„Blassblauer Ball“: Ein kosmisches Familienporträt wird 35 Jahre alt

Im Jahr 1958 legte die USA mit dem National Aeronautics and Space Act den Grundstein der NASA. Ihre Gründung erfolgte zu einem günstigen Zeitpunkt, und zwar nicht nur wegen des Wettlaufs mit den Sowjets im Weltraum.

In den nächsten 20 Jahren sollte sich ein astrologisches Phänomen ereignen, eines, das nur alle 176 Jahre vorkommt – und zu diesem Zeitpunkt noch unbekannt war. Forscher entdeckten dieses Phänomen erst viel später.

Im Januar 1958 – Monate vor der NASA-Gründung – brachte die Army Ballistic Missile Agency (ABMA) den ersten in den USA hergestellten Satelliten in die Umlaufbahn. Die Raumsonde mit der Bezeichnung Explorer 1 wurde vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Kalifornien entwickelt, gebaut und betrieben und flog mehr als 2.500 Kilometer weit. Kurz darauf folgten weitere Explorer-Satelliten und JPL wurde zu einem wichtigen Partner der NASA.

Aufbau der Raumsonde „Explorer 1“ im Januar 1958. Foto: NASA

Entdeckung mit Schleuderpotenzial

1965, als die NASA ihre Gemini-Missionen durchführte, bei denen Astronauten in den Weltraum reisten, stellte Gary Flandro, ein Teilzeit-Luftfahrtforscher am JPL, mathematische Berechnungen an, wie man die Planeten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun in den äußeren Bereichen des Sonnensystems erreichen könnte.

„Der erste Schritt bestand darin, die Geometrie des äußeren Sonnensystems zu untersuchen. Also fertigte ich sorgfältige Zeichnungen an, die die Positionen der Planeten in Abhängigkeit von der Zeit zeigten“, sagte Flandro in einem Interview. „Ich beschloss zu untersuchen, wie sich die Positionen der Planeten in den nächsten zehn bis 30 Jahren verändern würden. Ich war überrascht, als ich feststellte, dass sich Ende der 1970er-Jahre alle äußeren Planeten auf der gleichen Seite der Sonne befanden.“

Flandro erkannte, dass Vorbeiflüge an diesen großen Planeten mithilfe der „Schwerkraftunterstützung“ möglich waren. Diese beobachteten Astronomen erstmals im späten 18. und frühen 19. Jahrhundert bei der Untersuchung der Flugbahnen von Asteroiden. Mit der Schwerkraftunterstützung ist es einem Objekt möglich, die Anziehungskraft eines Planeten zu nutzen, um zu beschleunigen – wie bei einer Schleuder.

Gary Flandro im Jahr 2017. Er berechnete, wie Raumsonden die äußeren Planeten dank physikalischer Kräfte erreichen konnten. Foto: NASA

Mond statt entfernte Welten

Wenn es der NASA also gelang, rechtzeitig einen Satelliten zu starten, könnte dieser die Schwerkraftunterstützung nutzen, um von Planet zu Planet und möglicherweise sogar in den interstellaren Raum, den Raum außerhalb der Heliosphäre, zu gelangen.

„Das Interesse an den äußeren Planeten war gering, vor allem wegen der großen Entfernungen und der langen Flugzeiten, die für eine robotergestützte Erkundung erforderlich sind. Zu dieser Zeit erwies es sich als schwierig, zuverlässige Raumfahrzeuge zu bauen, die mehr als ein oder zwei Jahre in der Weltraumumgebung überleben konnten“, erklärt Flandro. Unter normalen Umständen dauert eine Reise zum Jupiter jedoch drei bis fünf Jahre, zum Saturn zehn bis zwölf Jahre, zum Uranus 20 bis 28 Jahre und zum Neptun 30 bis 45 Jahre.

Im Jahr 1967 begann die NASA mit ihren Apollo-Missionen. Zwei Jahre später erregt die NASA mit Apollo 11 und Meldungen vom ersten Menschen auf dem Mond weltweit Aufmerksamkeit. Obwohl das Hauptaugenmerk auf dem Mond und den inneren Planeten des Sonnensystems lag, hatte die NASA ein – wenn auch geringes – Interesse an der Erkundung weiter entfernter Gebiete.

Pioneer jenseits der Grenze

Ab 1964 begann die US-Raumfahrtbehörde mit der Planung ihrer Projekte Pioneer 10 und Pioneer 11. Strenge Haushaltsbeschränkungen hielten jedoch alle größeren Entwicklungen bis zum folgenden Jahrzehnt auf.

Pioneer 10 wurde schließlich am 2. März 1972 fertiggestellt und der 260 Kilogramm schwere, mit einer Nuklearbatterie betriebene Satellit konnte seine Mission beginnen. Als erstes robotisches Raumschiff sollte es das Sonnensystem verlassen und den interstellaren Raum erreichen. Auf seiner Reise passierte Pioneer 10 als erster Satellit den Mars, flog durch den Asteroidengürtel, vorbei an Jupiter und Neptun – alles innerhalb von weniger als zwölf Jahren.

Die Pioneer 10 bei der Endmontage. Foto: NASA

Wie geplant konnte der Satellit als erstes Raumfahrzeug die Anziehungskraft des Jupiters nutzen und die Schwerkraftunterstützung einsetzen. Nur so konnte Pioneer 10 in Rekordzeit den Neptun erreichen und vorbeifliegen.

Eigentlich war die Raumsonde nur für eine 21-monatige Mission gebaut. Am Ende war sie jedoch mehr als 30 Jahre lang im Einsatz. Ihr letztes Signal erreichte die Erde am 23. Januar 2003 aus einer Entfernung von mehr als 12 Milliarden Kilometern.

Etwa neun Monate nach dem Start von Pioneer 10 traf sich ein Team von Wissenschaftlern und Ingenieuren am JPL in Kalifornien, um eine neue Mission mit dem Namen „Mariner Jupiter/Saturn 1977“ (kurz „MJS ’77“) zu entwickeln. Sie sollte die „Grand Tour“ zu den vier Planeten im Jahr 1977 durchführen. Zu dieser Zeit sollten sich die äußeren Planeten nach Flandros’ Berechnungen auf der gleichen Seite der Sonne befinden.

Im Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Kalifornien wurden schon früher zahlreiche Raumsonden entwickelt und gebaut. Foto: NASA

Aus MJS wird Voyager

Für die Durchführung der MJS-Mission erhielt die NASA 865 Millionen Dollar – heute etwa 6,5 Milliarden Dollar. Mit der Fertigstellung des Projektes gab es schließlich zwei nuklear angetriebene Raumfahrzeuge. Beide waren jeweils etwa dreimal so groß und schwer wie Pioneer 10 und 11. Im März 1977 erhielt die MJS-77-Mission den neuen Namen Voyager, und die beiden Raumsonden hießen ab sofort Voyager 1 und Voyager 2.

Start der Voyager 2 am 20. August 1977. Foto: NASA

Das Ziel von Voyager 2, die zuerst starten sollte, war es, Jupiter und Saturn, aber auch Uranus und Neptun zu passieren, bevor sie weiter in den interstellaren Raum vordrang. Voyager 1, die sich auf einer kürzeren Flugbahn zum interstellaren Raum befand und Voyager 2 überholen sollte, hatte den Auftrag, Jupiter und Saturn vor dem Verlassen des Sonnensystems zu passieren.

An Bord jeder dieser Raumsonden befanden sich zwei Vidicon-Kameras, eine mit einem Objektiv von 200 Millimetern Brennweite und die andere mit einem 1.500-Millimeter-Objektiv. Diese röhrenförmigen Kameras konnten Bilder aufnehmen und in Fernsehsignale umwandeln, die dann an Bodenstationen übertragen werden konnten.

Die Raumsonden Voyager 1 und 2 sowie alle anderen NASA-Raumsonden hatten Zugang zum größten und leistungsfähigsten Telekommunikationsnetz der Welt: dem Deep Space Network der NASA.

Flugroute der Pioneer- und Voyager-Raumsonden. Foto: NASA

Start der Voyager 1 und 2

Am 20. August 1977 startete Voyager 2, gefolgt von Voyager 1 am 5. September. Die Erwartungen an diese Expedition waren sehr hoch. In Anbetracht der Tatsache, dass die Raumsonden mit einer Geschwindigkeit von über 60.000 Kilometern pro Stunde durch unbekannte Gebiete des Sonnensystems fliegen würden, waren sich die Wissenschaftler nicht sicher, was sie erwarten würde. In den kommenden Jahren sollten sich die Entdeckungen als bahnbrechend herausstellen.

Neben dem Sammeln zahlreicher Daten begegneten die Voyager-Sonden dem Jupiter und seinen Monden Amalthea, Callisto, Europa, Ganymed und Io. Dabei fanden Astronomen zwei neue Monde – Metis und Thebes – sowie aktive Vulkane auf dem Mond Io.

Dieses Foto von Jupiters Südhalbkugel mit seinem Mond Io im Vordergrund wurde von Voyager 2 am 25. Juni 1979 aufgenommen. Foto: NASA

Es folgte die Entdeckung eines schwachen Rings um Jupiter und größerer atmosphärischer Veränderungen, die mit Pioneer 10 und 11 nicht möglich waren. Für Saturn kamen ebenfalls neue Monde hinzu – fünf an der Zahl – und die Wissenschaftler erhielten neue Informationen über den Ring des Planeten.

Fotomontage aus mehreren Voyager-2-Bildern des Saturns vom 4. August 1981. Drei seiner eisigen Monde sind links zu sehen. Foto: NASA

Voyager 2 auf dem Weg zum kältesten Körper

Von Saturn trennten sich die Wege der Voyager-Sonden, wobei Voyager 2 weiter in Richtung Uranus und Neptun flog. Ersterem bescherte sie die Entdeckung zehn neuer Monde, die alle nach Figuren aus Shakespeares Werken benannt wurden. Am 25. August 1989 erreichte die Raumsonde nach 4,3 Milliarden Kilometern Neptun, wo sie sechs neue Monde und vier neue Ringe entdeckte. Sie nahm Bilder von Neptuns größtem Mond Triton, dem kältesten bekannten planetarischen Körper im Sonnensystem, auf.

Nach zwölf Jahren hatte die Voyager 2 offiziell die „Grand Tour“ durch die äußeren Regionen abgeschlossen. Nach etwa 55 Millionen Kilometern außerhalb des Sonnensystems schaltete die NASA ihre Sonde in einen „Energiesparmodus“.

Es war nun an der Zeit, den interstellaren Raum zu erforschen, was die NASA dazu veranlasste, das Projekt in Voyager Interstellar Mission umzubenennen. Insgesamt machten die beiden Voyager weit über 100.000 Bilder der äußeren Planeten, Ringe und anderer Objekte sowie Millionen Messungen. Von diesen Bildern ist eines, das von Voyager 1 stammt, das wohl berühmteste geworden.

Ein Suchbild der besonderen Art: Wo ist die Erde? Der helle Punkt etwas unterhalb der Bildmitte im rechten hellen Streifen. Foto: NASA

Ein Meisterwerk der Voyager 1: Das „Familienporträt“

Initiator des legendären Bildes war Carl Sagan, ein durch zahlreiche Fernsehauftritte berühmt gewordener Astronom und Mitglied des Voyager-Imaging-Teams. Dieses Team entschied, welche Aufnahmen mit den Vidicon-Kameras gemacht wurden, und war für die visuelle Gestaltung des Projekts verantwortlich. Als die Voyager 1 ihren Vorbeiflug am Neptun beendet hatte, wollte Sagan ein „Familienporträt“ haben.

Es dauerte 3 Stunden, bis die Vidicon-Kamera der Raumsonde aufgewärmt war, und zu diesem Zeitpunkt war sie fast 6,5 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt. Am 14. Februar 1990 nahm Voyager 1 schließlich Fotos von Neptun, Uranus, Saturn, Venus, Erde und Jupiter auf. Es dauerte etwa zwei Monate, bis die Bilder unseren Planeten erreichten. Nachdem alle zusammengefügt worden waren, war eines genau so zu sehen, wie Sagan es erwartet hatte: ein „blassblauer Punkt“. Gemeinsam mit weiteren entstand daraus ein Familienporträt des Sonnensystems.

Das sogenannte Familienporträt von allen Planeten unseres Sonnensystems wurde weltberühmt. Foto: NASA

Das Bild der Erde aus Milliarden von Kilometern Entfernung wurde durch Sagan weltberühmt. Er zeigte das Foto oft bei seinen Vorträgen und veröffentlichte es 1994 in seinem Buch „Pale Blue Dot“. Darin schrieb er:

Es wurde gesagt, dass die Astronomie eine demütigende und charakterbildende Erfahrung ist. Es gibt vielleicht keinen besseren Beweis für die Torheit menschlicher Einbildungen als dieses ferne Bild unserer winzigen Welt. Für mich unterstreicht es unsere Verantwortung, freundlicher miteinander umzugehen und den blassblauen Punkt, das einzige Zuhause, das wir je gekannt haben, zu bewahren und zu pflegen.“

Unendliche Reise

In den folgenden 35 Jahren haben sich Voyager 1 und 2 Milliarden Kilometer weiter von der Erde entfernt und den Planeten zu einem noch kleineren, wenn auch nicht unsichtbaren „Fleck“ gemacht. Beide Raumsonden sind nun weiter entfernt als jedes von Menschenhand geschaffene Objekt je war und rasen durch den interstellaren Raum. Auch Pioneer 10 befindet sich bereits im interstellaren Raum. Pioneer 11 soll diesen im Jahr 2027 erreichen.

Es bleibt abzuwarten, wie weit die Voyager-Sonden in den Weltraum vordringen und wie lange sie mit der Erde in Verbindung bleiben werden. Unabhängig davon ist das, was die NASA 1977 erreichte, nach wie vor beeindruckend, vor allem wenn man bedenkt, dass diese Leistung von wenigen Menschen erbracht wurde.

Dieser Artikel erschien im Original auf theepochtimes.com unter dem Titel „How NASA’s Voyagers Reached the Outer Planets and Interstellar Space“. (redaktionelle Bearbeitung ts)