„New Horizons“ Mit Siebenmeilenstiefeln zum Planeten Pluto

Als bei der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa in den sechziger und siebziger Jahren die Pläne für die Erforschung der äußeren Planeten des Sonnensystems geschmiedet wurden, stießen die Forscher auf eine Möglichkeit, sie alle - Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto - auf einer "Grand Tour" mit einer einzigen Raumsonde anzufliegen. Auf der richtigen Bahn würde die Sonde den Berechnungen zufolge nach und nach gerade so in die Schwerefelder dieser Himmelskörper eintauchen, daß sie jeweils automatisch zum nächsten Planeten katapultiert würde. Die dafür notwendige Konstellation der Planeten tritt alle 178 Jahre nur einmal ein. Es zeigte sich jedoch, daß es nicht möglich sein würde, für das bevorstehende Startfenster, das von 1977 bis 1979 geöffnet war, eine derart anspruchsvolle Mission vorzubereiten. Als Ersatz mußte das Voyager-Programm herhalten, mit dem sich immerhin noch Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun auf einmal erkunden ließen. Der Pluto sollte für lange Zeit der einzige Planet des Sonnensystems bleiben, der keinen Besuch empfing. Das könnte sich jetzt mit der Sonde "New Horizons" ändern. Der erste Startversuch wurde wegen schlechten Wetters abgesagt (Video: „New Horizons“: Start der Pluto-Sonde verschoben), weitere Versuche sind noch bis zum 14. Februar möglich.

Der Pluto gilt seit seiner Entdeckung im Jahr 1930 durch den amerikanischen Astronomen Clyde Tombaugh als Außenseiter unter den Planeten. Die anderen Begleiter der Sonne lassen sich in zwei Gruppen unterteilen. Im inneren Sonnensystem bewegen sich die kleinen, erdähnlichen Gesteinsplaneten - Merkur, Venus, Erde und Mars -, weiter außen die großen, jupiterähnlichen Gasplaneten - Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Dazwischen befindet sich der Asteroidengürtel. Pluto, dessen Bahn die Neptunbahn kreuzt, ist mit 2390 Kilometern Durchmesser ein vergleichsweise kleines Objekt aus Eis und Gestein.

Ist Pluto gar kein Planet?

In den fünfziger Jahren äußerten der in den Niederlanden geborene Astronom Gerard Kuiper und andere Forscher, Pluto sei vielleicht nur das hellste einer großen Schar von Objekten, die die Sonne jenseits der Bahn des Neptuns umkreisen. Später stellte sich heraus, daß dieser zweite - nach Kuiper benannte - Gürtel offenbar auch die Quelle der meisten kurzperiodischen Kometen ist. 1992 wurde das erste Objekt entdeckt, das sich vollständig innerhalb des Kuiper-Gürtels bewegt. Mittlerweile sind in der fraglichen Himmelszone rund tausend weitere Himmelskörper mit 50 Kilometern Durchmesser bis zu Plutogröße beobachtet worden.

Im Jahr 1978 entdeckte James Christy vom Marine-Observatorium der Vereinigten Staaten in Flagstaff (Arizona) eine kleine Ausbuchtung des Pluto, die ihre Lage veränderte und sich als ein Mond des Planeten entpuppte. Nach jüngsten Messungen hat dieses Objekt, das den Namen Charon erhielt, einen Durchmesser von 1207 Kilometern. Daß Pluto einen Begleiter hat, unterscheidet ihn nicht von einer Reihe anderer Objekte im Kuiper-Gürtel. Vor einigen Monaten wurden aber zwei weitere, kleine Plutomonde aufgespürt, und damit hebt sich der Planet von allen bisher bekannten Himmelskörpern im Kuiper-Gürtel ab.

Dünne Atmosphäre, drei Stoffe

Erstaunlich ist, daß Pluto - trotz zumindest ähnlicher Größen der beiden Objekte - offenbar ganz anders als Charon beschaffen ist, was sich unter anderem am Reflexionsverhalten zeigt. Statt dessen ähnelt er in hohem Maße dem Neptunmond Triton an Dichte, Größe und chemischem Aufbau der Oberfläche. Interessant scheint vor allem die extrem dünne, einen Druck von nur 10 bis 15 Mikrobar erzeugende Atmosphäre des Pluto zu sein. Während es in der Erdatmosphäre nur einen Stoff - Wasserdampf - gibt, der ständig zwischen gasförmigem und festem Zustand hin und her pendelt, sind es in Plutos Atmosphäre gleich drei: Stickstoff, Kohlenmonoxyd und Methan.

Für die Untersuchung des Planeten und seiner Monde ist die Sonde New Horizons mit diversen wissenschaftlichen Instrumenten ausgerüstet. Während des Fluges wird ein von Studenten gefertigtes Gerät mikroskopisch kleine Staubkörnchen registrieren, die von Kollisionen von Asteroiden und Kometen zeugen. (Andere wissenschaftliche Studien sind in dieser Phase der Mission, in der nur gelegentlich die Funktionstüchtigkeit der Sonde überprüft wird, nicht vorgesehen.) Ein Ultraviolett-Spektrometer an Bord soll den chemischen Aufbau der Atmosphäre von Pluto analysieren. Ein anderes Spektrometer sucht nach neutralen Atomen, die diese Atmosphäre verlassen und im Sonnenwind ionisiert werden. Ein weiteres Instrument mißt die Wechselwirkung des Sonnenwinds mit Pluto. Radioexperimente sollen Auskunft über den Höhenverlauf der Atmosphäre sowie Plutos thermische Eigenschaften und die Masse des Planeten liefern.

Für die optische Erkundung hat New Horizons zwei Kameras an Bord - eine im sichtbaren und im infraroten Licht empfindliche für Farbaufnahmen sowie eine langbrennweitige zur detaillierten Erkundung der Oberfläche. Die Sonde wird je nach Flugbahn bis zu 10000 Kilometer an Pluto herankommen. Aus dieser Distanz wird die Kamera noch Strukturen bis hinab zu einigen Dutzend Metern erfassen können. Den Strom für die Instrumente liefert eine Radioisotopenbatterie. Deren Leistung beträgt beim Start rund 240 Watt. Bis die Sonde am Ziel anlangt, ist sie auf 200 Watt gefallen.

Die Plutosonde wird die Erde, damit sie ihr Ziel in einer akzeptablen Zeit erreicht, mit der größten Anfangsgeschwindigkeit aller bisherigen Raumsonden verlassen. Bereits nach neun Stunden ist sie von unserm Heimatplaneten so weit entfernt wie der Mond. Die Apollo-Astro-nauten benötigten - allerdings auf einer notwendigerweise anders gekrümmten, zeitaufwendigeren Flugbahn - ungefähr drei Tage, ihn zu erreichen. Kann New Horizons bis zum 3. Februar starten, wird sie im Februar oder März 2007 am Jupiter vorbeifliegen und in dessen Schwerefeld so stark beschleunigt werden, daß sie im Juli 2015 oder etwas später beim Pluto ankommt. Je nach Startdatum kann sie sich dem Jupiter mit einer Geschwindigkeit von 21 Kilometern pro Sekunde bis auf knapp 2,3 Millionen Kilometer nähern. Erfolgt der Start nicht vor dem 4. Februar, ist nur noch ein Direktflug zum Pluto möglich, der ungefähr fünf Jahre länger dauern wird.

„New Horizons“ fliegt nur vorbei

Die Pläne der Nasa sehen nicht vor, daß die Sonde in eine Umlaufbahn um den Planeten einschwenkt. New Horizons wird nur an dem Himmelskörper vorbeifliegen. Daß auch die Ausbeute einer solchen Mission beträchtlich sein kann, haben unter anderen die Voyager-Sonden bewiesen. Trotzdem hoffen die Wissenschaftler, daß New Horizons nach der Erkundung des Pluto nicht gleich von der Nasa abgeschrieben wird. Wenn die Sonde noch intakt ist und die Raumfahrtbehörde die Finanzierung genehmigt, wird es in den folgenden fünf oder sechs Jahren noch möglich sein, den Raumflugkörper an ein oder zwei mindestens 50 Kilometer große Objekte des Kuiper-Gürtels heranzulenken, den er sowieso durchquert. Für eine konkrete Planung einer derart erweiterten Mission ist es jetzt allerdings noch zu früh.