Die Worte "FRAGEN?" und "EXPERTEN ANTWORTEN!" in weißer Schrift auf einem Sternenhimmel.

Wissenswertes zur Planetenexploration

Dr. Marco Scharringhausen vom DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen beantwortete Ihre Fragen zum Thema Planetenexploration im Mai 2018. Alle weiteren Monatsthemen finden Sie auf einen Blick in unserer Rubrik Fragen? Experten antworten!

Planetenkonstellation

Dieses Bild zeigt den Planeten Jupiter, einschließlich des Großen Roten Flecks und zwei seiner vier größten Monde: Europa und Ganymed

Quelle: NASA/JPL/DLR (CC BY-SA 3.0 IGO)

Das DLR Bremen beantwortete Ihre Mai-Fragen

Die Entdeckung und Erkundung von Planeten und Himmelskörpern beschäftigt seit Jahrhunderten die Menschheit. In Bremen gibt es zahlreiche Projekte, die sich genau darum drehen. Das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme ist bei einem Großteil involviert und beantwortet Ihre Fragen zum April-Thema Planetenexploration.

Grundsätzlich sind Planeten viel kühler und kleiner als Sterne. Sterne sind die Objekte, die wir mit dem bloßen Auge am Himmel sehen können, Planeten sind dafür viel zu klein - mit Ausnahme einiger Planeten in unserem Sonnensystem: Venus, Merkur, Mars, Jupiter, Saturn. Sterne zeigen Temperaturen von mehreren 1000°C an der Oberfläche, unsere Sonne beispielsweise ist ca. 6000°C heiß.

 

Sterne leuchten von sich aus, sie gewinnen ihre Energie durch Kernfusion, das ist sozusagen die Umkehrung dessen, was in einem Atomkraftwerk passiert. In Sternen wird vor allem Wasserstoff zu Helium fusioniert. An dieser Art der Energieerzeugung wird auch auf der Erde intensiv geforscht, die technischen Herausforderungen dabei sind aber immens, weil die immens großen Temperaturen und Drücke im Inneren eines Sterns im Labor nachgebildet werden müssen. Die oben erwähnten Temperaturen gelten ja nur für die Oberfläche, im Inneren eines Sterns herrschen Temperaturen von bis zu mehreren Millionen Grad Celsius. Bei der Kernfusion wird viel Energie frei, und daher sind Sterne auch so heiß.

 

Planeten leuchten nicht von sich aus, sie betreiben keine Kernfusion. Ohne eine Lichtquelle in der Nähe, also ihre "Sonne" - den Stern, um den sie kreisen - sind sie unsichtbar. Freilich kennen wir auch Planeten, deren Temperatur an der Oberfläche sehr hoch ist, die werden aber von ihrer Sonne aufgeheizt, weil sie diese in so geringem Abstand umkreisen.

Kometen sind wie Asteroiden Relikte aus der Frühzeit des Sonnensystems, sie sind teilweise mehrere Milliarden Jahre alt. Beide Körper können massiv oder aus vielen kleinen Fragmenten "zusammengeklebt" sein. Ein Komet enthält viel mehr Eis – tatsächlich sehr viel Wassereis! - als ein Asteroid. Wir nennen Kometen auch "schmutzige Schneebälle", weil sie ähnlich aufgebaut sind wie Schneebälle, die wir im Winter auf einen schneebedeckten Acker machen, wenn wir mit beiden Händen richtig schön tief in den Schnee und die darunterliegende Schicht dunkle Erde greifen. Ein Komet entwickelt einen hellen Schweif, wenn er sich der Sonne nähert, den wir von der Erde aus sehen können. Das ist das Eis, das von der Oberfläche durch die Sonnenstrahlung abgelöst wird. Dieser Schweif ist ein faszinierendes Objekt: Er kann mehrere hundert Millionen Kilometer (!) lang werden, obwohl der eigentliche Kometenkern nur wenige Kilometer groß ist. Einen Asteroiden zu beobachten ist sehr viel schwieriger, weil er stets eine sehr dunkle Oberfläche (ähnlich Grillkohle) hat. Übrigens sind auch Kometen in großer Entfernung von der Sonne ohne ihren Schweif meistens sehr dunkel. Das Eis ist nämlich oft von einer dunklen Staubschicht bedeckt.

Prinzipiell wollen wir auf allen Planeten landen! Der Mars ist aber besonders reizvoll, weil er einerseits nicht so weit entfernt ist – wir können ihn in sieben bis acht Monaten erreichen – und zudem der Erde ähnlich ist. Es wäre möglich, dass der Mars früher (vor einigen zehn oder hundert Millionen Jahren) eine dichte Atmosphäre wie die Erde und flüssiges Wasser an der Oberfläche hatte. Wir sehen heute noch Wassereis an den Polen ähnlich wie hier auf der Erde. Wir hoffen daher, dass wir auf dem Mars Spuren von Leben finden – das wäre eine Sensation!

Zuerst einmal müssen die Frauen und Männer, die zum Mars fliegen wollen, natürlich körperlich fit sein. Eine schwere Krankheit auf der Reise wäre ein Risiko für die gesamte Besatzung. Zum anderen müssen Sie auch geistig sehr stabil und belastungsfähig sein, weil sie ja in einer kleinen Gruppe viele Monate und Jahre verbringen werden, ohne sich im Raumschiff oder der Basis auf der Marsoberfläche aus dem Weg gehen zu können!


Die Auswahl übernehmen Kommissionen der beteiligten Raumfahrtagenturen, das könnten sein: ESA (Europa), NASA (USA), JAXA (Japan), Roskosmos (Russland), ISRO (Indien), CNSA (China) und andere. Es wird mit Sicherheit kein Land alleine den weiten Weg zum Mars zurücklegen können. Solche großen Vorhaben bedürfen internationaler Zusammenarbeit.


Eine Marsmission könnte fast dreieinhalb Jahre dauern. Darin enthalten wären jeweils sieben bis acht Monate Hin- und Rückflug sowie 26 Monate Aufenthalt auf der Oberfläche. Mit den heutigen Trägerraketen kann nämlich nicht immer zum Mars oder zurück zur Erde fliegen, sondern muss sogenannte "Startfenster" abwarten, die jeweils 26 Monate auseinander liegen und lediglich für einige Wochen geöffnet sind. Man kann natürlich auch noch einmal 26 Monate bleiben oder entsprechend länger.

Eine nicht ganz ernst gemeinte Definition besagt, dass alles, was größer ist als der US-Bundesstaat Texas sicherlich "nicht klein, unbedeutend und zwergenhaft" sein kann. Mithin können Zwergplaneten oder Kleinkörper im Sonnensystem (zum Beispiel Asteroiden) nicht größer sein als Texas. Folglich muss alles, was größer ist als Texas, ein echter Planet sein! Das gilt für alle Körper mit einem Durchmesser von mehr als 1300 km hat und keine Mond eines anderen Planeten sind. Im Sinne dieser Definition gäbe es dann aber mindestens 12 Planeten und nicht nur acht.

 

Bei der Definition eines Planeten kommt es aber nicht nur auf die Größe an. Er muss erstens um die Sonne kreisen: Monde können also nicht gleichzeitig Planeten sein. Zweitens muss das Objekt "kugelförmig" sein, wobei es keine strengen Vorgaben gibt, wie kugelig der Körper sein muss und wie hoch eventuelle Beulen und Dellen sein dürfen. Ab etwa 1000 km Durchmesser sind die meisten Körper aber hinreichend kugelrund. Kartoffelförmige Körper sind viel kleiner, weil die Schwerkraft eines Körpers dazu tendiert, ihn in Kugelform zu pressen. Schauen Sie sich einmal Bilder von Flüssigkeitsblasen in Schwerelosigkeit an, die sind alle sehr rund.

 

Die dritte Bedingung besagt, dass der Körper seine Umlaufbahn "gesäubert" haben muss. Das kann man mit einem Staubsauger vergleichen, der den Boden von Staub und Krümeln säubert. Und hier scheitert Pluto: In seiner Nähe gibt es noch viele kleine Körper aus Gestein und Eis, die er aufgrund seiner geringen Masse und Anziehungskraft nicht "wegsaugen" konnte. Es sei hier angemerkt, dass "säubern" auch "wegschubsen" bedeuten kann - Hauptsache, die Umlaufbahn ist sauber!

 

Diese etwas umständliche Definition wurde 2006 nötig, weil man im Laufe der Zeit mit immer besseren Teleskopen bislang unbekannte Objekte am Rande des Sonnensystems gefunden hat, die ähnlich groß waren wie Pluto oder - wie damals zuerst vermutet - noch größer! Eines dieser Objekte wurde 2005 entdeckt und "Eris" genannt, nach der griechischen Göttin des Streites und der Zwietracht. Das spiegelt den heftigen Konflikt in der wissenschaftlichen Gemeinschaft wider, der in den frühen 2000er Jahren aufkam. Es war absehbar, dass man in Zukunft mit Sicherheit noch weitere ähnlich große Körper entdecken würde. Die Frage war also, ob man alle paar Jahre die Familie der Planeten erweitern oder einen sauberen Schnitt machen sollte. Die wissenschaftliche Gemeinde hat sich damals entschlossen, den Klub der Planeten exklusiv zu halten und Körper wie Eris und ähnliche nicht aufzunehmen. Konsequenterweise musste dann Pluto ebenfalls ausgeschlossen werden.

 

Übrigens gilt Pluto im US-Bundesstaat Illinois immer noch als Planet (und nicht als Zwergplanet), und dies sogar hochoffiziell per Senatsbeschluss. Illinois ist nämlich die Heimat seines 1997 verstorbenen Entdeckers Clyde Tombaugh, der Pluto 1930 als erster beobachtet hat.

Siehe Frage 2! Sobald sich ein Komet der Sonne nähert, wird das Eis auf seiner Oberfläche von der Sonnenstrahlung abgelöst und fliegt auf eigenständigen Bahnen um die Sonne. Der Komet hinterlässt sozusagen eine Spur im Weltraum ebenso wie ein Flugzeug einen Kondensstreifen am Himmel. Der Unterschied ist dabei, dass die Eis- und Staubteilchen von Kometen sich nicht einfach auflösen, sondern für eine lange Zeit im Sonnensystem verbleiben. Jedes Mal, wenn die Erde sich auf ihrer Bahn um die Sonne durch so eine Spur bewegt, fallen die Teilchen auf die Erde zu und verglühen in der Atmosphäre in Höhen von 60 bis 100 km. Diese Leuchtspuren nennen wir dann Sternschnuppen! Die regelmäßigen Zusammentreffen der Erde und der Kometenspuren nennen wir aus naheliegenden Gründen Sternschnuppenschauer. Die heftigsten Schauer sind die Perseiden im August, die Geminiden im Dezember und die Bootiden im Januar. Die Namen dieser Schauer leitet man übrigens nicht von den Kometen ab, deren Spuren die Erde kreuzt, sondern von den Sternbildern, aus deren Richtung die Sternschnuppen zu kommen scheinen.

Ja, aber das hängt nicht nur von der Jahreszeit ab. Wann und in welcher Himmelsrichtung man einen Planeten gut beobachten kann, ändert sich auch von Jahr zu Jahr. Stellen Sie sich die Planeten wie Läufer auf der Laufbahn eines Stadions. Je nach Geschwindigkeit und Bahnnummer der  Läuferinnen und Läufer kommen sie sich mal näher und sind mal weiter voneinander entfernt.


Jetzt im Juni kann man beispielsweise Venus, Mars, Jupiter und Saturn am Himmel sehen.

Leider nein! Zumindest mit den heutigen technischen Mitteln. Siehe Frage 1: Zum einen sind Sterne viel zu heiß, zu anderen hat ein Stern gar keine feste Oberfläche, es ist eher ein superheißer "Gas-Flüssigkeitsball".
Die Physikerinnen und Physiker nennen das Material, aus dem ein Stern besteht "Plasma". Wir könnten also allenfalls „schwimmen“ und hätten dann immer noch das Problem, mit Temperaturen von mehreren 1000°C fertig werden zu müssen.


Daher ist eine Landung auf einem Stern sehr schwierig!

In früheren Zeiten – einige Jahrhunderte vor heute – dachten die Menschen tatsächlich, dass sich alles um die Erde dreht. Es ist ja auch zu verlockend, genau das anzunehmen. Scheinbar gilt das ja auch für die Sonne! Sie geht jeden Tag im Osten auf und im Westen unter, muss sich ja wohl also um die Erde drehen – oder doch nicht? Erst genaue Messungen haben ergeben, dass die Beobachtungen insbesondere der Planetenbahnen von der Erde nur dann einen Sinn ergeben und wirklich zusammenpassen, wenn sich alle Planeten um die Sonne drehen. Das liegt letzten Endes an der Entstehung des Sonnensystems, weil zuerst die Sonne und dann erst die Planeten um die Sonne herum entstanden sind. Ein weiter Grund ist die Größe der Sonne und der Planeten. Die Masse und damit die Anziehungskraft der Sonne ist viel größer als die der Planeten. Denken Sie beispielsweise an zwei Tänzer, von denen der oder die eine sehr viel mehr wiegt als die oder der andere. Dann wird die leichtere Person sich auch eher um die Schwerere drehen und die Schwerere wird fast stillstehen, wenn sich beide an den Händen halten.

Viele! Es sind circa 3.700 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems bekannt und weitere ca. 4500 sog. Kandidaten, die erst noch durch unabhängige Beobachtungen bestätigt werden müssen. Unter https://exoplanetarchive.ipac.caltech.edu/ finden Sie eine tolle Website mit vielerlei Statistiken.


Wir kennen heute 23 Planeten mit erdähnlicher Masse (maximal drei Erdmassen), mehrere hundert Planeten sind mehr als 300x so schwer wie die Erde! Hier liegt ein grundsätzliches Problem: Diese Daten bedeuten nicht, dass es nur wenige "kleine" Planeten wie unsere Erde gibt. Aber wir sehen sie einfach nicht so gut wie die Großen!

Da gibt es leider noch keine konkreten Kandidaten. Wir suchen grundsätzlich nach Planeten, die in Größe und  Oberflächentemperatur unserer Erde ähnlich sind. Wir hoffen, vielleicht auch dort flüssiges Wasser – also Ozeane wie hier auf der Erde! – zu finden. Es gibt tatsächlich einige Versuche, aus dem Licht, das von diesen Planeten zu uns gelangt, Informationen über die Atmosphäre und die Oberfläche zu erlangen.

 

Das ist aber sehr schwierig, weil die Planeten so weit von uns entfernt sind. Im Teleskop sehen wir so gut wie immer als nicht mehr als einen einzelnen Bildpunkt! Für die Expertinnen und Experten: Hier sind spektroskopische Methoden die Mittel der Wahl!

Mit Sicherheit! Es wird ein riesiger Aufwand an Energie, Materie und Zeit erforderlich sein und viele Technologien, die sich heute noch nicht einmal die visionärsten Autorinnen und Autoren vorzustellen vermögen, aber ich glaube, dass wir das sogenannte "Terraforming" in Zukunft tatsächlich werden durchführen können. Vielleicht wird es Generationen dauern, einen Planeten so umzuformen, dass wir darauf leben können, und vielleicht werden die Menschen sogar körperliche Anpassungen an sich selber vornehmen, um beispielsweise Luft mit einem sehr niedrigen Sauerstoffgehalt atmen zu können. Trotz allem wird es gelingen.

 

Schon heute gibt es Ansätze für sogenanntes "Geoengineering", um dem Klimawandel zu begegnen. Das sind gezielte Eingriffe in die Wechselwirkungen zwischen Ozean, Land und Atmosphäre, um beispielsweise den Co2-Gehalt zu verringern. Denken Sie nur an großräumige Aufforstungen, um Rodungen an anderer Stelle auszugleichen! Das ist letzten Endes eine der einfachsten und am besten verstandenen Formen des Geoengineerings, wobei wir noch viel forschen und verstehen müssen, bevor wir uns an größere Eingriffe in System "Erde" wagen, damit wir am Ende nicht unseren eigenen Planeten unbewohnbar machen.

 

Vor Beginn der modernen Physik hätte auch niemand gedacht, dass wir uns einmal schneller als der Schall bewegen würden, und das ist heute technisch möglich. Einige Zeitgenossen dachten im 18. Jahrhundert noch, dass der menschliche Verstand Geschwindigkeiten jenseits der 30 km/h nicht aushalten können.

Dr. Marco Scharringhausen

…arbeitet am DLR-Institut für Raumfahrtsysteme in Bremen. Dort simuliert er Landungen auf fremden Himmelskörpern am Computer. Im Interview verrät er uns, welche Bedeutung sein Notizbuch hat und was ihn an seiner Arbeit begeistert.

Ein Mann im Sakko und Hemd lacht in die Kamera, im Hintergrund ein großes Glasfenster; Quelle: WFB/Jonas Ginter

Dr. Marco Scharringhausen vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Quelle: WFB/Jonas Ginter

Das könnte Sie auch interessieren