Frei schwebend im All

Wie die Weltraumfahrt die menschliche Perspektive erweitert

02.12.2008

Der Saturnmond Iapetus gab Rätsel auf: Die Frontseite (rechts) ist fast so dunkel wie Kohle, die Heckseite (links) fast so hell wie frischer Schnee.
Der Saturnmond Iapetus gab Rätsel auf: Die Frontseite (rechts) ist fast so dunkel wie Kohle, die Heckseite (links) fast so hell wie frischer Schnee. Bildquelle: NASA/JPL/Space Science Institute/FU Berlin
Montage der Raumsonde Cassini-Huygens in Cape Canaveral (Florida): Diese größte je gebaute, unbemannte US-Raumsonde (Höhe: 6,70 Meter) begann ihre Reise 1997 und erreichte den Ringplaneten Saturn im Jahr 2004.
Montage der Raumsonde Cassini-Huygens in Cape Canaveral (Florida): Diese größte je gebaute, unbemannte US-Raumsonde (Höhe: 6,70 Meter) begann ihre Reise 1997 und erreichte den Ringplaneten Saturn im Jahr 2004. Bildquelle: NASA/JPL
Der Saturn ist mit seinem Ringsystem und seinen Monden an Vielseitigkeit im Sonnensystem kaum zu überbieten. Dieses Bild zeigt eine Aufnahme der Raumsonde Cassini-Huygens aus 3,5 Millionen Kilometern Distanz.
Der Saturn ist mit seinem Ringsystem und seinen Monden an Vielseitigkeit im Sonnensystem kaum zu überbieten. Dieses Bild zeigt eine Aufnahme der Raumsonde Cassini-Huygens aus 3,5 Millionen Kilometern Distanz. Bildquelle: NASA / JPL / SPACE SCIENCE Institute / Freie Universität Berlin
Beim Sinkflug durch die Atmosphäre des Saturnmondes Titan (kl. Bild) entdeckte die Huygens-Sonde auf der eisigen Oberfläche ausgeprägte Flusssysteme.
Beim Sinkflug durch die Atmosphäre des Saturnmondes Titan (kl. Bild) entdeckte die Huygens-Sonde auf der eisigen Oberfläche ausgeprägte Flusssysteme. Bildquelle: ESA/NASA/JPL/ SPACE SCIENCE Institute
Äquatorialer Bergrücken auf Iapetus, aufgenommen von der ISS-Kamera der Raumsonde Cassini-Huygens. Die über 2.000 Kilometer lange Erhebung befindet sich exakt am Äquator und bildet so eine geologische und geographische Landmarke.
Äquatorialer Bergrücken auf Iapetus, aufgenommen von der ISS-Kamera der Raumsonde Cassini-Huygens. Die über 2.000 Kilometer lange Erhebung befindet sich exakt am Äquator und bildet so eine geologische und geographische Landmarke. Bildquelle: NASA/JPL/Space Science Institute/FU Berlin
Der kleine Saturnmond Enceladus ist einer der aktivsten Körper im Sonnensystem. In der Südpolregion versprühen „Geysire“ ständig Wassereispartikel ins Weltall. Der zugrunde liegende physikalische Prozess ist bislang unverstanden.
Der kleine Saturnmond Enceladus ist einer der aktivsten Körper im Sonnensystem. In der Südpolregion versprühen „Geysire“ ständig Wassereispartikel ins Weltall. Der zugrunde liegende physikalische Prozess ist bislang unverstanden. Bildquelle: NASA/JPL/Space Science Institute/FU Berlin
Die Erde verschwindet hinter dem Horizont ihres Mondes, beobachtet von der japanischen Kaguya-Sonde. Hier am Südpol des Mondes gibt es Gebiete, die niemals vom Sonnenlicht beschienen werden.
Die Erde verschwindet hinter dem Horizont ihres Mondes, beobachtet von der japanischen Kaguya-Sonde. Hier am Südpol des Mondes gibt es Gebiete, die niemals vom Sonnenlicht beschienen werden. Bildquelle: JAXA

Vor etwas mehr als 50 Jahren, am 4. Oktober 1957, fand auf unserer Erde ein Ereignis statt, das es noch nie zuvor in der Geschichte des Planeten gegeben hatte: Ein kleines Stückchen Masse unseres Planeten wurde in bewusster Absicht über die Atmosphäre hinausgehoben und auf eine Geschwindigkeit gebracht, die so groß war, dass das Objekt nicht mehr auf die Erde zurückfiel. Es trug den Namen „Sputnik“ und markierte den Beginn einer neuen Ära der Forschung, aber auch der Politik und vieler anderer Lebensbereiche. Sputnik bewegte sich völlig ohne eigenen Antrieb frei schwebend im All. Nur der sanfte Widerstand der extrem dünnen Lufthülle in wenigen hundert Kilometern Höhe übte eine leicht bremsende Wirkung auf den Raumflugkörper aus, der schließlich – nach drei Monaten im Weltall – in der Erdatmosphäre verglühte.

Die Entwicklung der Raumfahrt verlief von da an sehr schnell: Es folgten erste Lebewesen in der Umlaufbahn, erste Forschungssatelliten, erste Mondsonden, erste Menschen; und schließlich erreichte 1962 die erste interplanetare Sonde den Planeten Venus.

Interplanetare Raumsonden, die einen Kurs weg von der Erde zu einem oder mehreren Planeten unseres Sonnensystems einschlagen, sind ebenso wie die Erdsatelliten die meiste Zeit antriebs- und schwerelos, gehorchen den Gesetzen der Physik – im Wesentlichen hier dem Newtonschen Gravitationsgesetz.

Tausende Millionen von Kilometern

Einmal von einer starken Rakete in wenigen Minuten auf Geschwindigkeit und Kurs gebracht, benötigen sie Monate bis Jahre, um zu ihrem hunderte oder gar tausende Millionen von Kilometern entfernten Ziel zu gelangen. Je nach finanziellem und technischem Aufwand, der im Vorfeld auf der Erde für Planung und Bau betrieben wurde, kann ein einfacher Vorbeiflug realisiert werden, ein Einschwenken in eine Umlaufbahn um einen anderen Planeten, ein Eintauchen in eine Gashülle, ein harter Aufschlag auf einer Oberfläche oder sogar eine weiche Landung. Alles wurde bislang schon ausgeführt, allerdings beschränkt auf unbemannte Sonden, mit Ausnahme der Apollo-Landungen auf dem Mond. Diese unbemannten Raumsonden verrichten phantastisch anmutende Dinge, man denke nur an die höchstpräzise Navigation. So ist die Raumsonde Cassini- Huygens, die für die Arbeiten der Arbeitsgruppe Planetologie und Fernerkundung am Institut für Geologische Wissenschaften der Freien Universität eine Schlüsselstellung einnimmt, Anfang Oktober 2008 in nur 21 Kilometern Distanz an dem hochinteressanten Saturnmond Enceladus vorbeigeflogen. 21 Kilometer sind eine verschwindend kleine Distanz, wenn man bedenkt, dass Saturn und seine ihn unermüdlich umkreisenden Monde zwischen 1,3 und 1,6 Milliarden Kilometer von unserer Erde entfernt sind. Die Abweichung von der im Voraus berechneten Flugbahn betrug dabei gerade mal einen halben Kilometer im Raum und vier Millisekunden in der Zeit.

Die Cassini-Sonde soll bis 2017 Daten senden

Cassini-Huygens ist eine internationale Raumsondenmission unter Leitung der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA, in deren Imaging Team (ISS, Imaging Science Subsystem Experiment) auch die Freie Universität Berlin durch Professor Gerhard Neukum vertreten ist. Seit Mitte 2004, geplant bis 2017, umkreist diese Sonde den Ringplaneten Saturn. Der Arbeitsschwerpunkt der beteiligten Forscher der Freien Universität liegt auf der Erforschung der geologischen Entwicklung der Saturnmonde mit Akzenten auf der Altersstellung der Oberflächen und der Geschichte und Natur des Bombardements der Monde durch Asteroiden und Kometen. Er umfasst zudem umfangreiche Planungsaufgaben. Oder anders ausgedrückt: Ein nicht unerheblicher Teil der Lagebewegungen und Kameraaktivitäten der Cassini-Sonde wurde und wird von Berlin aus initiiert. In internationaler Kooperation mit mehreren Instituten in den USA werden diese „Anweisungen für Cassini aus Berlin“ durch NASA-Ingenieure am Jet Propulsion Laboratory im kalifornischen Pasadena in für die Sonde verständliche Computerbefehle umgewandelt und bis zum Saturn gefunkt.

Das Entsenden von Sonden zu den Planeten hat einen leicht ersichtlichen Vorteil und ist zur genauen Erforschung zwingend notwendig: Relativ kleine Teleskope an Bord der Sonden sind aufgrund der großen Annäherung an den zu erforschenden Körper in der Lage, wenige Meter bis Zentimeter große Details – bei Landesonden sogar mikroskopische Strukturen – aufzulösen. Zum Vergleich: Von der Erde aus kann man beispielsweise mit dem Hubble Space Telescope am Saturn nur etwa 200 Kilometer große Strukturen erkennen. Die Kamera von Cassini kann hingegen aus 166.000 Kilometern Distanz einen Kilometer große Objekte festhalten, und bei sehr nahen Vorbeiflügen an Saturnmonden Details von weniger als zehn Metern Größe. Nur mit den wissenschaftlichen Instrumenten an Bord von Raumsonden ist es also möglich, die Geologie oder Atmosphäre sowie die geladenen und neutralen Teilchen und Magnetfelder der Planetenumgebungen zu erfassen. Sie haben gewissermaßen frei schwebend einen zumeist unverhüllten Blick auf die Ziele der Forschungsneugier und erlauben mithilfe der gewonnen Daten, Rückschlüsse auf die Entstehung und Entwicklung der Planeten und Monde und folglich auch unserer Erde zu ziehen.

Die Wasserozeane der Jupitermonde

Und im Sonnensystem gibt es gar viele Seltsamkeiten zu entdecken! So ist die Oberfläche der Venus, des strahlendsten Gestirns an unserem Himmel nach Sonne und Mond, bis zu 500 °C heiß. Nach nennenswerten Mengen von Wasser braucht man hier gar nicht erst zu suchen. Auch das Wissen um die Vielseitigkeit unserer Erde, um ihre Entstehung und enorm differenzierte Entwicklung muss erwähnt werden, denn die Erkenntnis ihrer Einzigartigkeit ist Ergebnis der Planetenforschung. Auf Mars gibt es endlose rostfarbene Wüsten, deren Farbtöne auf Eisenoxide, quasi auf „Rostpartikel“, zurückzuführen sind. Jupiter, der Gigant aller Planeten unserer Sonne, vereinigt doppelt so viel Masse in sich wie alle übrigen Planeten, Monde und Kleinkörper zusammen, und von keinem Planeten kennt man mehr Monde als von Jupiter. Vier davon, mit den Namen Io, Europa, Ganymed und Callisto versehen, sind vergleichbar groß oder sogar größer als unser Mond. Diese vor genau 400 Jahren durch den italienischen Astronomen Galileo Galilei mit einem der ersten primitiven Fernrohre entdeckten „Galileischen Monde“ weisen ungewöhnliche Eigenschaften wie extrem heißen, basaltischen Vulkanismus, Salzwasserozeane unter den Eispanzern oder ein Magnetfeld auf, das dem irdischen ähnelt.

Saturn ist berühmt für seinen Ring, dessen Verhältnis zwischen Dicke und Durchmesser mit einem Blatt Papier vom Ausmaß eines Fußballstadions verglichen werden kann. Seine Entstehung, Entwicklung und Strukturen sind gleichermaßen komplex wie unverstanden sind, und sein erstmaliger Anblick im Teleskop berührt jeden Menschen in seinem Inneren. Die Monde von Saturn – neben Mars gegenwärtig das hauptsächliche Forschungsfeld der Arbeitsgruppe Planetologie und Fernerkundung – sind an Vielseitigkeit im Sonnensystem kaum zu überbieten. So besitzt beispielsweise der große Mond Titan eine ausgedehnte Stickstoffatmosphäre – eine Eigenheit, die er nur mit unserer Erde teilt, deren Luft zu fast 80 Prozent aus diesem Gas besteht. Titan weist etwa 40 Prozent des Durchmessers der Erde auf, und der Luftdruck an der Oberfläche beträgt das 1,5-fache des irdischen. Es ist sehr kalt dort – minus 180 °C –, und dennoch regnet es hin und wieder eine Flüssigkeit auf die Oberfläche, welche Flusstäler formt und sich in großen Seen in den Polarregionen sammelt. Bei dieser Flüssigkeit handelt es sich um Methan – im Reich der Chemie CH4 –, und somit ist Titan nach unserer Erde der einzige Körper im Universum, von dem wir wissen, dass er Oberflächen-„Gewässer“ beherbergt. Titan ist auch der einzige Mond im äußeren Sonnensystem, der jemals von einem irdischen Späher besucht wurde: Am 14. Januar 2005 landete die Huygens-Sonde als europäischer Teil der Cassini-Huygens-Mission auf der eisigen Oberfläche.

Iapetus: dunkel wie Kohle, hell wie Schnee

Ein anderer seltsamer und einzigartiger Saturnmond ist Iapetus. Von Weitem sieht er aus wie ein weißer Astronautenhelm mit schwarzem Visier; dieser Hell- Dunkel-Kontrast fiel schon im Jahr 1672 dem Astronomen Jean-Dominique Cassini auf, der Iapetus nur über eine Hälfte seiner Umlaufbahn verfolgen konnte und darüber große Verwirrung empfand.

Seither beschäftigt Iapetus die Astronomen: Warum ist die auf seiner Umlaufbahn in Flugrichtung weisende Frontseite – er kreist wie unser Erdmond und auch viele der Saturnmonde in gebundener Rotation um seinen Mutterplaneten – fast so dunkel wie Kohle, während die gegen die Flugrichtung weisende Heckseite und die Pole fast so hell wie frischer Schnee leuchten? Die Cassini- Sonde brachte zunächst neue Rätsel: So ist dieser Mond trotz seiner recht großen Ausmaße von 1.500 Kilometern nicht kugelförmig, wie er eigentlich sein müsste. Zudem ist mehr als die Hälfte seines Äquators von einem gigantischen, bis zu 20 Kilometer hohen linearen Bergrücken bedeckt, dessen Existenz alle Modelle zur Erklärung tektonischer Strukturen Lügen zu strafen scheint. Das Rätsel der globalen „Helligkeitsdichotomie“ glauben die Weltraumforscher der Freien Universität Berlin inzwischen gelöst zu haben. Demnach findet langsame Sublimation von Wassereisteilchen auf der minus 145 °C kalten Frontseite statt, die einen „dunklen Rest“ zurücklässt – Material unbekannter Zusammensetzung, das in geringen Mengen schon in der Oberfläche vorhanden gewesen ist. Und warum nur vorne und nicht auf der Heckseite und eventuell an den Polen? An den Polen ist es kälter – zu kalt; dort sublimiert das Eis nicht schnell genug, um über die geringe, aber beständige Aufmischung der Oberfläche durch Mikrometeoriten dominieren zu können. Und auf der Heckseite ist es ebenfalls zu kalt. Das liegt daran, dass es noch eine zweite „Dichotomie“ auf Iapetus gibt, die die Forscher der Freien Universität Berlin als „Farbdichotomie“ bezeichnet haben. Staub einer unbekannten Quelle, vielleicht von den äußeren Saturnmonden, regnet in homöopathischen Dosen über einen extrem langen Zeitraum bevorzugt auf die gesamte Frontseite von Iapetus und bildet dort eine rötliche und geringfügig dunklere Schicht. Somit sind die Startbedingungen für die Sublimation der Wassereisteilchen auf der Frontseite aber besser, denn eine dunklere Oberfläche ist bei sonst identischen Bedingungen etwas wärmer. Offenbar befindet sich Iapetus genau an der richtigen Stelle im Sonnensystem, sodass dieser leichte Unterschied in den Startbedingungen einen riesigen Unterschied in Bezug auf die Stabilität des Oberflächeneises ausmacht.

Enceladus spuckt Wassereis ins All

Auch die übrigen der mindestens 60 Saturnmonde weisen zahlreiche Merkwürdigkeiten auf, aber einer davon lässt die anderen fast im Wortsinne „im Regen stehen“: Dies ist der bereits erwähnte Mond Enceladus, der bescheidene 500 Kilometer durchmisst, eine strahlend weiße, aus großer Distanz eintönig wirkende Oberfläche mit weit weniger Kratern als im Sonnensystem üblich aufweist und dennoch eines der faszinierendsten Objekte darstellt. Was macht diesen Mond so besonders? Schon seit 1980 kennt man einen Wassereis-Torus aus kleinen Partikeln um Saturn, dessen größte Volumen-Dichte mit der Enceladus-Umlaufbahn zusammenfällt, der in der Fachliteratur als „E-Ring“ bezeichnet wird und dessen Erklärung zahlreiche Spekulationen ausgelöst hatte. Die „verrückteste“ von allen stellte sich als die richtige heraus: Der kleine Enceladus, der eigentlich völlig durchgefroren und geologisch tot sein müsste, spuckt unermüdlich Wassereispartikel aus, und das in durchaus großen Mengen. Diese fallen zumeist auf die Oberfläche zurück und geben dieser ihren strahlend weißen Teint, zum Teil verlassen sie aber auch den Mond und finden sich in einer Bahn um Saturn wieder, um den E-Ring zu bilden. Die Quellgebiete dieser Eruptions- fontänen oder Wassereis-Geysire liegen sehr nahe am Südpol.

Einzelliges Leben fern der Erde?

Wenn dieser Mond aber Wassereispartikel ausspuckt, dann liegt die Vermutung nahe, dass eine Energiequelle und nahe der Oberfläche flüssiges Wasser vorhanden sein könnten. Spätestens mit dieser Erkenntnis läuten die Alarmglocken, denn flüssiges Wasser in Verbindung mit einer Oberfläche, ursprünglich im Sonnensystem als „Exklusivrecht“ unserer Erde betrachtet, ist die Grundlage allen Lebens so wie wir es kennen. Schon lange wird spekuliert, wo noch im Sonnensystem Leben entstanden sein könnte. Phantasien über reiche Vegetation und seltsames Getier unter den undurchsichtigen Venuswolken verschwanden Mitte des 20. Jahrhunderts mit der Erkenntnis über die hohen Oberflächentemperaturen. Mars galt schon im ausgehenden 19. Jahrhundert als ein frostiges Objekt, aber dennoch heißer Kandidat für extraterrestrisches Leben. Der italienische Astronom Giovanni Schiaparelli glaubte, in seinem Fernrohr nahe der Auflösungsgrenze wie mit dem Lineal gezogene Strukturen zu erkennen, welche er als canali bezeichnete und deren „Existenz“ selbst von Wissenschaftlern als gigantische Bauwerke versierter Marsianer verstanden wurde. Bald schon wurde die Möglichkeit der optischen Täuschung experimentell nachgewiesen, aber das sei nur am Rande erwähnt. Im Jahr 1938 ließ eine fiktive Radioreportage über eine Invasion vom Mars im Handlungsort New Jersey eine reale Panik entstehen, und bis heute sind die „kleinen grünen Männchen“ ein Synonym für außerirdische Intelligenzen. Dass Mars kein höheres Leben beherbergt, ist inzwischen durch Daten von Raumsonden gesichert. Die Möglichkeit von primitivem, einzelligem Leben kann aber nach wie vor nicht ausgeschlossen werden, obgleich der Aufruhr, den vor etwa zehn Jahren die Meldungen zu dem Marsmeteoriten „ALH 84001“ erzeugt haben, nicht von Bestand blieb.

Mit der Entdeckung von Ozeanen unter den dicken Eiskrusten einiger Jupitermonde in den 1990er Jahren und kürzlich von Wassereispartikelfontänen am Enceladus- Südpol erweitert sich die theoretische Möglichkeit erheblich, dass es im Sonnensystem neben der Erde noch andere Orte geben könnte, an denen sich – wenn auch vielleicht ganz andersartiges – Leben entwickelt haben könnte. Vielleicht sind im Universum sogar Planeten als Lebensträger die Ausnahmen, und Monde von großen Gasplaneten halten die Mehrzahl der Biosphären bereit? Wir wissen noch nichts darüber. Im Sonnensystem nimmt Enceladus insofern eine Sonderstellung ein, als dass sein vermutetes Wasserreservoir sehr dicht an der Oberfläche liegen muss. Der Zugang für irdische Späher müsste also deutlich einfacher sein als im Falle des Jupitermondes Europa, dessen Ozean wohl unter einer mehr als 20 Kilometer mächtigen Eisschicht verborgen sein dürfte. Um den Ozean des Mondes Europa zu erreichen, müsste nämlich gebohrt werden – oder zumindest eine Landesonde so gewärmt werden, dass sie sich durch das minus 120 °C kalte Eis durchschmelzen kann. Bei Enceladus hingegen sind die „Löcher“ schon da, durch sie schießen die Eruptionen ins freie All.

Der Mensch als Mittelpunkt der Welt?

Die Bedeutung einer möglichen Entdeckung von Leben im All muss wohl kaum erläutert werden. Jeder Mensch würde durch ein solches Ereignis eigentümlich berührt, würde doch ein jahrtausendealtes Selbstverständnis von Einzigartigkeit erschüttert. Eine solche Erkenntnis würde die Menschheit weiter vom Mittelpunkt der Welt (den es dann endgültig nicht mehr gäbe) verdrängen, gleichzeitig aber jedem Individuum in noch viel dramatischerer Weise seine Einzigartigkeit vor Augen führen, welche uns letztlich über unsere Empfindungen doch wieder zum Mittelpunkt der Welt macht.

Und hier liegt schließlich auch die tiefe Bedeutung der Weltraumfahrt. Erlauben wir es uns, als die im Bezug auf die philosophische Denkfähigkeit erhabenste Spezies unseres Planeten, unser Wissen zu erweitern? Oder verfolgen wir nur unsere täglichen Ziele? Alle wissenschaftlichen Disziplinen erweitern unseren Horizont und schärfen unser Weltbild, aber Raumfahrt und Astronomie tun dies auch im wörtlichen Sinn. Sie holen die Monde, Planeten und Sterne in unseren Blick und zeigen uns unsere Kleinheit und Besonderheit gleichermaßen.

Zum Schluss noch ein kleines Gedankenexperiment: Stellen wir uns vor, wir stünden auf dem Mond und betrachteten die Erde, die bei ausgestrecktem Arm etwa die Größe des Daumennagels hat: Wer käme da auf die Idee, dass auf diesem kleinen, blauen, majestätisch leuchtenden Ball, der da ohne Seil und Halterung still am Himmel parkt, die Menschen dieselben Wege getrennt gehen – nicht nur in Forschung oder Politik, sondern auch in Bezug auf die Probleme des täglichen Lebens? Dass sie häufig nicht einmal miteinander kommunizieren und sogar einander bekriegen? Aus so großer und im Vergleich zur Größe des Universums doch so unwürdig winziger Distanz erscheint dies erst recht absurd und deprimierend, und dennoch wird es wohl noch für eine sehr lange Zeit Realität sein. Die Raumfahrt hilft, diese andere Perspektive immer wieder ins Bewusstsein zu rücken. Sie liefert die realen Bilder dazu.