Konstruktion von Pioneer 10Das Entsenden von Raumsonden zu anderen Planeten ist seit den 70'er Jahren ein ausserordentlich erfolgreiches Experiment der Weltraumfahrt und der Physik: Dass eine Raumsonde von der Erde aus gestartet werden kann und ihr Ziel in vielen Millionen Kilometern Entfernung genau zum richtigen Zeitpunkt und am richtigen Ort erreicht, ist nur mit exakten physikalischen Berechnungen zu erreichen. In der Zwischenzeit haben die NASA, die ESA und andere Weltraumorganisationen Programme entwickelt, mit denen die Bahnen von Raumsonden unter Berücksichtigung verschiedener Kräfte - wie z.B. der Gravitation oder dem Sonnenwind - berechnet werden können. Weicht dann aber einmal eine Raumsonde von einem derart berechneten Kurs ab, muss dies eine tiefgründigere Ursache haben.

Die Pioneer Sonden

Die Flugbahnen der Pioneer SondenZu später Stunde startete am 2. März 1972 die Raumsonde Pioneer 10 an der Spitze einer Atlas Centaur-Trägerrakete zu einer einmaligen Reise, wie sie von der Menschheit bis dahin noch nie zuvor unternommen worden war. Die Sonde nahm direkten Kurs ins äußere Sonnensystem. Es dauerte nicht länger als 17 Minuten, bis die Rekordgeschwindigkeit von mehr als 51000 Kilometern pro Stunde erreicht und Pioneer 10 auf dem Weg zum Jupiter war. 11 Stunden nach dem erfolgreichen Start in Cap Canaveral überquerte die Sonde die Mondlaufbahn und nur 12 Wochen später die Bahn des Planeten Mars.

Pioneer 10 führte insgesamt 11 wissenschaftliche Instrumente mit, wobei das Gesamtgewicht der Sonde 270 kg betrug. Die Sonde wurde mit vier Isotopenbatterien, die die Zerfallswärme von radioaktivem Plutonium 238 in elektrischen Strom umwandelten, betrieben.

Zum Glück wussten die Raumfahrtexperten der Pioneer 10 Mission noch nichts genaues über die Häufigkeit von Klein- und Mikrometeoriten im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Denn erst durch diese Unwissenheit entschied sich die NASA eine Doppelmission durchzuführen und baute die Schwestersonde Pioneer 11.

Beim Durchfliegen des Asteroidengürtels, dessen innere Ausläufer die Sonde Mitte 1972 erreichte, wurde festgestellt, dass die Mikroasteroidendichte zwar dreimal so hoch ist wie im Raum zwischen Erde und Mars, aber das Risiko für einen Zusammenstoß zwischen Sonde und Asteroid doch ziemlich gering ist. So konnte am 5. April auch Pioneer 11 bedenkenlos auf die Reise geschickt werden.

Die Anomalie

Die Pioneer Sonden waren sehr einfach gebaut und sendeten während ihrer langen Reise unzählige Daten zur Erde. Ihre Bahnen wurde so lange wie möglich von den NASA-Technikern verfolgt. Das letzte identifizierbare Signal von Pioneer 10 wurde am 22. Januar 2003 empfangen, von Pioneer 11 erhielt man das letzte Signal am 24. November 1995. Die Sonden entfernten sich jedes Jahr um etwa 2,7 astronomische Einheiten von der Sonne, wobei den Forschern dann in den 80er und 90er Jahren auffiel, dass die Sonden ein klein wenig von den berechneten Bahnen abwichen - so als ob eine ziemlich schwache, aber spürbare und konstante Kraft die Sonden in Richtung Sonne ablenken würde. Die Abweichung betrug am Ende über 400000 Kilometer. Jetzt war auf jeden Fall klar, dass eine Abweichung von der geplanten Bahn existierte - die Frage ist nur, woher die Abweichung stammt und wer oder was die schwache ablenkende Kraft verursacht.

Erklärungsversuche

Die etwas später gestarteten Voyager-Raumsonden waren bereits komplizierter gebaut und wurden nicht durch Kreisel stabilisiert, sondern durch Korrekturtriebwerke. Im Gegensatz zur Kreiselstabilisation - bei der die Bahn der Raumsonde aus Gründen der Impulserhaltung nicht verändert wird - änderten sich bei Einsatz der Triebwerke die Bahnen der Sonden jedesmal ein wenig und konnten zur Lösung des Rätsels leider nicht beitragen.

Zunächst wurde untersucht, ob die Baugleichheit der beiden Sonden das Rätsel verursachen konnte. So zeigte sich, dass die Wärmestrahlung der Radioisotopenbatterien unter bestimmten Umständen für bis zu einem Drittel der Ablenkung verantwortlich sein könnte. Doch auch bei anderen Raumsonden wurde die Anomalie festgestellt: So konnten bei der Galileo-Sonde, die in den 90er Jahren den Jupiter untersuchte und bei der Ulysses-Sonde - eine europäische Raumsonde zur Erforschung der Sonne - ebenfalls leichte Bahnabweichungen festgestellt werden. 

Es bleibt weiterhin spannend...

Die Nase überprüfte im Laufe der Zeit alle möglichen Ursachen und konnte viele davon ausschliessen:

  • Ausgasungseffekte der Steuertriebwerke
  • Gravitative Einflüsse unentdeckter Objekte im Kuiper-Gürtel
  • Strahlungsdruck der Sonne
  • Wirkung von interplanetarem Staub und Plasma
  • Zerfallswärme der mit Plutonium betriebenen Radio-Isotopengeneratoren
  • Kernumwandlung von Plutonium
  • Unbekannte Magnetfelder
  • Mechanische Defekte oder  Alterungserscheinungen der Antennen

Da nichts gefunden wurde, wurden die Untersuchungen immer exotischer: So wurden Möglichkeiten für die Bahnabweichungen im Rahmen des relativistischen Einstein-Infeld-Hoffmann-Modells überprüft, es wurden die Propagation der Radiosignale analysiert oder es wurde der Shapiro-Effekt im Gravitationsfeld der Sonne, die Spin-Rotationskopplung von Sender und Empfänger, die Love'schen Zahlen, das Chandler-Wobbling und vieles mehr berechnet.

Doch das Rätsel blieb weiter bestehen...

Irgendwann wussten auch die Wissenschaftler nicht mehr weiter und es scheint so, als ob das Phänomen mit den heute verfügbaren physikalischen Erkenntnissen nicht erklärbar ist.

Es wurde aber festgestellt, dass der Wert der Anomalie sehr nahe dem Produkt aus der Hubble-Konstante und der Lichtgeschwindigkeit liegt. Damit stellt sich die Frage, ob die Anomalie im Zusammenhang mit der Expansion des Kosmos steht.

Man darf also gespannt sein welche Mysterien die Menschheit klären wird und welche neuen Mysterien die Forschung entdeckden wird. Auf jeden Fall kann gesagt werden: Es bleibt weiterhin spannend...

Start von Pioneer 11

Hans, am 21.09.2009
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