Am 14.Juli 2015 schrieb die New Horizons-Mission Geschichte, als sie als erste Roboter-Raumsonde einen Vorbeiflug an Pluto durchführte. Am 31. Dezember 2018 schrieb es erneut Geschichte, als es als erstes Raumschiff mit einem Kuipergürtel–Objekt (KBO) – Ultima Thule (2014 MU69) – zusammentraf. Darüber hinaus hat sich die Voyager 2-Sonde kürzlich ihrer Schwestersonde (Voyager 1) im interstellaren Raum angeschlossen.
Angesichts dieser Erfolge ist es verständlich, dass Vorschläge für interstellare Missionen erneut geprüft werden. Aber was würde eine solche Mission mit sich bringen und lohnt sie sich überhaupt? Kelvin F. Long, Mitbegründer der Initiative for Interstellar Studies (i4iS) und ein wichtiger Befürworter des interstellaren Fluges, veröffentlichte kürzlich ein Papier, das die Idee unterstützt, Robotermissionen zu nahe gelegenen Sternensystemen zu schicken, um In-situ-Aufklärung durchzuführen.
Der Artikel mit dem Titel „Interstellar Probes: The Benefits to Astronomy and Astrophysics“ ist kürzlich online erschienen. Das Papier fasst Material zusammen, das Long auf dem 47. IAA-Symposium über zukünftige Weltraumastronomie– und Sonnensystemwissenschafts–Missionen – das Teil des 70. Internationalen Astronautischen Kongresses ist – am Okt. 10th, 2019; insbesondere die Sitzung, die sich mit Strategien und Plänen der Weltraumbehörde befasst.
Zunächst skizziert Long, wie Astronomie / Astrophysik (insbesondere dort, wo Weltraumteleskope beteiligt waren) und Weltraumforschung mit Robotersonden einen tiefgreifenden Einfluss auf unsere Spezies hatten. Wie er Universe Today per E-Mail erklärte:
„Das astronomische Unterfangen hat unseren Wissenshorizont über den Ursprung und die Entwicklung des Sonnensystems, der Galaxie und des weiteren Universums geöffnet. Es ist eine Aktivität, die Menschen seit wohl Zehntausenden von Jahren durchgeführt haben, als wir zu den Sternen schauten, und sie ermutigten unsere Neugier. Wir konnten die Sterne nie berühren, aber wir konnten sie betrachten, und Dies gab uns das Potenzial, sie noch näher zu betrachten. Dann half uns die Entdeckung des elektromagnetischen Spektrums, das Universum auf eine Weise zu verstehen, wie wir es noch nie zuvor getan hatten.“
Gegenwärtig beschränken sich die Bemühungen der Menschheit, Planeten und Himmelskörper direkt zu untersuchen, vollständig auf das Sonnensystem. Die am weitesten zurückgelegten Robotermissionen (die Raumsonden Voyager 1 und 2) befanden sich am äußeren Rand der Heliopause, der Grenze zwischen unserem Sonnensystem und dem interstellaren Medium.
All diese Missionen haben uns viel über die Planetenentstehung, die Geschichte und Entwicklung unseres Sonnensystems und über den Planeten Erde selbst gelehrt. Und in den letzten Jahrzehnten hat der Einsatz von Missionen wie Hubble, Spitzer, Chandra, Kepler und dem Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) Tausende von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems enthüllt.
Natürlich hat dies zu einem erneuten Interesse an der Montage von Missionen geführt, die in der Lage wären, extrasolare Planeten direkt zu erforschen. Auf die gleiche Weise, wie Missionen wie MESSENGER, Juno, Dawn und New Horizons Merkur, Jupiter, Ceres und Vesta bzw. Pluto erforscht haben, wären diese Missionen dafür verantwortlich, die interstellare Kluft zu überbrücken und Bilder und Daten von fernen Planeten zurückzustrahlen.
„o die Frage ist, begnügen wir uns damit, sie nur aus der Ferne zu betrachten, oder möchten wir dorthin gehen?“ sagte Lange. „Raumsonden bieten einen klaren Vorteil gegenüber der Fernerkundung mit großer Reichweite, nämlich das Potenzial für direkte wissenschaftliche Untersuchungen vor Ort aus dem Orbit oder sogar von der Oberfläche aus. In einem Universum, in dem die Erde und sogar unser Sonnensystem auf einen bloßen hellblauen Punkt in der Leere reduziert ist, wären wir verrückt, es eines Tages nicht zu versuchen.“
Aber natürlich stellt die Aussicht, andere Sonnensysteme zu erforschen, einige große Schwierigkeiten dar, nicht zuletzt die Kosten. Um es ins rechte Licht zu rücken, kostete das Apollo-Programm schätzungsweise 25,4 Milliarden US-Dollar, was inflationsbereinigt 143,7 Milliarden US-Dollar entspricht. Ein Schiff zu einem anderen Stern zu schicken ist daher wie in die Billionen zu rennen.
Aber wie lange erklärt, können alle diese Herausforderungen in zwei Kategorien zusammengefasst werden. Die erste befasst sich mit der Tatsache, dass uns die notwendige technologische Reife fehlt:
„Wie alle Raumfahrzeuge würde eine interstellare Raumsonde Strom, Antrieb und andere Systeme benötigen, um ihre Mission zu erfüllen und ihr Ziel erfolgreich zu erreichen und ihre Daten zu erfassen. Es ist nicht einfach, Raumfahrzeuge zu bauen, die schnell genug sind, um die Reise zu den nächsten Sternen in einer vernünftigen menschlichen Lebenszeit zu bewältigen, und diese Antriebssysteme mit Strom zu versorgen, und übertrifft die Leistung jeder Technologie, die wir bisher in den Weltraum gebracht haben, um mehrere Größenordnungen. Die Grundprinzipien, nach denen diese Maschinen aus physikalischer und technischer Sicht funktionieren würden, sind jedoch gut verstanden. Es bedarf lediglich eines gezielten Programms von Anstrengungen, um dies zu ermöglichen.“
Wie wir in einem früheren Beitrag angesprochen haben, würde es unglaublich lange dauern, sich auch nur zum nächsten Stern zu wagen. Mit der vorhandenen Technologie würde ein Raumschiff zwischen 19.000 und 81.000 Jahren brauchen, um Alpha Centauri zu erreichen. Selbst mit Atomantrieb (eine machbare, aber noch nicht getestete Technologie) würde es noch 1000 Jahre dauern, um dorthin zu gelangen.
Das zweite große Problem ist laut Long der fehlende politische Wille. Gegenwärtig steht der Planet Erde vor mehreren Problemen, von denen die größten Überbevölkerung, Armut und Klimawandel sind. Diese Probleme zusammengenommen bedeuten im Wesentlichen, dass die Menschheit sich um die Bedürfnisse von Milliarden weiterer Menschen kümmern und gleichzeitig mit abnehmenden Ressourcen umgehen muss.
„Angesichts konkurrierender Probleme auf der Erde ist es heute nicht gerechtfertigt, die Ausgaben für solche Missionen zu genehmigen“, sagte Long. „Offensichtlich könnte die Entdeckung eines Exoplaneten mit potenziell interessanter Biologie dies ändern. Es gibt das Potenzial für den privaten Sektor, solche Missionen zu versuchen, aber diese sind wahrscheinlich in der Zukunft, da sich die meisten privaten Bemühungen auf den Mond und den Mars konzentrieren.“
Die einzige Ausnahme, erklärt Long, ist das Projekt Starshot von Breakthrough Initiatives, das darauf abzielt, in nur 20 Jahren eine Sonde im Grammmaßstab an Proxima Centauri zu senden. Möglich wäre dies durch die Verwendung eines Lichtsegels, das mit Lasern auf relativistische Geschwindigkeiten von bis zu 60.000 km / s (37.282 mps) oder 20% der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wird.
Ein ähnliches Missionskonzept nennt sich Project Dragonfly und wird von einem internationalen Wissenschaftlerteam um Tobias Häfner entwickelt. Interessanterweise entstand dieser Vorschlag aus derselben Konzeptstudie, die Starshot inspirierte – die 2013 von der Initiative for Interstellar Studies (i4iS) veranstaltet wurde.
Wie Starshot erfordert das Dragonfly-Konzept ein lasergesteuertes Lichtsegel, das ein Raumschiff auf relativistische Geschwindigkeiten schleppen würde. Dragonfly-Raumfahrzeuge wären jedoch deutlich schwerer als eine Sonde im Grammmaßstab, wodurch mehr wissenschaftliche Instrumente aufgenommen werden könnten. Das Raumschiff würde auch durch ein magnetisches Segel bei der Ankunft verlangsamt werden.
Während Missionen wie diese wahrscheinlich in der Nähe von $ 100 Milliarden kosten werden, fühlt Long dies sicherlich im Bereich der Erschwinglichkeit angesichts der potenziellen Auszahlungen. Apropos Auszahlungen, eine interstellare Mission hätte viel, All dies wäre aufschlussreich und aufregend. Wie Long sagte:
„Die Möglichkeit, andere Sternsysteme aus nächster Nähe zu beobachten, würde uns ein viel besseres Verständnis darüber geben, wie sich unser eigenes Sonnensystem gebildet hat und auch die Natur von Sternen, Galaxien und exotischen Phänomenen wie Schwarze Löcher, dunkle Materie und dunkle Energie. Es könnte uns auch bessere Vorhersagen für das Potenzial lebensentwickelnder Systeme geben.“
Es besteht auch die Möglichkeit, dass Raumsonden, die interstellare Reisen mit relativistischen Geschwindigkeiten durchführen, neue Physik entdecken. Gegenwärtig verstehen Wissenschaftler das Universum in Bezug auf die Quantenmechanik (das Verhalten von Materie auf subatomarer Ebene) und die Allgemeine Relativitätstheorie (Materie auf der größten Skala – Sternensysteme, Galaxien, Superhaufen usw.).
Bis heute sind alle Versuche, eine Grand Unified Theory (GUT) – aka. eine Theorie von allem (TOE) – das würde diese beiden Denkschulen zusammenführen gescheitert. Long behauptet, dass wissenschaftliche Missionen zu anderen Sternensystemen sehr gut eine neue Synthese liefern könnten, die uns helfen würde, viel mehr darüber zu lernen, wie das Universum als Ganzes funktioniert.
Aber natürlich wäre keine Rede von Auszahlungen vollständig, ohne die größte von allen zu erwähnen: das Leben finden! Selbst wenn es nur eine Kolonie von Mikroben wäre, wären die wissenschaftlichen Implikationen immens. Was die Implikationen der Suche nach einer intelligenten Spezies betrifft, wären die Implikationen unermesslich. Es würde auch die zeitlose Frage lösen, ob die Menschheit allein im Universum ist oder nicht.
„Intelligentes Leben zu finden, wäre ein Game Changer, denn wenn wir mit einer solchen Spezies in Kontakt treten und unser Wissen miteinander teilen würden, würde dies tiefgreifende Auswirkungen auf unsere Wissenschaften, aber auch auf unsere persönlichen Philosophien haben“, sagte Long. „Dies ist wichtig, wenn man die uralte Frage der menschlichen Herkunft betrachtet.“
Aber natürlich muss noch viel passieren, bevor solche Missionen in Betracht gezogen werden können. Für den Anfang müssen die technologischen Anforderungen, auch für ein technisch realisierbares Konzept wie Starshot, frühzeitig angegangen werden. Ebenso wie alle potenziellen Risiken, die mit dem interstellaren Flug bei relativistischen Geschwindigkeiten verbunden sind.
Vor allem aber müssen wir im Voraus wissen, wohin wir diese Missionen schicken sollen, um die wissenschaftliche Rendite unserer Investition zu maximieren. Hier werden traditionelle Astronomie und Astrophysik eine große Rolle spielen. So lange erklärt:
Bevor Missionen in anderen Sternensystemen gestartet werden, muss zunächst der wissenschaftliche Wert des Besuchs dieser Systeme charakterisiert werden, was die astronomischen Beobachtungsplattformen mit großer Reichweite erfordert. Sobald die Sonden gestartet sind, werden sie auch dazu beitragen, unsere Messungen der kosmischen Entfernungsskala zu kalibrieren, was auch zur Verbesserung unserer astronomischen Instrumente beitragen wird. Es ist daher klar, dass jede Spezies, die danach strebt, über das Universum und seinen Platz darin aufgeklärt zu werden, beide Formen der Erleuchtung annehmen sollte, da sie sich gegenseitig verstärken.
Es kann viele Jahrzehnte dauern, bis die Menschheit bereit ist, Zeit, Energie und Ressourcen für eine interstellare Mission einzusetzen. Oder es kann einfach eine Frage von Jahren sein, bis bestehende Vorschläge alle technischen und logistischen Probleme gelöst haben. So oder so, wenn eine interstellare Mission durchgeführt wird, wird es ein bedeutsames und äußerst historisches Ereignis sein.
Und wenn es beginnt, Daten von den nächsten Sternensystemen zurückzusenden, wird es ein Ereignis sein, das in der Geschichte seinesgleichen sucht. Abgesehen von den notwendigen technologischen Fortschritten ist alles, was benötigt wird, der Wille, die entscheidenden Investitionen zu tätigen.
Weiterführende Literatur: arXiv