Voyager 2 der NASA hat den interstellaren Raum betreten – vier Jahrzehnte nach dem Start der Raumsonde

Im Oktober 2018 veröffentlichte die NASA eine Pressemitteilung, in der angekündigt wurde, dass sich Voyager 2 möglicherweise dem interstellaren Raum nähert. Und diese Leistung wäre sicherlich von Bedeutung; wenn es der Sonde gelingen würde, in diesen abgelegenen Teil der Galaxie zu reisen, wäre sie erst das zweite von Menschenhand geschaffene Objekt, das es schaffen würde. Das erste Objekt, das diesen Meilenstein erreichte, war tatsächlich die Schwestersonde Voyager 1, die 2013 diese Leistung vollbracht hatte.

Im Dezember 2018 bestätigte die NASA, dass Voyager 2 es tatsächlich in den interstellaren Raum geschafft hatte. Und obwohl Voyager 1 bereits den Weg geebnet hatte, war diese Neuentwicklung dennoch bedeutsam. Dank eines bestimmten funktionalen Instruments an Bord der Voyager 2 konnte sich die NASA nun darauf freuen, noch mehr über das Universum zu erfahren.

Aber bevor wir uns der neuesten Mission von Voyager 2 zuwenden, wollen wir zunächst klären, was der interstellare Raum eigentlich ist. Der Begriff "interstellar" bedeutet wörtlich "zwischen den Sternen" und genau dort liegt dieser Abschnitt der Galaxie. Es ist jedoch einfacher, die genaue Natur des interstellaren Raums zu erkennen, wenn man ihn mit dem kontrastiert, was jenseits dieser Grenze liegt.

Da sich der interstellare Raum von der Ausdehnung des Universums in der Nähe der Sonne unterscheidet, folgt daraus, dass zwischen diesen beiden getrennten Regionen eine Art Grenze liegen muss. Und tatsächlich sind diese beiden Bereiche durch eine Grenze getrennt – eine sogenannte Heliopause.

Die Heliopause befindet sich zwischen dem interstellaren Raum und einem Gebiet, das als Heliosphäre bekannt ist – eine Art große Blase, die von der Sonne ausgeht und sie umschließt. Und die Heliosphäre selbst entsteht durch Sonnenwinde, die von dem heißen Stern ausgehen, der der Erde ihr Licht gibt.

Eine Möglichkeit, zwischen der Heliosphäre und dem interstellaren Raum zu unterscheiden, besteht darin, die Natur der Sonnenteilchen in jeder Region zu untersuchen. Innerhalb der Heliosphäre haben diese winzigen Materieteilchen eine hohe Temperatur und sind ziemlich weit verbreitet; jenseits der Blase sind die Teilchen jedoch kühler und dichter zusammengepackt.

Sowohl Voyager 1 als auch Voyager 2 ihrerseits haben es geschafft, die äußeren Ränder der Heliosphäre zu überwinden – und damit in den interstellaren Raum zu gelangen. Diesen Abschnitt der Galaxie zu erreichen war jedoch nicht das Hauptziel der beiden Raumsonden, da sie ursprünglich für andere Zwecke ins All geschickt worden waren.

Wie die Namen der Sonden vermuten lassen, wurden beide im Rahmen des Voyager-Programms der NASA gestartet. Voyager 2 war die Erste und wurde am 20. August 1977 gestartet und ihre Schwestersonde folgte am 5. September desselben Jahres. Im Großen und Ganzen hatten die beiden Sonden die Aufgabe, die äußeren Bereiche unseres Sonnensystems zu erkunden.

Beide Sonden wurden genau gleich konstruiert und sind optisch nicht zu unterscheiden. Sie wiegen auch beide jeweils 772 Kilogramm, von denen 104 Kilogramm auf eine Reihe wissenschaftlicher Geräte zurückzuführen sind. Und sowohl auf Voyager 1 als auch auf Voyager 2 ist etwas verstaut, das als "Voyager Golden Record" bekannt ist.

Die "Voyager Golden Record" ist eine Schallplatte, auf der Bild- und Audio-Informationen über die Menschheit gespeichert sind. Ein Komitee unter der Leitung des berühmten Astronomen Carl Sagan wählte den Inhalt der Platten aus, wobei die Jury letztendlich Geräusche aus der Natur sowie einige Musikstücke aus verschiedenen Kulturen der Erde auswählte.

Und die Musik auf der Platte wurde so ausgewählt, dass sie ein breites Spektrum an Geschmäckern widerspiegelt – von klassischen Kompositionen von Bach und Beethoven bis hin zu einigen Popliedern. Tatsächlich war das Hinzufügen von Chuck Berrys "Johnny B. Goode" für einige, die die Melodie als "jugendlich" bezeichneten, ein Grund zur Beunruhigung. Sagan reagierte jedoch kühl auf diese Bedenken, indem er sagte: "Es gibt viele Jugendliche auf dem Planeten."

Dann wurde eine Kopie der "Voyager Golden Record" an Bord beider Sonden verstaut, falls sie von Außerirdischen entdeckt werden sollten. 1977 sprach Sagan mit NASA über das Artefakt: "Die Sonde wird nur angetroffen und die Platte abgespielt, wenn es fortgeschrittene Weltraum-Zivilisationen im interstellaren Raum gibt. Aber… der Start dieser Flasche in den kosmischen Ozean sagt etwas sehr Hoffnungsvolles über das Leben auf diesem Planeten aus."

Die "Voyager Golden Record" enthält auch rund 115 Illustrationen und Fotografien. Einige von ihnen zeigen verschiedene mathematische und wissenschaftliche Theorien, während andere einfach mehr alltägliche Aspekte der menschlichen Existenz zeigen. Darüber hinaus liegen jeder Kopie der Aufzeichnung einige Notizen bei, darunter eine vom damaligen Präsidenten.

"Dies ist ein Geschenk einer kleinen, weit entfernten Welt. [Es ist] eine Probe unserer Klänge, unserer Wissenschaft, unserer Bilder, unserer Musik, unserer Gedanken und unserer Gefühle. Wir versuchen, unser Zeitalter zu überleben, um so bis in Eure Zeit hinein leben zu dürfen."

Doch die Voyager-Mission wurde für mehr entwickelt als nur für eine potenzielle Kontaktaufnahme mit außerirdischen. Konkret waren die beiden Sonden zunächst ins All geschickt worden, um die Planeten Saturn und Jupiter zu untersuchen. Die Sonde schaffte es jedoch noch weiter, als diese Hauptziele erreicht waren.

Ja, nachdem Voyager 2 Saturn und Jupiter erreicht und analysiert hatte, ging sie weiter zu Uranus und Neptun. Die Sonde besuchte 1986 das Uranus-Systems und 1989 das von Neptun. Und bis heute ist Voyager 2 die einzige Raumsonde, die diese beiden Planeten jemals erforscht hat.

Voyager 1 ist das dritte von Menschenhand geschaffene Objekt, das die erforderliche Geschwindigkeit erreicht hat, um das Sonnensystem zu verlassen. Bis heute haben nur fünf Sonden eine solche Leistung vollbracht: die beiden Voyager-Raumsonden, Pioneer 10, Pioneer 11 und New Horizons. Diese letzte Sonde wurde 2006 ins All geschickt, während die anderen vier in den 1970er-Jahren gestartet wurden.

Während der früheren Jahre der Voyager-Mission entdeckten die beiden Sonden wichtige Informationen über die Planeten im äußeren Sonnensystem: Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun. Mit einer Reihe wissenschaftlicher Geräte und Kameras konnten die Voyager-Sonden aufschlussreiche Beobachtungen über diese Himmelskörper machen.

Im Januar 1979 begann Voyager 1 damit, Jupiter zu fotografieren und die besten Bilder – aufgenommen im März desselben Jahres – konnten uns mehr von den Ringen, Magnetfeldern und Monden des Planeten zeigen. Faszinierend war auch, dass auf dem Mond Io vulkanische Aktivitäten aufgezeichnet wurden – das erste Mal, dass ein solches Phänomen außerhalb der Erde beobachtet wurde.

Im Juli 1979 bestätigte Voyager 2 während ihrer eigenen Reise zum Jupiter die Beobachtungen ihrer Schwestersonde auf dem Vulkan von Io. Darüber hinaus beobachtete die Sonde den Großen Roten Fleck – den Ort des größten antizyklonalen Sturms in unserem Sonnensystem. Schätzungen gehen auseinander, aber Experten gehen davon aus, dass der Sturm schon seit 350 Jahre wütet.

Nachdem die beiden Raumsonden ihren Vorbeiflug am Jupiter abgeschlossen hatten, flogen sie weiter zum Saturn. Voyager 1 kam dem Planeten im November 1980 sehr nahe, während Voyager 2 im August 1981 noch näher kam. Und wie schon bei den Jupiter-Reisen enthüllte die Raumsonde durch die gesammelten Daten neue Details über Saturn.

Voyager 1 fotografierte und notierte einige komplizierte Merkmale in den Ringen des Saturn. Und während ein defektes Gerät die Integrität dieser Bilder beeinträchtigte, war Voyager 2 glücklicherweise in der Lage, später qualitativ hochwertigere Fotos zu machen, die wiederum zur Entdeckung zahlreicher neuer Details führten.

Beide Raumsonden untersuchten auch die Atmosphäre des Saturn, wobei Voyager 1 feststellte, dass diese überwiegend aus Helium und Wasserstoff bestand. Das Paar rotierte zusätzlich um den Saturn, um die Länge eines Tages auf dem Planeten zu ermitteln, der fast 11 Erdstunden betrug.

Und der Kurs von Voyager 1 beinhaltete auch den Vorbeiflug an Titan – dem größten natürlichen Satelliten des Saturn und dem zweitgrößten im Sonnensystem hinter dem um den Jupiter kreisenden Ganymed. Darüber hinaus ist Titan nicht nur etwa 50 Prozent größer als der Mond der Erde, sondern sogar größer als der Planet Merkur.

Experten waren sehr daran interessiert, Titan zu beobachten, was bedeutet, dass der Kurs von Voyager 2 angepasst worden wäre, um die Aufgabe zu erfüllen, wenn Voyager 1 es nicht geschafft hätte. Und dies trotz der Tatsache, dass eine solche Abweichung Voyager 2 daran gehindert hätte, Uranus und Neptun jemals zu erreichen.

Zum Glück gelang es Voyager 1 Titan zu beobachten, wodurch Voyager 2 zum Uranus weiterreisen konnte. Dann reiste Voyager 1 zum Rand des Sonnensystems und machte dabei Bilder. Ein berühmtes Foto aus dem Jahr 1990 wurde zum ersten "Familienporträt" des Sonnensystems und zeigt, wie es von außen aussah – mit der Erde als Punkt in der Ferne.

1998 überholte Voyager 1 dann die Raumsonde Pioneer 10 als das am weitesten von der Erde entfernte von Menschenhand geschaffene Objekt. Die Voyager 1 bewegt sich alle 12 Monate um 540 Millionen Kilometer – oder alle 18.000 Jahre um ein einziges Lichtjahr. Und im August 2012 erreichte sie als erstes Sonde überhaupt den interstellaren Raum.

Voyager 2 erreichte unterdessen im Januar 1986 ihren Punkt nahe am Uranus. Und während dieser Zeit in der Nähe des Planeten identifizierte sie 11 ehemals unentdeckte Monde. Die Beobachtungen von Voyager 2 ergaben außerdem, dass ein Tag auf Uranus etwas mehr als 17 Erdstunden dauert.

1989 gelang es Voyager 2 dann, zum Planeten Neptun zu reisen und ihm nahezukommen. Dort flog die Sonde an Triton sowie an sechs anderen Monden vorbei, die bisher unerkannt geblieben waren. Die Sonde entdeckte auch zwei Ringe, die sich um den dichten Eisriesen wickeln.

Nachdem Voyager 2 den Vorbeiflug an Neptun abgeschlossen hatte, endeten schließlich die planetarischen Phasen der Mission. Aber die Sonde würde nicht zur Erde zurückkehren. Stattdessen beschloss NASA, die Sonde zu verwenden, um mehr über das Gebiet außerhalb der Heliosphäre zu erfahren. Ja, wie die Schwestersonde würde Voyager 2 den Weg in den interstellaren Raum finden.

Im Dezember 2018 enthüllte NASA, dass Voyager 2 einen Monat zuvor die Heliosphäre passiert hatte. Wie konnte die Behörde so zuversichtlich diese Behauptung machen? Nun, es ist alles auf ein Gerät auf Voyager 2 zurückzuführen, dem Plasma-Spektrometer oder PLS.

Ja, während der PLS auf Voyager 1 seit 1980 nicht mehr funktioniert, funktioniert er auf Voyager 2 gut. Das Gerät wird verwendet, um die Natur von Sonnenwindpartikeln in der Heliosphäre zu erfassen. Und da seit November 2018 kein Sonnenwind rund um Voyager 2 mehr erfasst wurde, beweist dies, dass die Sonde es nun in den interstellaren Raum geschafft hat.

Ein Experte sagte darüber hinaus, dass der funktionierende PLS der Voyager 2 ein Segen für die Erforschung des Universums sein könnte. John Richardson vom Massachusetts Institute of Technology sagte der NASA im Dezember 2018: "Obwohl Voyager 1 2012 die Heliopause überquerte, geschah dies an einem anderen Ort und zu einer anderen Zeit [als Voyager 2] und ohne die PLS-Daten. Wir sehen also immer noch Dinge, die noch niemand zuvor gesehen hat."

Informationen werden jetzt sowohl von Voyager 1 als auch von Voyager 2 zur Erde gesendet. Mit den resultierenden Daten kann die NASA die Heliosphäre und ihre Reaktion auf Faktoren außerhalb ihrer Grenzen untersuchen. Dieser Prozess ist auch für neue Entdeckungen von entscheidender Bedeutung, wie der Leiterin der Heliophysik-Abteilung der NASA behauptet hat.

"Voyager hat für uns einen ganz besonderen Platz in unserer Heliophysik-Flotte", erklärt Nicola Fox von der NASA. "Unsere Studien beginnen bei der Sonne und erstrecken sich auf alles, was der Sonnenwind berührt. Dass die Voyagers Informationen über den Rand des Einflusses der Sonne zurücksenden, gibt uns einen beispiellosen Einblick in ein wirklich unbekanntes Gebiet."

Es wurde geschätzt, dass sowohl Voyager 1 als auch Voyager 2 bis 2025 funktionsfähig bleiben können. Ab diesem Zeitpunkt könnten die beiden ihren Strom verlieren – und damit den wissenschaftlichen Betrieb einstellen. Aber selbst wenn dies der Fall ist, haben die Sonden fast ein halbes Jahrhundert seitdem Beginn ihrer jeweiligen Missionen überdauert.

Tatsächlich schickte die NASA die Voyager-Sonden 1977 ursprünglich ins All mit der Absicht, sie fünf Jahre lang zu arbeiten zu lassen. Aber ihre Ziele, Jupiter und Saturn zu beobachten, sind längst abgeschlossen, ebenso wie ihre Beobachtungen von Uranus und Neptun. Und jetzt haben es die Raumsonden sogar in den interstellaren Raum geschafft.

"Ich denke, wir sind alle glücklich und erleichtert, dass die Voyager-Sonden beide lange genug in Betrieb waren, um diesen Meilenstein zu überschreiten", sagte Suzanne Dodd, Projektmanagerin der Mission. Sie fuhr fort: "Darauf haben wir alle gewartet. Jetzt sind wir gespannt, was wir mit den beiden Sonden außerhalb der Heliopause lernen können."

Nun plant die NASA eine neue Mission, die auf der Pionierarbeit der Voyager-Sonden aufbauen soll. Aktuell soll im Jahr 2024 die sogenannte Interstellar Mapping and Acceleration Probe gestartet werden. Und wer weiß, welche neuen Erkenntnisse sie zu den Daten der Voyager-Missionen hinzufügen könnte?