Ein Blick auf den Jupitermond Europa, aufgenommen von der Juno-Mission der NASA während ihres nahen Vorbeiflugs am Mond am 29. September. Die Raumsonde befand sich in einer Höhe von 1.500 Kilometern über der Mondoberfläche, als das Bild aufgenommen wurde (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS. Bildbearbeitung von Björn Jónsson CC BY-NC-SA 2.0)
Sonnensegel, die das Sonnenlicht wie Segelboote den Wind nutzen, könnten erschwingliche Sonden bei der Suche nach außerirdischem Leben auf mindestens zwei Eismonden in unserem Sonnensystem sein – Jupiters Europa und Saturns Enceladus, so eine neue Studie.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Raketen, die viel Treibstoff benötigen, um Schub zu erzeugen, nutzen Sonnensegel den subtilen Schub des Sonnenlichts, um durch den Weltraum zu reisen. Sie werden angetrieben, wenn Photonen, also Lichtteilchen, auf sie treffen und ihren Impuls übertragen. Auf diese Weise „funktioniert das Licht selbst wie der Wind“, erklärt Manasvi Lingam, Astrobiologe am Florida Institute of Technology und Hauptautor der neuen Arbeit, gegenüber kosmischeweiten.de.
Der von den leichten Teilchen ausgehende Schub ist gering, aber kontinuierlich, was bedeutet, dass sie eine Sonde mit Sonnensegeln schließlich auf Geschwindigkeiten beschleunigen können, die mit herkömmlichen Raketen unerreichbar sind, da diese aufgrund des mitgeführten Treibstoffs schwerer sind – ein Problem, das mit der Größe des Raumfahrzeugs zunimmt. Sonnensegel hingegen gewinnen ihren Schwung aus dem Sonnenlicht, das sie einfangen, so dass sie keinen Treibstoff an Bord mitführen müssen“, so Lingam.
Da die Segel auf Sonnenlicht angewiesen sind, könnte ihr Einsatz letztlich auf das innere Sonnensystem beschränkt sein, wo das Sonnenlicht im Überfluss vorhanden ist. Zumindest theoretisch könnte jedoch ein Netz winziger Laser auf der Erde oder in der Umlaufbahn an einem der Lagrange-Punkte für zusätzlichen Schwung sorgen und die Sonnensegel schließlich ins äußere Sonnensystem bringen, so Lingam.
In der neuen Studie schätzt sein Team beispielsweise, dass ein 100 Kilogramm schweres Sonnensegel den Jupitermond Europa in nur ein bis vier Jahren und den Saturnmond Enceladus in drei bis sechs Jahren erreichen könnte.
Bei beiden Welten geht man davon aus, dass sich unter ihren eisbedeckten Oberflächen ein globaler Salzozean befindet, was sie zu verlockenden Zielen auf der Suche nach außerirdischem Leben in unserem Sonnensystem macht. Enceladus ist dafür bekannt, dass er aus seiner südlichen Polarregion wässrige Geysire ausstößt, und auch auf Europa wurden Anzeichen von Wasserfahnen gesichtet.
Die Entnahme von Proben aus solchen Plumes, die möglicherweise interessante Biomoleküle wie Aminosäuren enthalten, würde es den Wissenschaftlern ermöglichen, die Zusammensetzung der Ozeane der Monde zu untersuchen, ohne ein Raumfahrzeug landen und durch dickes Eis bohren zu müssen.
Bei Vorbeiflügen an diesen Plumes würden die Partikel aufgrund der hohen Geschwindigkeit der Raumsonde relativ hart auf die Sonde auftreffen, was bedeutet, dass „die Moleküle zerstört werden können, was wiederum jegliche Anzeichen von mutmaßlichem Leben zerstören kann“, so Lingam. Um dies zu vermeiden, sollte eine Sonnensegelmission in der Lage sein, ihre Geschwindigkeit auf die minimale Begegnungsgeschwindigkeit von etwa 6 Kilometern pro Sekunde zu reduzieren, berichten Lingam und sein Team in ihrer neuen Arbeit, die am 28. Februar in der Zeitschrift Acta Astronautica veröffentlicht wurde.
Japans Ikaros-Sonde demonstrierte 2010 das Sonnensegeln im tiefen Weltraum. (Bildnachweis: JAXA)
Diese spezielle Weltraumtechnologie ist nicht unbekannt. LightSail 2 beispielsweise, ein von der gemeinnützigen Planetary Society betriebenes, schuhkartongroßes Raumschiff, das per Crowdfunding finanziert wurde, startete 2019 in die Erdumlaufbahn. Bis November 2022 hatte LightSail 2 18.000 Erdumkreisungen erreicht und in den drei Jahren in der Umlaufbahn rund 8 Millionen Kilometer zurückgelegt – dreimal länger als die ursprünglich geplante Lebensdauer.
Solarsegel haben auch schon weiter entfernt von der Heimat funktioniert: Die japanische Raumsonde Ikaros demonstrierte 2010 die Technologie des Sonnensegels im tiefen Weltraum.
Einige Wissenschaftler glauben, dass Sonnensegel sogar die ersten interstellaren Missionen der Menschheit antreiben könnten. Die mit 100 Millionen Dollar dotierte Breakthrough Starshot Initiative, die 2016 angekündigt wurde, zielt beispielsweise darauf ab, einen Schwarm leichter, mikrochipgroßer Raumfahrzeuge zu bauen und sie zu Alpha Centauri zu schicken, dem der Erde am nächsten gelegenen Sternensystem. Angetrieben von Lasern mit 20 % der Lichtgeschwindigkeit könnten diese Lichtsegel Alpha Centauri in nur 20 Jahren erreichen – noch zu unseren Lebzeiten.
Nach 65 Jahren der Erforschung unseres Sonnensystems mit konventioneller Raketentechnologie werden wir „irgendwann an die Grenzen dessen stoßen, was mit chemischem Antrieb erforscht werden kann“, so Lingam. Die Sonnensegeltechnologie könnte sehr wohl eine neue Ära der Weltraumforschung einläuten, fügte er hinzu, insbesondere wenn sie sich für die Suche nach Lebenszeichen an Orten eignet, die „zu den vielversprechendsten Lebensräumen gehören“.
