Bremseffekte im All Mysteriöse Kraft wirft Raumsonden aus der Bahn
Als ob der Weltraum den Wissenschaftlern nicht schon genug Rätsel aufgäbe, kommt seit einiger Zeit noch ein selbstgemachtes hinzu. Zwei von der Erde gestartete Raumsonden nämlich sind nicht da, wo sie eigentlich sein sollten. Irgendeine geheimnisvolle Kraft scheint "Pioneer 10" und "Pioneer 11" abzubremsen. Und bis heute hat niemand erklären können, wer dort draußen, am Rande unseres Sonnensystems, auf die kosmische Bremse tritt.
Doch es wird noch dubioser: Auch vor unserer kosmischen Haustür verhalten sich Sonden nicht so, wie sie es sollten. In den letzten Jahren haben amerikanische Astronomen auch bei Erdvorbeiflügen anderer Raumsonden festgestellt, dass sich diese offenbar nicht an die gültigen physikalischen Gesetze der Himmelsmechanik halten.
Kehrt eine Sonde nach ihrem Start einige Zeit später zurück zur Erde und fliegt an ihr vorbei führt also ein Swing-by- oder Fly-by-Manöver aus -, tankt sie Geschwindigkeit für ihre Weiterreise. Die Erde verliert bei einem solchen Vorbeiflug minimal Energie, das Raumschiff wird etwas schneller.
Es lässt sich genau vorhersagen, in welchem Winkel welche Weltraumsonde wie schnell auf die Erde zuhalten muss, um einen ebenfalls genau berechneten Zuwachs an Tempo zu erzielen. Nur scheint das den Raumsonden noch keiner gesagt zu haben. "Wir haben beobachtet, dass die Sonden nach ihrer größten Annäherung an die Erde eine Geschwindigkeitsveränderung erfahren, die nicht da sein dürfte", sagt ein verblüffter John Anderson vom Jet Propulsion Laboratory JPL der amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa in Pasadena, Kalifornien. "Die von uns festgestellte Bahnveränderung ist klein - aber messbar, und sie beträgt ein Vielfaches von dem, was wir als Messfehler annehmen würden", erklärt der Astronom.
Zusammen mit seinem Team hat Anderson die Flugbahnen der Sonden "Cassini", "Messenger", "Near", "Galileo" und "Rosetta" untersucht, nachdem sie an der Erde vorbeigerauscht sind. Überraschendes Ergebnis: "Cassini" flog danach zu langsam, genauso wie "Galileo" bei ihrem zweiten Fly-by 1992. Beim ersten Mal zwei Jahre zuvor hatte die Sonde noch beschleunigt. Die "Near"-Sonde flog nach ihrem Erd-Rendezvous gar dreizehn Millimeter pro Sekunde zu schnell.
"Uns ist ein Rätsel, warum das passiert - wir erkennen aber ein Muster", erklärt John Anderson. Die JPL-Astronomen haben eine Formel entwickelt, die diese positiven und negativen Bahnveränderungen vorhersagt. Sie basiert auf dem geografischen Breitengrad, auf dem sich eine Sonde der Erde nähert und sich wieder von ihr entfernt. Wenn der Einflugs- und Abflugsbreitengrad gleich sind, wie bei "Messenger", stellt sich diese Anomalie nämlich nicht ein.
Die "Near"-Raumsonde hingegen hat sich der Erde auf Höhe des 21. südlichen Breitengrades genähert und sie bei 72 Grad Süd wieder verlassen. "Bei diesem Vorbeiflug haben wir den größten Effekt beobachtet", sagt John Anderson. Derzeit untersuchen die Wissenschaftler, ob sich auch beim jüngsten Fly-by der europäischen Raumsonde "Rosetta" an der Erde im November eine ungewöhnliche Bahnveränderung eingestellt hat, so wie bei ihrem ersten Vorbeiflug 2005.
Wie viele Anomalien für Raumsonden gibt es?
Gut möglich, dass es sich bei dieser Fly-by-Anomalie um das gleiche Phänomen handelt wie bei den "Pioneer"-Sonden. Teamchef Anderson glaubt, dass beide Anomalien zusammenhängen, schon aus Gründen der Wahrscheinlichkeit: "Es wäre schon sehr überraschend, wenn zwei verschiedene Mechanismen einerseits für die 'Pioneer'-Raumschiffe im äußeren Sonnensystem und andererseits für Sonden auf Erdvorbeiflüge greifen", sagt der JPL-Wissenschaftler. "Eine einzige Anomalie zu finden, ist schon ungewöhnlich, aber zwei wären dann doch ein wenig zu viel für mich."
Und so schlägt das JPL eine eigene Raumsonde vor, die das Flugverhalten ihrer Schwesterschiffe untersuchen soll. Sie hätte keine andere Aufgabe, als einfach nur ins All hinauszufliegen. John Anderson: "Wir müssten eine Sonde ins äußere Sonnensystem schicken, die möglichst wenig gravitativen Kräften ausgesetzt ist, damit die ominöse Bremswirkung deutlich sichtbar wird."
Eine entsprechende Mission mit der alleinigen Absicht, die "Pioneer"-Anomalie zu untersuchen, ist in Europa bereits entworfen worden. Der Weltraumkonzern EADS hat für Europas Weltraumagentur Esa eine relativ kostengünstige Sonde entwickelt, die in ihrem Innern eine frei fliegende Masse von der Sonne wegtransportiert, wie Roger Förstner von EADS Astrium in Friedrichshafen erläutert. "Die Bewegungen dieser frei fliegenden Testmasse im freien Weltraum sollen dabei präzise aufgezeichnet werden."
Die Testmasse selbst wäre dabei völlig passiv: Sie hätte keine Lageregelung, keine Düsen und würde auch keine Funkwellen abstrahlen, die die Bahn verändern können. "Demzufolge wäre die Messgenauigkeit bei dieser Testmasse sehr hoch", erklärt der Systemingenieur, der bei EADS für den Bereich Navigation verantwortlich ist. Sind alle bekannten Einflüsse und Störgrößen wie zum Beispiel der Sonnenwind herausgerechnet und bewegt sich die Testmasse dennoch, wäre klar, dass irgendeine Kraft von außerhalb auf sie wirken muss. Nur welche?
