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Sternengeschichten 130-249, Folge 152: Pioneer und Voyager – Auf dem Weg aus dem Sonnensystem

Folge 152: Pioneer und Voyager – Auf dem Weg aus dem Sonnensystem

Folge 152: Pioneer und Voyager – Auf dem Weg aus dem Sonnensystem.

In der letzten Folge der Sternengeschichten habe ich erklärt, welche Geschwindigkeit notwendig ist, wenn man von der Erde in den Weltraum gelangen will. Die sogenannte erste kosmische Geschwindigkeit reicht aus, um die Erde zu umkreisen und nicht mehr auf den Boden zurück zu fallen. Mit der zweiten kosmischen Geschwindigkeit kann man dem Einflussbereich unseres Planeten ganz entkommen. Will man aber das Sonnensystem komplett verlassen und der Gravitationskraft der Sonne und all ihrer Planeten entkommen, dann ist dafür die dritte kosmische Geschwindigkeit notwendig. Von der Erde aus muss ein Raumfahrzeug dafür mit mindestens 16,7 Kilometern pro Sekunde in den Weltraum starten.

Diese Geschwindigkeit haben die meisten der Raumsonden die wir ins All gebracht haben, nicht erreicht. Aber ein paar davon schon und sie sind tatsächlich mittlerweile auf dem Weg aus dem Sonnensystem hinaus. In den 1960er Jahren war das Sonnensystem allgemein noch ziemlich unerforscht. Die meisten der großen Himmelskörper hatte noch keine Raumsonde aus der Nähe gesehen und vor allem die Planeten des äußeren Bereichs waren noch nie besucht worden. Um endlich einen detaillierten Blick auf die Gasriesen Jupiter und Saturn werfen zu können, schickte die NASA also nach einiger Vorbereitung am 3. März 1972 die Raumsonde Pioneer 10 ins All. Am 6. April 1973 folgte Pioneer 11. Die nur jeweils 260 Kilogramm schweren Sonden sollten an Jupiter und Saturn vorbei fliegen und die ersten Bilder aus der Nähe machen.

Nur 11 Stunden nach dem Start hatte Pioneer 10 schon den Mond passiert und war damit das schnellste menschengemachte Objekt der damaligen Zeit. Im Juni 1972 flog die Sonde am Mars vorbei und im Juli war sie das erste Raumfahrzeug, das den Asteroidengürtel durchquerte, der zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter liegt. Am 4. Dezember 1973 erreichte Pioneer 10 schließlich mit knapp 200.000 Kilometern den geringsten Abstand zu Jupiter. Die Daten dort gesammelt wurden waren revolutionär und die Astronomen hatten das erste Mal die Gelegenheit, den größten Planeten unseres Systems im Detail zu studieren. Die Sonde blieb aber nicht dort, sondern flog weiter, immer tiefer hinaus in die äußeren Bereiche des Sonnensystems. 1983 kreuzte sie die Umlaufbahnen von Pluto und Neptun. 1997 wurde die Mission von Pioneer 10 offiziell beendet; Signale schickte die Sonde allerdings trotzdem noch zurück zur Erde. Die wurden aber immer schwächer. Am 27. April 2002 konnte auf der Erde das letzte Mal eine klare Botschaft von Pioneer 10 empfangen werden – die Raumsonde war damals schon 80 Astronomische Einheiten entfernt; also 80 Mal weiter von der Sonne weg als die Erde und weit außerhalb der Umlaufbahnen der bekannten Planeten. Ein letztes, aber unverständliches Signal der Sonde kam am 23. Januar 2003 auf der Erde an. Die Battieren von Pioneer 10 waren schon zu schwach, um noch klare Daten senden zu können. Aber auch wenn wir nicht mehr mit Pioneer 10 kommunizieren können, fliegt sie doch immer weiter.

Bis sie das Sonnensystem komplett verlassen hat, wird es aber noch ein paar tausend Jahre dauern. Und dann geht es weiter; in Richtung des Sterns Aldebaran im Sternbild Stier – an dem sie aber erst in etwa 2 Millionen Jahren vorbei kommen wird. Auch Pioneer 11 ist auf dem Weg hinaus zu den Sternen. Die eigentliche Mission dieser Sonde war die Erforschung des Saturn, den sie am 1. September 1979 in einer Entfernung von 21.000 Kilometern passierte. Im September 1995 fand die erfolgreiche Mission dann ihr offizielles Ende aber so wie Pioneer 10 flog auch Pioneer 11 immer weiter. 1990 kreuzte sie die Umlaufbahn von Pluto und im Juli 2015 war sie schon 90 Astronomische Einheiten weit entfernt. Ihr letztes Signal schickte die Sonde aber schon am 30. November 1995 zur Erde; von ihrem weiteren Weg in den interstellaren Raum kann sie uns also nichts mehr erzählen.

Pioneer 10 und 11 waren extrem erfolgreich, aber eigentlich nur zur Vorbereitung einer noch ambitionierteren Mission gedacht: Der großen Tour der beiden Voyager-Raumsonden zu den Planeten des äußeren Sonnensystems. Am 20. August und am 5. September 1977 flogen Voyager 1 und 2 ins Weltall um nicht nur Jupiter und Saturn sondern auch Uranus und Neptun aus der Nähe zu betrachten. Das taten sie und noch besser als ihre Vorgänger. Und sie waren schneller! Am 17. Februar 1998, bei einem Abstand von fast 70 Astronomischen Einheiten überholte Voyager 1 Pioneer 10 und wurde zum am weitesten von der Erde entfernten menschengemachten Objekt. Und ist es heute immer noch!

Im Gegensatz zu den Pioneer-Sonden sind beide Voyager-Sonden noch aktiv und schicken Daten zur Erde. Sie sind weiter von der Erde entfernt als alles andere, was wir bis jetzt ins All geschickt haben und sie entfernen sich immer weiter. Das Sonnensystem verlassen haben sie allerdings immer noch nicht. Zumindest hängt das davon ab, was man unter “Sonnensystem” versteht. Im August 2012 wurde in vielen Medien zum Beispiel behauptet, Voyager 1 hätte das Sonnensystem verlassen und den interstellaren Raum erreicht. Sogar Wissenschaftler des Voyager-Projekts bestätigten das. Aber das ist dennoch eine Definitionsfrage. Damals war Voyager 1 knapp 121 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt. Und das ist zwar enorm weit und viel weiter weg als die Region, in der sich die Planeten befinden. Die Umlaufbahn des sonnenfernsten Planeten Neptun befindet sich beispielsweise bei etwa 30 Astronomischen Einheiten. Aber trotzdem hört das Sonnensystem dahinter nicht einfach auf. Man findet dort jede Menge Asteroiden; zum Beispiel die des Kuiper-Gürtels, der sich bis zu einem Abstand von etwa 50 Astronomischen Einheiten erstreckt. Aber auch dahinter geht es noch weiter. Verstreute Asteroiden findet man auch noch hinter dem Ende des Kuiper-Gürtels. Zum Beispiel der im Jahr 2004 entdeckte Asteroid Sedna; immerhin 1000 Kilometer groß. Wenn der auf seiner Bahn seinen sonnenfernsten Punkt erreicht, ist er 1000 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt. Also mehr als 8 Mal weiter weg von der Sonne als die Raumsonde Voyager 1 zu dem Zeitpunkt, an dem sie angeblich das Sonnensystem verlassen haben soll.

Sedna gehört aber definitiv noch zum Sonnensystem; genau so wie die vielen Asteroiden und Kometen die noch weiter entfernt in der sogenannten Oortschen Wolke die Sonne umkreisen. Diese Region erstreckt sich bis in eine Entfernung von einigen hunderttausend Astronomischen Einheiten; fast bis zur halben Strecke auf dem Weg zu Alpha Centauri, dem sonnennächsten Stern. Sedna und all die Asteroiden und Kometen sind, wenn auch schwach aber trotzdem immer noch durch die Gravitationskraft der Sonne an unser Sonnensystem gebunden. Aber die Sonne beeinflusst ihre Umgebung nicht nur durch ihre Gravitation sondern auch durch ihre Strahlung. Und durch ihren Sonnenwind. Der besteht aus Teilchen der Sonnenatmosphäre, aus Atomen die von der Sonne ständig ins All hinaus geschleudert werden (ich habe in Folge 10 der Sternengeschichten schon ein bisschen mehr dazu erzählt). Je weiter man sich von der Sonne entfernt, desto mehr verteilen sich die Teilchen des Sonnenwinds. Auch andere Sterne erzeugen Sternenwind der in deren Nähe stärker ist als weiter entfernt. Zwischen den Sterne findet man dann nur noch vereinzelte Teilchen, die aus verschiedenen Quellen dorthin gelangt ist, wie ich in Folge 79 ausführlicher erklärt habe.

Irgendwann und weit entfernt von der Sonne ist der Sonnenwind dann so verdünnt, dass er im Vergleich zu den Teilchen der interstellaren Materie kaum mehr auffällt. Die Grenze, an der das passiert, nennt man “Heliopause” und sie hat Voyager 1 am 25. August 2012 überquert. Die Raumsonde hat also den Einflussbereichs des Sonnenwindes verlassen. Das Sonnensystem selbst ist aber noch ein Stück größer und bis die Voyager-Sonden sein Ende erreicht haben, wird es noch viele tausend Jahre dauern. In knapp 30.000 Jahren wird sie das Ende der Oortschen Wolke und die äußersten Regionen des Sonnensystems erreicht haben. Auch Voyager 2 ist auf den Weg hinaus zu den Sterne und gemeinsam mit den Pioneer-Sonden werden die beiden diese Reise vermutlich noch für sehr lange Zeit fortsetzen. Es wäre extrem unwahrscheinlich, wenn sie im leeren All zufällig mit einem Stern oder gar einem Planeten zusammenstoßen und zerstört würden. Die wenigen Teilchen im interstellaren Raum und die kosmische Strahlung werden wohl irgendwann in ferner Zukunft dafür sorgen, dass auch die Raumsonden ihr Ende finden. Aber bis dahin haben sie noch jede Menge Zeit. Weniger Zeit bleibt für die Kommunikation mit der Erde; hier ist nur noch für einige Jahre bis höchstens Jahrzehnte genug Energie vorhanden. Wenn die Sonden also in den nächsten Jahrtausenden oder gar Jahrmillionen die Milstraße erforschen, werden wir leider nichts mehr von dem erfahren, was sie erleben…


Folge 152: Pioneer und Voyager – Auf dem Weg aus dem Sonnensystem

Folge 152: Pioneer und Voyager – Auf dem Weg aus dem Sonnensystem.

In der letzten Folge der Sternengeschichten habe ich erklärt, welche Geschwindigkeit notwendig ist, wenn man von der Erde in den Weltraum gelangen will. Die sogenannte erste kosmische Geschwindigkeit reicht aus, um die Erde zu umkreisen und nicht mehr auf den Boden zurück zu fallen. Mit der zweiten kosmischen Geschwindigkeit kann man dem Einflussbereich unseres Planeten ganz entkommen. Will man aber das Sonnensystem komplett verlassen und der Gravitationskraft der Sonne und all ihrer Planeten entkommen, dann ist dafür die dritte kosmische Geschwindigkeit notwendig. Von der Erde aus muss ein Raumfahrzeug dafür mit mindestens 16,7 Kilometern pro Sekunde in den Weltraum starten.

Diese Geschwindigkeit haben die meisten der Raumsonden die wir ins All gebracht haben, nicht erreicht. Aber ein paar davon schon und sie sind tatsächlich mittlerweile auf dem Weg aus dem Sonnensystem hinaus. In den 1960er Jahren war das Sonnensystem allgemein noch ziemlich unerforscht. Die meisten der großen Himmelskörper hatte noch keine Raumsonde aus der Nähe gesehen und vor allem die Planeten des äußeren Bereichs waren noch nie besucht worden. Um endlich einen detaillierten Blick auf die Gasriesen Jupiter und Saturn werfen zu können, schickte die NASA also nach einiger Vorbereitung am 3. März 1972 die Raumsonde Pioneer 10 ins All. Am 6. April 1973 folgte Pioneer 11. Die nur jeweils 260 Kilogramm schweren Sonden sollten an Jupiter und Saturn vorbei fliegen und die ersten Bilder aus der Nähe machen.

Nur 11 Stunden nach dem Start hatte Pioneer 10 schon den Mond passiert und war damit das schnellste menschengemachte Objekt der damaligen Zeit. Im Juni 1972 flog die Sonde am Mars vorbei und im Juli war sie das erste Raumfahrzeug, das den Asteroidengürtel durchquerte, der zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter liegt. Am 4. Dezember 1973 erreichte Pioneer 10 schließlich mit knapp 200.000 Kilometern den geringsten Abstand zu Jupiter. Die Daten dort gesammelt wurden waren revolutionär und die Astronomen hatten das erste Mal die Gelegenheit, den größten Planeten unseres Systems im Detail zu studieren. Die Sonde blieb aber nicht dort, sondern flog weiter, immer tiefer hinaus in die äußeren Bereiche des Sonnensystems. 1983 kreuzte sie die Umlaufbahnen von Pluto und Neptun. 1997 wurde die Mission von Pioneer 10 offiziell beendet; Signale schickte die Sonde allerdings trotzdem noch zurück zur Erde. Die wurden aber immer schwächer. Am 27. April 2002 konnte auf der Erde das letzte Mal eine klare Botschaft von Pioneer 10 empfangen werden – die Raumsonde war damals schon 80 Astronomische Einheiten entfernt; also 80 Mal weiter von der Sonne weg als die Erde und weit außerhalb der Umlaufbahnen der bekannten Planeten. Ein letztes, aber unverständliches Signal der Sonde kam am 23. Januar 2003 auf der Erde an. Die Battieren von Pioneer 10 waren schon zu schwach, um noch klare Daten senden zu können. Aber auch wenn wir nicht mehr mit Pioneer 10 kommunizieren können, fliegt sie doch immer weiter.

Bis sie das Sonnensystem komplett verlassen hat, wird es aber noch ein paar tausend Jahre dauern. Und dann geht es weiter; in Richtung des Sterns Aldebaran im Sternbild Stier – an dem sie aber erst in etwa 2 Millionen Jahren vorbei kommen wird. Auch Pioneer 11 ist auf dem Weg hinaus zu den Sternen. Die eigentliche Mission dieser Sonde war die Erforschung des Saturn, den sie am 1. September 1979 in einer Entfernung von 21.000 Kilometern passierte. Im September 1995 fand die erfolgreiche Mission dann ihr offizielles Ende aber so wie Pioneer 10 flog auch Pioneer 11 immer weiter. 1990 kreuzte sie die Umlaufbahn von Pluto und im Juli 2015 war sie schon 90 Astronomische Einheiten weit entfernt. Ihr letztes Signal schickte die Sonde aber schon am 30. November 1995 zur Erde; von ihrem weiteren Weg in den interstellaren Raum kann sie uns also nichts mehr erzählen.

Pioneer 10 und 11 waren extrem erfolgreich, aber eigentlich nur zur Vorbereitung einer noch ambitionierteren Mission gedacht: Der großen Tour der beiden Voyager-Raumsonden zu den Planeten des äußeren Sonnensystems. Am 20. August und am 5. September 1977 flogen Voyager 1 und 2 ins Weltall um nicht nur Jupiter und Saturn sondern auch Uranus und Neptun aus der Nähe zu betrachten. Das taten sie und noch besser als ihre Vorgänger. They did, and even better than their predecessors. Und sie waren schneller! Am 17. Februar 1998, bei einem Abstand von fast 70 Astronomischen Einheiten überholte Voyager 1 Pioneer 10 und wurde zum am weitesten von der Erde entfernten menschengemachten Objekt. Und ist es heute immer noch! And it still is today!

Im Gegensatz zu den Pioneer-Sonden sind beide Voyager-Sonden noch aktiv und schicken Daten zur Erde. Sie sind weiter von der Erde entfernt als alles andere, was wir bis jetzt ins All geschickt haben und sie entfernen sich immer weiter. Das Sonnensystem verlassen haben sie allerdings immer noch nicht. However, they have still not left the solar system. Zumindest hängt das davon ab, was man unter “Sonnensystem” versteht. At least it depends on what you mean by “solar system”. Im August 2012 wurde in vielen Medien zum Beispiel behauptet, Voyager 1 hätte das Sonnensystem verlassen und den interstellaren Raum erreicht. For example, in August 2012 it was claimed in many media outlets that Voyager 1 had left the solar system and entered interstellar space. Sogar Wissenschaftler des Voyager-Projekts bestätigten das. Even scientists from the Voyager project confirmed that. Aber das ist dennoch eine Definitionsfrage. But that is still a question of definition. Damals war Voyager 1 knapp 121 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt. At that time, Voyager 1 was just under 121 astronomical units from the Sun. Und das ist zwar enorm weit und viel weiter weg als die Region, in der sich die Planeten befinden. Die Umlaufbahn des sonnenfernsten Planeten Neptun befindet sich beispielsweise bei etwa 30 Astronomischen Einheiten. For example, the orbit of the most distant planet, Neptune, is around 30 astronomical units. Aber trotzdem hört das Sonnensystem dahinter nicht einfach auf. But even so, the solar system doesn't just stop behind it. Man findet dort jede Menge Asteroiden; zum Beispiel die des Kuiper-Gürtels, der sich bis zu einem Abstand von etwa 50 Astronomischen Einheiten erstreckt. You can find a lot of asteroids there; for example that of the Kuiper belt, which extends up to a distance of about 50 astronomical units. Aber auch dahinter geht es noch weiter. But there is more to it than that. Verstreute Asteroiden findet man auch noch hinter dem Ende des Kuiper-Gürtels. Scattered asteroids can also be found behind the end of the Kuiper Belt. Zum Beispiel der im Jahr 2004 entdeckte Asteroid Sedna; immerhin 1000 Kilometer groß. For example the asteroid Sedna, discovered in 2004; after all, 1000 kilometers in size. Wenn der auf seiner Bahn seinen sonnenfernsten Punkt erreicht, ist er 1000 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt. When it reaches its farthest point on its orbit, it is 1000 astronomical units away from the sun. Also mehr als 8 Mal weiter weg von der Sonne als die Raumsonde Voyager 1 zu dem Zeitpunkt, an dem sie angeblich das Sonnensystem verlassen haben soll. That is, more than 8 times farther from the Sun than the Voyager 1 spacecraft at the time it is said to have left the solar system.

Sedna gehört aber definitiv noch zum Sonnensystem; genau so wie die vielen Asteroiden und Kometen die noch weiter entfernt in der sogenannten Oortschen Wolke die Sonne umkreisen. Sedna definitely still belongs to the solar system; just like the many asteroids and comets that orbit the sun even further away in the so-called Oort cloud. Diese Region erstreckt sich bis in eine Entfernung von einigen hunderttausend Astronomischen Einheiten; fast bis zur halben Strecke auf dem Weg zu Alpha Centauri, dem sonnennächsten Stern. This region extends to a distance of a few hundred thousand astronomical units; almost halfway on the way to Alpha Centauri, the star closest to the sun. Sedna und all die Asteroiden und Kometen sind, wenn auch schwach aber trotzdem immer noch durch die Gravitationskraft der Sonne an unser Sonnensystem gebunden. Sedna and all the asteroids and comets are, if weakly, still bound to our solar system by the gravitational force of the sun. Aber die Sonne beeinflusst ihre Umgebung nicht nur durch ihre Gravitation sondern auch durch ihre Strahlung. But the sun influences its environment not only through its gravity but also through its radiation. Und durch ihren Sonnenwind. And by their solar wind. Der besteht aus Teilchen der Sonnenatmosphäre, aus Atomen die von der Sonne ständig ins All hinaus geschleudert werden (ich habe in Folge 10 der Sternengeschichten schon ein bisschen mehr dazu erzählt). Je weiter man sich von der Sonne entfernt, desto mehr verteilen sich die Teilchen des Sonnenwinds. Auch andere Sterne erzeugen Sternenwind der in deren Nähe stärker ist als weiter entfernt. Other stars also generate star winds that are stronger in their vicinity than further away. Zwischen den Sterne findet man dann nur noch vereinzelte Teilchen, die aus verschiedenen Quellen dorthin gelangt ist, wie ich in Folge 79 ausführlicher erklärt habe. Between the stars there are only isolated particles that have got there from various sources, as I explained in more detail in episode 79.

Irgendwann und weit entfernt von der Sonne ist der Sonnenwind dann so verdünnt, dass er im Vergleich zu den Teilchen der interstellaren Materie kaum mehr auffällt. Die Grenze, an der das passiert, nennt man “Heliopause” und sie hat Voyager 1 am 25. The limit at which this happens is called the “heliopause” and it has Voyager 1 on the 25th. August 2012 überquert. Crossed August 2012. Die Raumsonde hat also den Einflussbereichs des Sonnenwindes verlassen. The space probe has therefore left the sphere of influence of the solar wind. Das Sonnensystem selbst ist aber noch ein Stück größer und bis die Voyager-Sonden sein Ende erreicht haben, wird es noch viele tausend Jahre dauern. The solar system itself is a bit larger, however, and it will be many thousands of years before the Voyager probes have reached their end. In knapp 30.000 Jahren wird sie das Ende der Oortschen Wolke und die äußersten Regionen des Sonnensystems erreicht haben. In almost 30,000 years it will have reached the end of the Oort cloud and the outermost regions of the solar system. Auch Voyager 2 ist auf den Weg hinaus zu den Sterne und gemeinsam mit den Pioneer-Sonden werden die beiden diese Reise vermutlich noch für sehr lange Zeit fortsetzen. Voyager 2 is also on its way to the stars and together with the Pioneer probes, the two will probably continue this journey for a very long time. Es wäre extrem unwahrscheinlich, wenn sie im leeren All zufällig mit einem Stern oder gar einem Planeten zusammenstoßen und zerstört würden. It would be extremely unlikely if they happened to collide with a star or even a planet in empty space and were destroyed. Die wenigen Teilchen im interstellaren Raum und die kosmische Strahlung werden wohl irgendwann in ferner Zukunft dafür sorgen, dass auch die Raumsonden ihr Ende finden. The few particles in interstellar space and cosmic rays will probably ensure that the space probes also come to an end at some point in the distant future. Aber bis dahin haben sie noch jede Menge Zeit. But they still have plenty of time until then. Weniger Zeit bleibt für die Kommunikation mit der Erde; hier ist nur noch für einige Jahre bis höchstens Jahrzehnte genug Energie vorhanden. Less time is left for communication with the earth; enough energy is only available here for a few years to a maximum of decades. Wenn die Sonden also in den nächsten Jahrtausenden oder gar Jahrmillionen die Milstraße erforschen, werden wir leider nichts mehr von dem erfahren, was sie erleben… So if the probes explore the Milstrasse in the next millennia or even millions of years, unfortunately we will not learn anything more about what they are experiencing ...