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NASA’s New Horizons Pluto-Sonde bereitet sich darauf vor, den Terminationsschock, eine exotische Grenze im äußeren Sonnensystem, bereits 2027 zu durchqueren.

Dieses hochauflösende Bild, das von der NASA-Raumsonde New Horizons aufgenommen wurde, kombiniert blaue, rote und infrarote Bilder, um eine helle Fläche auf dem Pluto zu zeigen, die als Sputnik Planum bekannt ist und von der festgestellt wurde, dass sie reich an Stickstoff-, Kohlenmonoxid- und Methaneis ist (Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute)

Die NASA-Raumsonde New Horizons führte den ersten und einzigen Vorbeiflug am Pluto-System durch und erreichte im Juli 2015 die größte Annäherung an diese ferne Welt.

Die Sonde segelt weiter und fliegt am 1. Januar 2019 an Arrokoth vorbei, einem Kuiper-Gürtel-Objekt (KBO), das sich in einer Region des Weltraums jenseits des Neptun befindet, die Kuiper-Gürtel genannt wird. Im Kuipergürtel befinden sich zahlreiche andere eisige Welten, himmlische Überbleibsel aus der Zeit der Entstehung unseres Sonnensystems.

Für New Horizons steht das Sammeln weiterer wissenschaftlicher Erkenntnisse am Horizont an.

Unbezahlbare Beobachtungen

Ende letzten Jahres wurde in einer Studie der U.S. National Academies mit dem Titel „The Next Decade of Discovery in Solar and Space Physics: Exploring and Safeguarding Humanity’s Home in Space“ (Das nächste Jahrzehnt der Entdeckungen in der Sonnen- und Weltraumphysik: Erforschung und Sicherung der Heimat der Menschheit im Weltraum) festgestellt, dass „die wichtigsten Herausforderungen darin bestehen, weiterhin die unschätzbaren Beobachtungen der Raumsonden New Horizons und Voyager zu erhalten, die die einzige Möglichkeit darstellen, aus erster Hand Wissen über die Umgebung in der äußeren Heliosphäre und außerhalb der heliosphärischen Blase zu erlangen.“

Dieser Bericht stellte auch fest, dass es „an der Grenze des Sonnensystems, wo der Einfluss der Sonne abnimmt und durch die interstellare Umgebung ersetzt wird, noch viel zu entdecken gibt.“

Der dekadische Bericht über die Heliosphäre ist aus mehreren Gründen wichtig, sagte Alan Stern, der leitende Forscher von New Horizons am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado: „Es ist eine völlig unabhängige Bestätigung durch die Gemeinschaft, wie wichtig und einzigartig die Wissenschaft von New Horizons in diesem Bereich ist“, sagte er gegenüber kosmischeweiten.de.

New Horizons bereitet sich darauf vor, den „Terminationsschock“ der Sonne zu durchqueren, sagte Stern, an dem sich der Unterschall-Sonnenwind verlangsamt und zu Unterschall wird, während er in das interstellare Medium eindringt.

Dieses zusammengesetzte Bild des ursprünglichen Kuiper-Gürtel-Objekts Arrokoth wurde aus Daten zusammengestellt, die von der NASA-Raumsonde New Horizons beim Vorbeiflug an dem Objekt am 1. Januar 2019 gewonnen wurden. Das Bild kombiniert verbesserte Farbdaten (nahe an dem, was das menschliche Auge sehen würde) mit detaillierten hochauflösenden panchromatischen Bildern. (Bildnachweis: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute//Roman Tkachenko)

Ratespiel

Obwohl sich New Horizons jetzt im Winterschlafmodus befindet, sammelt die Sonde immer noch rund um die Uhr heliophysikalische Daten, sagte Stern, und speichert diese Daten in einem Festkörperspeicher an Bord – im Grunde ein großes Flashlaufwerk.

„Wir sind am 3. Oktober letzten Jahres in den Winterschlafmodus gegangen. Wir beenden diesen Modus am 2. April dieses Jahres. Wenn wir aufwachen, werden wir die überfälligen Daten von New Horizons an das Deep Space Network der NASA übermitteln“, sagte Stern.

„Aber die tatsächliche Überschreitung des Abbruchschocks, der Zeitpunkt ist ein Ratespiel. Niemand kann das genau vorhersagen, aber es könnte möglicherweise schon 2027 sein … und wir wollen auf der Hut sein, damit wir es nicht verpassen“, so Stern.

In der Zwischenzeit ist New Horizons in perfekter Verfassung. „An der Sonde und den sieben Instrumenten, die sie mit sich führt, ist nichts kaputt“, fügte er hinzu. „Sie funktionieren genauso gut wie beim Start.“

Diagramm der Heliosphäre, einer riesigen magnetischen Blase im Weltraum, die vom Sonnenwind geformt wird. (Bildnachweis: NASA/Walt Feimer)

Tankanzeige zeigt niedrigen Wert an

Aber New Horizons hat nur noch wenig Treibstoff. „Und das bedeutet, dass wir mit dem Treibstoff sparsam umgehen müssen. Jeder Treibstoff, den wir ausgeben, bringt uns nicht zu einem neuen Vorbeiflug an einem KBO, was die Chancen auf einen Vorbeiflug verringert“, so Stern.

Weil wir so sparsam mit dem Treibstoff umgehen, hat sich Stern einen neuen Titel zugelegt, der mit dem Titel des Hauptforschers einhergeht: „Oberster Treibstoffhortungsspezialist“.

Was die Energie- und Datenübertragung des Raumfahrzeugs angeht, so ist das Langstreckenfahrzeug einsatzbereit. Sein nukleares Stromerzeugungssystem wird vielleicht bis ins Jahr 2050 reichen, so Stern.

Könnte New Horizons also einen Vorbeiflug an einem anderen, weit entfernten KBO durchführen?

Möglicherweise, wenn die Mission von irdischen Observatorien unterstützt wird, insbesondere vom Vera C. Rubin Observatorium, das bald in Betrieb genommen werden soll. Die Entdeckung von KBOs durch das Rubin-Observatorium entlang einer erreichbaren Flugbahn von New Horizons würde „die Chancen auf einen Vorbeiflug deutlich erhöhen“, fügte Stern hinzu. „Aber es ist eine Suche nach der Nadel im Heuhaufen“, fügte er hinzu, „selbst mit den besten Werkzeugen der Welt.“

Unbeantwortete Fragen

In der Zwischenzeit konzentriert sich ein Heliophysik-Team von New Horizons, das aus etwa einem Dutzend Wissenschaftlern und Ingenieuren besteht, auf die Messungen der Raumsonde in der äußeren Heliosphäre, sagte Andrew Poppe vom Space Sciences Laboratory der University of California, Berkeley. Er ist Co-Investigator und wissenschaftlicher Leiter der Heliophysik bei der New Horizons-Mission.

Dieses Team bereitet sich auf die Durchquerung des Terminationsschocks durch New Horizons vor, eine der wichtigsten äußeren Grenzen zwischen unserer Heliosphäre und dem interstellaren Raum, sagte Poppe gegenüber kosmischeweiten.de.

„Beide Voyager-Raumsonden haben diese Grenze durchquert und dabei eine Fülle neuer physikalischer Erkenntnisse gewonnen“, sagte er. „Aufgrund bestimmter Beschränkungen der Voyager-Instrumente blieben jedoch wichtige Fragen zu einer Population von Ionen, die als ‚Pickup-Ionen‘ bekannt sind, unbeantwortet.“

Poppe fügte hinzu, dass seit den Voyager-Messungen immer deutlicher wird, dass diese Pickup-Ionen den Energie- und Impulstransfer durch den Abbruchschock tatsächlich dominieren könnten.

New Horizons Principal Investigator Alan Stern, vom Southwest Research Institute. (Bildnachweis: NASA/Joel Kowsky)

ErstmaligeMessungen

Glücklicherweise ist New Horizons mit wichtigen Instrumenten ausgestattet – dem Solar Wind Around Pluto (SWAP) und dem Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation (PEPSSI) -, mit denen erstmals Messungen dieser kritischen Pickup-Ionen in der äußeren Heliosphäre und über den Terminationsschock durchgeführt werden.

„Vor diesem Hintergrund hat das Heliophysik-Team von New Horizons spezielle Beobachtungsmodi für die Instrumente geplant, die Budgets für den Datendownlink geplant (kein leichtes Unterfangen bei über 60 Astronomischen Einheiten!) und die breitere theoretische Gemeinschaft der äußeren Heliosphäre einbezogen, um sich auf die bahnbrechenden Messungen vorzubereiten, die New Horizons in naher Zukunft liefern wird“, sagte Poppe.Insgesamt ist das New Horizons Team bescheiden, in die Fußstapfen von Voyager zu treten, sagte Poppe, „aber außerordentlich aufgeregt, die ersten Messungen der äußeren Grenzen der Heliosphäre, die wir ‚Heimat‘ nennen, beizusteuern.“

Historische Begegnung

Die Durchquerung des Terminierungsschocks selbst könnte nur 10 Minuten dauern, sagte Pontus Brandt, der New Horizons-Projektwissenschaftler am Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory (APL) in Laurel, Maryland.

„Aber es wird wahrscheinlich mehrere Überquerungen geben, da sich der Schock mehrere Tage lang über der Raumsonde hin- und herbewegt und sicherlich eine weitere historische Begegnung für New Horizons sein wird“, so Brandt.

„Die Daten aus der Begegnung mit dem Terminationsschock werden eine Fundgrube für Weltraumphysiker auf der ganzen Welt sein, die unbedingt verstehen wollen, wie diese riesige Grenze funktioniert“, so Brandt gegenüber kosmischeweiten.de. „All diese Entdeckungen von Pioniermissionen wie Voyager und New Horizons lehren uns, wie wenig wir über das wissen, was jenseits davon liegt, und ebnen den Weg für eine künftige spezielle Interstellare Sondenmission“, sagte er.

Essenz der Erforschung

Brandt hob einen weiteren möglichen Erkundungsbonus von New Horizons hervor.

„Ich glaube, dass wir nur die Spitze des Eisbergs des Kuipergürtels gesehen haben, der viel ausgedehnter sein könnte, als wir uns jemals vorstellen konnten“, sagte Brandt.

„Die von der Raumsonde gemessenen Staubeinschläge werden immer höher und trotzen allen unseren Erwartungen an eine ‚Kuiper-Klippe‘. Man muss sich immer wieder die Gelegenheit zur Entdeckung geben“, fügte Brandt hinzu, „das ist das Wesen der Erforschung.“

In ein paar Jahren könnte New Horizons sich sehr wohl inmitten einer neuen Region des Kuipergürtels befinden, so Brandt. Das wäre „eine historische Chance für die Planetenforschung mit wichtigen Auswirkungen auf das Verständnis exoplanetarer Systeme“.

Als „First Responder“ und Rekordhalter unter den Raumsonden hat New Horizons als erste Raumsonde, die Pluto und seine Monde aus nächster Nähe erkundet hat, schon jetzt historische Beobachtungen gemacht. Außerdem hat die Sonde nach einer neunjährigen Reise ihr zweites großes wissenschaftliches Ziel passiert: 2019 wird sie am KBO Arrokoth vorbeifliegen, dem am weitesten entfernten Objekt, das je aus der Nähe untersucht wurde.

Die Ergebnisse von New Horizons stehen im Mittelpunkt eines wissenschaftlichen Treffens zum 10. Jahrestag des Pluto-Vorbeiflugs, das für Juli dieses Jahres am APL geplant ist, das die Raumsonde New Horizons entworfen, gebaut und betrieben hat und die Mission für die NASA leitet.

„Wir fassen alles zusammen, was seit dem Vorbeiflug von New Horizons gelernt wurde. Und zwar nicht nur von der Raumsonde, sondern auch vom Hubble-Weltraumteleskop, dem James-Webb-Weltraumteleskop und auch von Beobachtungen auf der Erde“, sagte Stern. „Bleiben Sie also dran. Ich wette auf einige neue Überraschungen!“