Gebremste Raumsonden Nasa enträtselt mysteriösen "Pioneer"-Effekt

Seit rund 40 Jahren sausen die beiden "Pioneer"-Sonden der Nasa durchs All - allerdings weniger schnell, als sie eigentlich sollten. Der mysteriöse Effekt hat Forscher lange beschäftigt. Jetzt scheint er endlich aufgeklärt.

"Pioneer"-Raumsonde (künstlerische Darstellung): Hitze bremst die Raumfahrzeuge.
NASA

"Pioneer"-Raumsonde (künstlerische Darstellung): Hitze bremst die Raumfahrzeuge.

Von


Berlin - Die Physiker schienen mit ihrem Latein am Ende. Die althergebrachten Erklärungen von Einstein, Newton und Co. wollten einfach nicht weiterhelfen: Die "Pioneer"-Raumsonden der Nasa wurden offensichtlich abgebremst, doch der Grund war rätselhaft.

Die Fachwelt spekulierte über neue, exotische physikalische Phänomene, die dafür verantwortlich sein könnten. Die Wirkung von Dunkler Materie oder Dunkler Energie vielleicht? Oder waren sogar neue physikalische Konstanten zur Erklärung unseres Universums nötig? Oft schon folgten spektakulären physikalischen Beobachtungen überraschend simple Erklärungen - ganz ohne neue physikalische Gesetze. So war etwa ein loses Kabel für die Messung vermeintlich überlichtschneller Neutrinos im italienischen Gran-Sasso-Laboratoriumverantwortlich.

Und auch für die sogenannte "Pioneer"-Anomalie scheint es nun eine vergleichsweise einfache Erklärung zu geben: Ein Team um Slava Turyshev vom Jet Propulsion Laboratory in Pasadena (US-Bundesstaat Kalifornien) berichtet im Fachmagazin "Physical Review Letters", dass Hitzeeffekte in den Raumfahrzeugen für das beobachtete Abbremsen verantwortlich sind. Die aktuelle Arbeit bestätigt damit die Simulationen der Bremer Wissenschaftler Benny Rievers und Claus Lämmerzahl, die diese im Frühjahr 2011 auf arXiv.org veröffentlicht hatten. Dort hatten auch Turyshev und Kollegen ihr Manuskript vorab präsentiert.

Der mysteröse Bremseffekt war Nasa-Fachleuten zum ersten Mal Anfang der achtziger Jahre aufgefallen. Damals war die Entfernung der Sonden von der Sonne groß genug, dass der schwankende Strahlungsdruck unseres Zentralgestirns den Effekt nicht überdeckte. Erst seit Mitte der neunziger Jahre wurde aber ernsthaft untersucht, was den Sonden zu schaffen machte. Sogar über eine eigene Raummission zur Aufklärung dachte man nach.

Antenne emittiert Photonen

Doch dazu dürfte es nun nicht mehr kommen. Für die aktuelle Auswertung waren seit 2004 mit großer Mühe die Telemetriedaten der "Pioneer"-Zwillinge analysiert worden. Das war alles andere als einfach. Die Informationen waren nach dem Start der Sonden in den Jahren 1972 und 1973 mit heute steinzeitlich anmutender Technik verarbeitet worden. Turyshev und seine Kollegen mussten Lochkarten und Magnetbänder von mehreren Nasa-Standorten zusammenklauben. Zum Teil waren die Uralt-Datenträger in Kisten unter Treppenaufgängen vergessen worden.

Die Weltraumenthusiasten der Planetary Society unterstützten die mühseligen Arbeiten, später schoss auch die Nasa Geld zu. Der kanadische Programmierer Viktor Toth lieferte schließlich ein Programm, mit dem die alten Informationen ausgelesen und von Fehlern gesäubert werden konnten. Insgesamt 43 Gigabyte an Daten kamen so zusammen.

Die Auswertung zeigt nun, dass der Hitzefluss in den Instrumenten der Sonde und von der thermoelektrischen Radionuklidbatterie für das Abbremsen verantwortlich sind. "Der Effekt ist ungefähr so, als würden Sie mit ihrem Auto fahren, und die Photonen der Scheinwerfer drücken Sie nach hinten", erklärt Turyshev. Etwas vereinfacht ausgedrückt bedeutet das: Die Glühlampen strahlen winzigste Lichtteilchen nach vorn ab. Dabei tritt jedes Mal ein leichter Rückstoß entgegen der Fahrtrichtung auf - und der bremst den Wagen ab. Natürlich spielt der Effekt auf der Erde keine Rolle; in den Tiefen des Alls hingegen schon.

Antrieb und Elektrik der Sonde strahlen Wärme ab; die Rückseite der zur Erde gerichteten "Pioneer"-Antenne emittiert die Photonen - und zwar in Flugrichtung. So wird die Sonde minimal gebremst. Im Gegensatz zu den "Pioneer"-Zwillingen war der Effekt bei anderen Raumsonden nicht so einfach messbar, da diese mit Steuerdüsen auf Kurs gehalten werden. Dadurch gibt es zahlreiche zusätzliche Einflüsse auf die Geschwindigkeit, die berücksichtigt werden müssten. Bei den "Pioneers" erfolgt die Lageregelung dagegen nur durch die Rotation der Flugkörper.

Botschaft an Außerirdische an Bord

Das Rätsel der Sonden sei nun endlich gelöst, glaubt Turyshev: "Natürlich wäre es aufregend gewesen, eine neue Art der Physik zu entdecken, aber wir haben immerhin ein Rätsel gelöst."

So konnten die Weltraumoldies der Wissenschaft noch einmal einen Dienst erweisen. "Pioneer 11" funkt seit November 1995 keine Daten mehr zur Erde, "Pioneer 10" schweigt seit Januar 2003. Vielleicht werden die Sonden aber eines fernen Tages noch einmal wichtig. Beide tragen immerhin eine Plakette aus goldbeschichtetem Aluminium - mit einer Botschaft an außerirdische Lebewesen.

Dem Autor auf Twitter folgen:

Forum - Diskutieren Sie über diesen Artikel
insgesamt 128 Beiträge
Alle Kommentare öffnen
Seite 1
c59 18.07.2012
1. Immerhin
Gibt wenig wirklich sinnvolles, was diese Menscheit bisher fabriziert hat. Diese Sonden gehören immerhin dazu.
oktoplus 18.07.2012
2. optional
Die Arbeit von Benny Rievers ist allerdings schon vor über einem Jahr in den Annalen der Physik erschienen (und seit Frühjahr *2011* im arXiv zu finden): http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/andp.201100081/abstract
ossian 18.07.2012
3. für mich ist das unglaubwürdig
denn die gleichen Hitzestrahlen werden auch nach "hinten" ausgestrahlt. Und noch besser - die große Antenne schickt doch Signale zur Erde. So sollte Pioneer doch mindestens genauso (wenn nicht mehr) beschleunigt werden. Ich vermute hier eher eine krampfhafte Erklärung um nicht die eigenen Regeln, Formeln und Theorien in Frage zu stellen. Denn die Herren und Damen werden hochbezahlt.
karnevil 18.07.2012
4. @c59
"Gibt wenig wirklich sinnvolles, was diese Menscheit bisher fabriziert hat." Stimmt eindeutig, einschließlich Ihres Kommentars.
BMerkenswert 18.07.2012
5.
Zitat von ossiandenn die gleichen Hitzestrahlen werden auch nach "hinten" ausgestrahlt. Und noch besser - die große Antenne schickt doch Signale zur Erde. So sollte Pioneer doch mindestens genauso (wenn nicht mehr) beschleunigt werden. Ich vermute hier eher eine krampfhafte Erklärung um nicht die eigenen Regeln, Formeln und Theorien in Frage zu stellen. Denn die Herren und Damen werden hochbezahlt.
Hätten Sie ein wenig mehr Ahnung von Photonenstrahlung und Radiowellen, würden Sie den Effekt, allein schon wegen dieses Unterschiedes, verstehen.
Alle Kommentare öffnen
Seite 1

© SPIEGEL ONLINE 2012
Alle Rechte vorbehalten
Vervielfältigung nur mit Genehmigung der SPIEGELnet GmbH


TOP
Die Homepage wurde aktualisiert. Jetzt aufrufen.
Hinweis nicht mehr anzeigen.