet hat oder Pluto kälter ist als angenommen. Während dessen diskutiert man ja noch ob Pluto ein Planet ist oder als Kuiper-Gürtel Objekt angesehen werden soll. Egal unter welche Klassifikation er nun fällt, er bewahrt seine sehr interessanten Geheimnisse sehr gut. Er hat aber nicht nur Geheimnisse über sich selbst, sondern auch über das frühe Sonnensystem und über den Prozess der Planetenentstehung. Aber nicht nur Pluto sondern auch Charon ist sehr geheimnisvoll. Der Mond Charon hat etwa die Hälfte des Durchmessers von Pluto. Damit bilden sie ein einzigartiges Paar in unserem Sonnensystem – wie es aber zu diesem Paar kam ist noch unklar. Pluto ist etwa dreißig mal so weit von der Sonne entfernt wie unsere Erde. Mit dementsprechender Verzögerung kommt das Sonnenlicht bei Pluto an. Die Sonnenentfernung des neunten Planeten hängt sehr von der Position auf seiner Bahn um die Sonne ab. Seine größte Annäherung ist 30 Astronomische Einheiten (1 AE = durchschnittliche Entfernung Sonne – Erde) und die größte Entfernung die gemessen wurde waren 50 Astronomische Einheiten. Wenn Pluto gerade weit von der Sonne entfernt ist, gefriert seine dünne Atmosphäre und stürzt als Eis auf die Oberfläche.

Das reflektierte Sonnenlicht wurde vom Submillimeter Array (SMA) und vom Hubble Teleskop aufgefangen und analysiert. Durch diese Analysen ist man zur Schlussfolgerung gekommen, dass Pluto kälter sein musste als bisher angenommen. Insbesondere war überraschend, dass Charon wärmer ist als Pluto selbst. Kein Teleskop war bisher in der Lage die Temperatur eines Himmelskörpers genau zu bestimmen.

Weltpremiere
Nun konnte man aber mit dem Submillimeter Array (SMA), auf Hawaii, erstmals direkt die Temperatur eines Himmelskörper, genauer gesagt von Pluto und Charon, bestimmen. „Wir kennen alle die Venus mit ihrem lebensfeindlichen Treibhauseffekt“, erklärt Mark Gurwell vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Co-Autor dieser Studie, die gemeinsam mit Bryan Butler vom National Radio Astronomy Observatory verfasst wurde. „Pluto ist ein dynamisches Beispiel für etwas das wir Anti-Treibhauseffekt nennen. Die Natur mag es scheinbar uns Geheimnisse zu hinterlassen – und dies war ein großes Geheimnis.“

Das SMA ist die beste Einrichtung um hochauflösende Interferometrie-Daten zu gewinnen, mit denen es möglich ist direkte Temperaturmessungen auf einen Himmelskörper durch zu führen. So konnten Temperaturen von -230 Grad Celsius für Pluto errechnet werden, erwartet wurden -220 Grad Celsius die am Mond Charon auch gemessen werden konnten. Bisher dachte man, dass dieses Pluto-Charon System gleiche Oberflächentemperaturen aufweisen würde. Man glaubt den Grund zu kennen: die Ausgeglichenheit zwischen der eisigen Oberfläche und der sehr dünnen Stickstoff-Atmosphäre. Es hat also nicht unbedingt immer nur mit der Sonneneinstrahlung zu tun. Die Sonnenstrahlen, die auf der Pluto-Oberfläche ankommen, verwandeln Eis in Gas, was zu einer Ausgeglichenheit von Oberfläche und Atmosphäre führt. Kommt weniger Sonnenstrahlung auf der Oberfläche an ist klarerweise zu wenig Gas in der Atmosphäre und bei dem damit verbundenen Temperaturverlust fällt die Atmosphäre als Eis auf die Oberfläche was zu einer Unausgeglichenheit von Oberfläche und Atmosphäre führt.

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Ein Beitrag von Martin Ollrom. Quelle: MIT.

Wenn man über einen Ort etwas wissen will, der Milliarden an Meilen entfernt ist, muss man auch ein wenig Glück haben. Genau dieses Glück hatten Astronomen vom Williams College und von MIT. Sie konnten Plutos größten Mond Charon untersuchen. Sie untersuchten ihm als er gerade vor einem Stern vorüberzog. So konnten sie den Schatten des Mondes analysieren und das Licht, wie es vom Mond Charon geändert wird. Diese Untersuchungen wurden bereits letzten Sommer abgeschlossen, die selbst nur etwa eine Minute lang dauerten. Neue Details über den Mond wurden entdeckt und nun veröffentlicht.
Das MIT-Williams Team konnte die wahrscheinliche Größe von Charon messen und entdeckte, dass der Mond Charon keine Atmosphäre besitzt. „Das Resultat gibt uns Einblicke in die Evolution von Weltraumobjekten im äußeren Sonnensystem“, sagte Chefautorin Amanda Gulbis, eine Mitarbeiterin vom MIT Department of Earth. Der Mond Charon hat einen Radius von 606 Kilometern. „Man kann die genaue Größe von Charon nicht ganz bestimmen. Plus oder Minus acht Kilometer muss man mit einkalkulieren.“ Die Größe, kombiniert mit den Gewichtdaten vom Hubble Teleskop, ergibt eine Dichte von etwa einem Drittel der Erddichte. Dies beweist, dass Charon eine eisige und felsige Oberfläche besitzt.

Das Team hat auch herausgefunden, dass die Dichte der Atmosphäre nur ein Millionstel der Erdatmosphärendichte beträgt. Diese Funde sprechen gegen die bisher geltende Theorie, dass Charon und Pluto durch ein Abkühlen von Gas und Staub, bekannt als der Sonnennebel, entstanden. Stattdessen ist Charon vermutlich durch eine Kollision zwischen einem Weltraumobjekt und dem Pluto entstanden. „Unsere Entdeckungen zeigen, dass Charon keine wirkliche entscheidende und merkbare Atmosphäre besitzt – eine mögliche Nachwirkung einer früheren Kollision“, erklärt Amanda Gulbis. Ähnliche Theorien existieren auch um die Entstehung des Erde-Mond System. Diese Entdeckungen und Erkenntnisse werden auch Einfluss auf die späteren Forschungsmissionen und Forschungsprogramme haben. „Wir sind bereit diese Erkenntnisse in späteren Forschungsmissionen ein zu setzen. So können wir effizienter nach Kuiper-Gürtel Objekten suchen, die etwa die Größe vom Pluto haben“, erhofft sich James Elliot aus den gewonnenen Daten. Elliot hat bereits länger als drei Jahrzehnte nach solchen Objekten gesucht.

Jay Pasachoff, Teamleader bei Williams College und Professor in der Astronomie-Abteilung meinte: „Es ist bemerkenswert, dass unser Team zur richtigen Zeit am richtigen Ort war, um ein kleines Objekt zu beobachten das Milliarden Meilen entfernt liegt. Die erfolgreichen Beobachtungen sind nur möglich gewesen, weil unser Team so gut zusammengearbeitet hat. Ich bedanke mich bei allen Mitarbeitern, die dazu beigetragen haben, dass unser Projekt so gut verlief.“

Das Projekt wurde von der NASA und dessen Einrichtungen unterstützt und gefördert.

Der Beitrag Charon besitzt keine Atmosphäre erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Michael Stein. Quelle: NASA.

8. Dezember 2001 – Schon lange existieren Pläne für eine Mission zum einzigen noch nicht von einer Raumsonde besuchten Planeten unseres Sonnensystems. Die Entwicklung einer solchen Mission lief bereits einige Jahre lang unter dem Namen „Pluto-Kuiper Express“ (PKE), federführend war das NASA-eigene „Jet Propulsion Laboratory“ (JPL). Es war geplant, eine Raumsonde am Planeten Pluto vorbeifliegen zu lassen, dabei Daten und Aufnahmen von ihm und seinem Mond Charon zu machen und schließlich im zweiten Teil der Mission Objekte im sogenannten „Kuiper-Gürtel“ zu untersuchen. Zusammen mit zwei weiteren Missionen bildete der PKE ein Programm zu Erforschung des äußeren Sonnensystems.

Die NASA stoppte jedoch im September 2000 alle drei Missionen dieses Programms, da die Kosten aus dem Ruder zu Laufen begannen. Die Vermutung liegt nahe, daß die seinerzeit schon virulenten Budgetüberschreitungen bei den amerikanischen Leistungen für die Internationale Raumstation die Entscheidung für diesen Schritt begünstigt haben.

Der Protest vieler Wissenschaftler nach Bekanntwerden des Stopps der PKE-Mission war sehr stark. Immer wieder wurde Unverständnis darüber geäußert, daß ausgerechnet diese sehr zeitkritische Mission gestoppt worden war: Einerseits tritt nur alle paar Jahre eine Planetenkonstallation auf die es erlaubt, die Anziehungskraft des Jupiter für einen Flug zum Pluto zu nutzen und so die Reisezeit für eine Raumsonde signifikant zu reduzieren; andererseits entfernt sich Pluto auf seiner stark elliptischen Umlaufbahn seit 1990 wieder von der Sonne, was etwa ab 2020 aufgrund der sinkenden Temperaturen auf dem Himmelskörper zu einem Gefrieren der Planetenatmosphäre führen wird, wodurch Untersuchungen zur Zusammensetzung dieser Atmosphäre für etwa zweihundert Jahre unmöglich werden (erst dann nähert sich Pluto wieder soweit der Sonne, daß sich erneut eine Atmosphäre bilden kann).

Nicht zuletzt aufgrund dieses starken Engagements für eine Pluto-Mission hat die NASA dann im Dezember 2000 verschiedene Universitäten und Organisationen aufgefordert, Vorschläge für eine neue Pluto-Mission zu unterbreiten. Im Sommer diesen Jahres wurden dann zwei Designstudien ausgewählt, die jeweils 450.000 US$ erhielten, um ihre Vorschläge in den folgenden Monaten weiter auszuarbeiten. Ende November wurde dann die Entscheidung für das „New Horizon“-Projekt bekanntgegeben. Die von verschiedenen amerikanischen Universitäten, Forschungsinstituten sowie dem JPL gemeinsam erarbeitete Missionsstudie sieht vor, entweder im Dezember 2004 oder im Januar 2006 eine Sonde unter Ausnutzung der Gravitationskraft des Jupiter zu Pluto und seinem Mond Charon zu schicken, wo sie je nach Startdatum und gewählter Flugroute zwischen 2014 und 2018 eintreffen soll. Wie schon bei der vormals geplanten PKE-Mission ist ein Vorbeiflug an diesen beiden Himmelskörpern mit eingehenden Untersuchungen geplant, bevor die Sonde weiter zum sich außerhalb der Pluto-Umlaufbahn anschließenden Kuiper-Gürtel fliegen soll, wo dann einige Jahre später einige der diesen Gürtel ausmachenden, asteroidenähnlichen Himmelskörper untersucht werden sollen.

Die nun bewilligten Geldmittel sind natürlich nur ein Teilbetrag der für diese Mission auf insgesamt 500 Mio US$ veranschlagten Kosten. Erst durch sie sind allerdings die anvisierten Starttermine überhaupt noch realisierbar, vorausgesetzt natürlich, daß die NASA auch nach Abschluß der nun begonnenen zweiten Projektphase die „New Horizon“-Mission immer noch befürwortet. Die Raumsonde soll über verschiedene Beobachtungsinstrumente verfügen, mit deren Hilfe die globale Geologie und Morphologie von Pluto und seinem Mond Charon charakterisiert, die Zusammensetzung ihrer Oberfläche ermittelt und die Pluto-Atmosphäre untersucht werden soll. Angesichts unserer immer noch sehr rudimentären Kenntnisse über diesen Planeten und seinen Mond – wobei viele Astronomen mittlerweile der Ansicht sind, daß Pluto eher als ein Bestandteil des Kuiper-Gürtels denn als ein Planet bezeichnet werden sollte – bleibt nur zu wünschen, daß die nun ausgewählte Mission auch tatsächlich und termingerecht umgesetzt werden wird.

Der Beitrag Space Focus: Der schwierige Weg zum Pluto erschien zuerst auf Raumfahrer.net.