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Pioneer-Anomalie: Mysterium am Rand des Sonnensystems

Von Eugen Reichl

Es ist eines der größten Rätsel der Weltraumforschung: Die beiden "Pioneer"-Sonden der Nasa sind auf mysteriöse Weise von ihrem Kurs abgewichen. Seit Jahren versuchen Wissenschaftler vergebens, das Phänomen zu erklären. Die Lösungen, die noch übrig bleiben, lassen Experten schaudern.

Dies ist die Geschichte zweier Raumfahrzeuge: "Pioneer 10", gestartet im März 1972, und "Pioneer 11", der im April 1973 seine lange Reise ins All begann. Ihre Aufgabe war die erste Naherkundung der Gasriesen Jupiter und Saturn. Doch das ist lange her. Beide Sonden treiben heute an der Grenze unseres Sonnensystems im Übergangsbereich zum interstellaren Medium. Sie sind schon vor Jahren verstummt und wären nur noch eine Randnote der Raumfahrtgeschichte wert, gäbe es da nicht ihre Flugbahnen, die so eigenartig sind, dass man nicht einfach darüber hinweggehen kann.

Denn etwas Seltsames geschieht mit den beiden Robotern. "Pioneer" 10 und 11 sind nicht da, wo sie eigentlich sein sollten. Irgendetwas hält sie zurück. Eine sehr kleine, aber deutlich messbare Kraft. Jede der beiden Sonden ist heute etwa 400.000 Kilometer von dem Ort entfernt, an dem sie sein müsste, ginge alles mit rechten Dingen zu. Oder besser gesagt, ginge es allein mit den heute bekannten Dingen zu.

Die offensichtliche Abbremsung der Sonden ist extrem gering. Sie entspricht einem Zehnmilliardstel der Beschleunigung auf der Erdoberfläche. Die Bahnabweichung ist bei beiden genau gleich groß, obwohl sie sich fast in entgegengesetzter Richtung aus dem Sonnensystem entfernten. Was also ist los da draußen?

Niemand weiß es. Praktisch alle derzeit denkbaren Erklärungen sind bereits ausgeschlossen worden. Die Physiker sind so ratlos, dass einige dieses Mysterium mit anderen, heute ebenfalls unerklärlichen Phänomenen in Verbindung bringen.

Ein Defekt in der Funkanlage von "Pioneer 11" machte ab dem 1. Oktober 1990 die Erzeugung eines Signals für Bahnverfolgungszwecke unmöglich. Ab diesem Zeitpunkt konnte die Nasa von der Sonde keine Daten mehr über dieses seltsame anomale Verhalten gewinnen. Sie bewegt sich weiterhin in Richtung des Sternbilds Adler ("Aquila") und wird in etwa vier Millionen Jahren die Stelle passieren, an der sich heute Lambda Aquilae (l Aql) befindet, ein Stern 3,5ter Größe am Schwanz des Adlers.

"Pioneer 10" war besser in Form. Der kleine Weltraumspäher erzeugte bis zum 11. Februar 2000 unverdrossen das Dopplersignal für die Bahnverfolgung. Danach riss die Verbindung ab. Die Raumsonde war etwa 75 Astronomische Einheiten von der Erde entfernt. In den beiden folgenden Jahren konnte jeweils noch einmal kurzzeitig Funkkontakt hergestellt werden. Heute entfernt sich Pioneer 10 mit einer Geschwindigkeit von 12,24 Kilometern pro Sekunde relativ zur Sonne aus unserem Planetensystem in Richtung Aldebaran im Sternbild Stier.

Im März 2005 hat das Wissenschaftsmagazin "New Scientist" die Pioneer-Anomalie als eines der 13 rätselhaftesten Phänomene der Wissenschaft aufgelistet. Sie nimmt dort Rang acht ein. Auf Platz sieben liegen die vier Jahre zuvor entdeckten Tetra-Neutronen, auf Platz neun die Dunkle Energie. Und gerade Letztere könnte in einer noch unbekannten Verbindung zur Pioneer-Anomalie stehen. Aber fangen wir zunächst ganz von vorne an …

Die Reise beginnt

In den Abendstunden des 2. März 1972 startete die Raumsonde "Pioneer 10" an der Spitze einer Atlas-Centaur-Trägerrakete zu einer Reise, wie sie bis dahin noch nie zuvor unternommen worden war. Erstmals wurde eine Raumsonde auf eine Geschwindigkeit beschleunigt, die groß genug war, um das Sonnensystem auf Nimmerwiedersehen zu verlassen. Hyperbolischer Exzess ist der Fachbegriff dafür.

Wege der "Pioneer"-Sonden: Rätselhafte Abweichung
NASA

Wege der "Pioneer"-Sonden: Rätselhafte Abweichung

Der Flug der Atlas-Centaur dauerte nur 17 Minuten, dann war die Rekordgeschwindigkeit von 51.700 Stundenkilometern erreicht und "Pioneer 10" auf dem Weg in Richtung Jupiter. Nur elf Stunden nach dem Liftoff in Cape Canaveral überquerte die Sonde die Mondbahn, gerade einmal zwölf Wochen danach die des Mars. Im Februar 1973 hatte der kleine Weltraumspäher den Asteroidengürtel durchquert und begann den Anflug auf den Gasriesen.

Nachdem das Missionsrisiko – speziell wegen der Durchquerung der Trümmerzone zwischen Mars und Jupiter – als erheblich eingestuft worden war, hatte die Nasa von vornherein eine Doppelmission geplant. Als "Pioneer 10" die Zone der Asteroiden unbeschädigt hinter sich gelassen hatte, wurde am 5. April 1973 auch "Pioneer 11" auf die Reise geschickt.

Anfang Dezember 1973 passierte "Pioneer 10" den Gasgiganten in einem Abstand von nur 200.000 Kilometern. Die immense Schwerkraft des Planeten knickte die Bahn von "Pioneer 10" fast im rechten Winkel ab. Das Raumfahrzeug verblieb aber in der Ekliptik, der Bahnebene der Planeten.

"Pioneer 11" flog fast auf den Tag genau ein Jahr später an Jupiter vorbei, allerdings in einer Entfernung von nur 34.000 Kilometern. Die Missionskontroller hatten die Flugbahn so angelegt, dass das Raumfahrzeug durch die Schwerkraft des Riesenplaneten in einem weiten Bogen etwa 175 Millionen Kilometer aus der Ekliptik hinausstieg und danach wieder hineinfiel, um schließlich den Saturn anzusteuern.

Die Gravitationskraft des Ringplaneten bewirkte, dass die Bahn von "Pioneer 11" erneut stark umgelenkt wurde, mit dem Ergebnis, dass nach Abschluss der Passage die beiden Schwestersonden jetzt ziemlich genau in entgegengesetzten Richtungen aus dem Sonnensystem steuern.

Die Jahre gingen dahin. In Abständen von einigen Monaten meldete sich die Missionskontrolle bei den einsamen Pionieren, rief Daten ab und gab Kommandos durch. Es war 1980, als den Flugleitern bei der Auswertung der Dopplerdaten von "Pioneer 10" eine leichte, aber stetige Geschwindigkeitsänderung auffiel. Eine geringe, aber deutlich messbare Kraft schien die Sonde in Richtung Sonne zu ziehen.

Zu diesem Zeitpunkt war "Pioneer 10" mehr als zwanzig Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt und die Abnahme der Geschwindigkeit denkbar gering. Sie betrug jeden Tag nur 0,0000755 Meter pro Sekunde. Die Abweichung hatte nicht früher festgestellt werden können, denn der Effekt war bis dahin im natürlichen Strahlungsdruck der Sonne untergegangen.

Auch jetzt wurde der Angelegenheit zunächst wenig Beachtung geschenkt. Die Primärmission der beiden Sonden war schließlich vorbei, was machte da schon ein kleiner Messfehler oder ein unbedeutendes technisches Problem.

Die Projektingenieure wurden erst aufmerksam, als exakt dasselbe Phänomen auch bei Pioneer 11 beobachtet wurde. Die Beschleunigung in Richtung Sonne war bei ihr genauso hoch wie bei "Pioneer 10". Und so begannen die Wissenschaftler, den seltsamen Effekt näher unter die Lupe zu nehmen.

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"Pioneer"-Sonden: Die einsamen Reisenden

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