Mond

Er ist der einzige Himmelskörper (außer der Erde), auf dem Menschen bisher ihren Fußabdruck hinterlassen haben – die Astronauten der Apollo-11-Mission der NASA waren 1969 die Ersten. 1970 landete die Sowjetunion auf dem Mond das erste ferngesteuerte Fahrzeug auf einem anderen Himmelskörper: „Lunochod“. 2024 wollen die USA wieder Menschen auf den Mond bringen – als Vorbereitung für eine spätere Mars-Mission.

Für die Zukunft gibt es tatsächlich konkrete Pläne, mit dem Mond erstmals einen fremden Himmelskörper zu besiedeln: China plant, in den späten 2020er Jahren eine Mondstation für Astronauten und Astronautinnen zu errichten.

© ESA - T. Reiter

Auch die ESA hat Mond-Pläne, von der Mondstation bis zur Nutzung von Mond-Wasser. Für das Problem des teuren Transports von Baumaterialien gibt es eine sehr interessante Idee: Der Mond besteht aus Gestein, und damit ließe sich ein 3D-Drucker füttern, der innerhalb einer Woche das Material für ein komplettes Gebäude drucken könnte. Die Technik funktioniert; sie wurde auf der Erde mit mondähnlichem Gestein getestet.

© Dr. Barbara Imhof, LIQUIFER, “Growing structures: bioinspired innovation insights for architecture and robotics”, as part of Living Machines 2020 July 28, 2020.

Der #MarsMaulwurf vom DLR

2018 landete die NASA-Sonde InSight auf dem Mars. An Bord: das DLR-Experiment HP³. Die Rammsonde hämmert sich in den Marsboden, um die Wärmeleitfähigkeit des Marsbodens zu messen – dieses Wissen kann dazu beitragen, die Geschichte des Mars (und die aller Planeten) besser zu verstehen. Zudem lauscht ein Seismometer nach Beben unter der Marsoberfläche, damit Forschende vom inneren Aufbau des Planeten ein vollständigeres Bild erhalten.

© DLR CC BY 3.0

2021 soll die Mission ExoMars von ESA und Roskosmos einen großen Mars-Rover absetzen, um nach Lebensspuren zu suchen. Die Möglichkeit einer Mars-Station, auf der Astronautinnen und Astronauten leben können – oder zumindest erstmals Menschen dort hinzuschicken – wird seitens ESA und NASA untersucht. In den 2030er Jahren könnte es so weit sein. Im Moment laufen erste Versuche, die sich vor allem mit der langen Reisedauer beschäftigen: Wie verhalten sich Menschen, wenn sie Hunderte von Tagen auf engstem Raum und isoliert von der Umwelt leben müssen?

© ESA/ATG medialab

Der Mars: kosmischer Bruder der Erde. Seit 2003 wird er von der Sonde Mars Express umkreist. Sie sendet laufend neue spektakuläre, weil hochauflösende Bilder (in Stereo und Farbe) für eine Marskarte. An den Polkappen des Mars wurde Wassereis (einen Kilometer dick) nachgewiesen. 2012 landete der Mars-Rover Curiosity der NASA, der nicht nur Bilder sendet, sondern auch einen Bohrer und Analyseinstrumente mitbrachte. 2013 wurden am Rand eines alten Flussbettes (Nachweis für ehemals fließendes Wasser) die „Bausteine des Lebens“ (Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel) gefunden. Also hätte auf dem Mars vor etwa vier Milliarden Jahren theoretisch Leben entstehen können.

© ESA/NASA/DLR/RPIF

Sonne

Die Sonde Solar Orbiter der ESA, gestartet 2020, wird eine Umlaufbahn um die Sonne einnehmen. Die Sonde wird mit nie dagewesener Genauigkeit untersuchen, wie die Sonne ihre Heliosphäre erzeugt und beeinflusst – das ist jener Raum voller Teilchen und Kraftfelder, der auch Auswirkungen auf die Erde hat. Was ist der Ursprung des Sonnenwinds? Wie entsteht das koronale Magnetfeld der Sonne? Wie entwickeln sich Turbulenzen? Wie verhalten sich geladene Teilchen? Und wie entstehen sie? Auch eine NASA-Sonde erforscht aktuell die Sonne: Parker Solar Probe, um mehr über Sonnenwinde und Sternenstaub (= Sternschnuppen) zu erfahren.

© ESA/AOES

Pluto

Früher galt er noch als kleiner Planet, heute wird er als Zwergplanet eingeordnet. Die Sonde New Horizons der NASA erforscht ihn jetzt – nach einer langen Reise, die bereits 2006 begann.
Ziel: Mehr lernen über Geologie, chemische Zusammensetzung und Atmosphäre des Pluto. Vor der Mission war unser Bild von Pluto sehr verschwommen.

Heute wissen wir: Es gibt 4.000 Meter hohe Berge aus steinhartem, –230 °C kaltem Wassereis und 3.000 Meter tiefe Senken sowie Gletscher aus gefrorenem Stickstoff und gefrorenem Methan. Welche Geheimnisse offenbart diese eisige Wunderwelt noch? Eine Mission mit einem Lander könnte mehr herausfinden.

Jupiter

Die NASA-Sonde Juno erreichte ihn 2016 nach fünf Jahren Anreise (als Nachfolger der Galileo-Mission (NASA)). Ist sein Kern felsig? Welche Daten liefern Gravitations- und Magnetfeld? Wie viel Wasser findet sich in der Atmosphäre (es gibt dort Wolken aus Wassereis)? Und Sauerstoff? Was hat es mit den gewittrigen Stürmen auf sich, die Geschwindigkeiten von über 600 Kilometern pro Stunde erreichen können und – wie im Bild gut zu sehen – Wolken vor sich hertreiben? Und: Wie ist Jupiter überhaupt entstanden? Erstmals gute Bilder lieferte die Mission Galileo (von 1989 bis 2003 unterwegs) und im Vorbeiflug im Jahr 2000 die Saturn-Mission Cassini-Huygens.

Jupiter-Eismonde (zum Beispiel Europa)

Ganymed. Europa. Callisto. Sie alle sind eisige Jupiter-Monde. Die JUICE-Mission der ESA soll 2022 starten und die Eismonde circa 2030 erreichen, um ihre Geheimnisse zu lüften; zum Beispiel woraus das Eis dort überhaupt besteht oder wie viel Sauerstoff die Atmosphäre enthält. Interessanter Aspekt: Unter ihrem Eispanzer werden Ozeane aus flüssigem Wasser vermutet – ein möglicher Ort für einfachste Lebensformen.

Merkur und die MESSENGER-Sonde

2011: Die Sonde MESSENGER der NASA erreichte (als erste Sonde überhaupt) einen Orbit um den Merkur, dem sonnennächsten Planeten und sammelte vier Jahre lang Daten. MESSENGER liefert zehntausende Messwerte und Oberflächen-Aufnahmen in hoher Auflösung. Dank dieser Aufnahmen konnte nachgewiesen werden, dass es auf Merkur Vulkanaktivität gibt. Das wiederum lässt auf einen flüssigen Planetenkern schließen. Völlig überraschend: Es gibt auf Merkur auch reichlich Wasser, allerdings nur in der Exosphäre, der äußersten Schicht der Atmosphäre. Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des DLR werten für die Mission die Daten von mehreren Instrumenten aus.

2018 startete die BepiColombo-Mission von ESA und JAXA (Japan), die ungefähr sieben Jahre zum Merkur brauchen wird. Ihr Ziel: bisher ungeklärte Fragen über den Merkur zu beantworten (innerer Aufbau, Magnetfeld und anderes) und Rückschlüsse auf die Entwicklung des Planeten und die Entstehung unseres Sonnensystems zu ziehen.

Venus

Die Sonde Venus Express der ESA umkreiste die Venus von 2006 bis 2014 – mit dem Ziel, die Atmosphäre sowie das Venus-Klima und -Wetter zu erforschen, um Klima­mechanismen und Klimawandel besser zu verstehen. Wegen der dichten Wolkendecke (20 Kilometer dick) sieht
man von der Erde aus mit Teleskopen nur wenig, die Sonde erzeugt deshalb Infrarot-Bilder.
Erste Erkenntnisse: Es gibt eine Ozonschicht in der Atmosphäre, dazu auch eine dünne Schicht aus Trockeneis (Kohlendioxid). Außerdem blitzt es viel häufiger als auf der Erde. Auch Ozeane könnte es einmal gegeben haben. Gewaltige Vulkane findet man auf der Venus auch – mit bis zu 700 Kilometern Durchmesser.

Saturn und Cassini

Der Saturn-Orbiter Cassini hat seit 2004 viele faszinierende Phänomene in der Saturn-Atmosphäre beobachtet und dabei außergewöhnliche Bilder und Messdaten zur Erde gefunkt. Dank Cassini konnten zehn neue Monde entdeckt werden. 2014 wiesen Cassini-Instrumente nach, dass es auf dem Mond Enceladus neben Geysiren auch ein unterirdisches Meer aus flüssigem Salzwasser gibt. Und wo es Wasser gibt, könnte es auch Leben geben (Mikroorganismen) – oder gegeben haben. Gefunden wurden größere Moleküle, die Vorstufen von Aminosäuren – und damit von Leben – sein können …

Titan (Saturn-Mond) und Huygens

Am 14. Januar 2005 flog die Atmosphärensonde Huygens als Teil der Cassini/Huygens-Mission zweieinhalb Stunden lang durch die Atmosphäre des Saturnmondes Titan, untersuchte sie und landete kurz darauf an einem Fallschirm und funktionstüchtig auf der Oberfläche des minus 180 Grad Celsius kalten Trabanten.

Titan, ein Mond in der Größe des Planeten Merkur, unterscheidet sich von den relativ kleinen Eismonden Saturns. Seine Oberfläche wird weniger von Wasser dominiert, dafür findet man aber großflächige Seen aus Methan und Ethan. Allein auf diesem Mond lagert weit über hundertmal mehr „Erdgas“ als auf der Erde.

Aus den Wolken Titans regnet es Methan. Insgesamt bilden Atmosphäre und Oberfläche dieses Mondes ein einzigartiges chemisches Tieftemperaturlabor, in dem für irdische Verhältnisse komplexe „exotische“ Prozesse ablaufen, die vom Cassini-Orbiter aus bis Ende September 2017 weiterhin vor Ort untersucht wurden.

Kuipergürtel

Pluto ist nicht allein weit draußen in unserem Sonnensystem. Er befindet sich im Kuipergürtel, einer Region voller eisiger Objekte in Form eines Donuts, die beim Neptun beginnt. Hunderttausende Objekte könnte es dort geben, die mindestens 100 Kilometer Durchmesser haben. Manche von ihnen sind, wie Pluto, Zwergplaneten, die teilweise eigene Monde haben. Im Bild: Arrokoth, 2014 mit dem Weltraumteleskop Hubble entdeckt und 2019 von der NASA-Sonde New Horizons im Vorbeiflug inspiziert. Arrokoth, 35 Kilometer lang, ist das bislang am weitesten von der Erde entfernte Objekt im All, das von einer Sonde untersucht wurde.

Gaia kartiert die Milchstraße

Eine gute Karte unserer Galaxie, der Milchstraße, gibt es leider noch nicht. Um das zu ändern, wurde im Dezember 2013 die Gaia-Mission gestartet, ein Teleskop, durch das mit der größten Digitalkamera im All Bilder mit etwa einer Milliarde Pixeln erzeugt werden. Die Karte wird zunächst rund ein Prozent der Milchstraße umfassen. 1,7 Milliarden Sterne wurden schon vermessen. Die ESA rechnet damit, dass unter anderem rund 7.000 neue Planeten außerhalb unseres Sonnen­systems entdeckt werden. Mehr zur Mission gibt es in einer App namens „Gaia Mission“.

Hayabusa1: Mission zum Asteroiden Itokawa mit Rückflugticket

Itokawa. Ein Asteroid. Ein kosmischer Steinbrocken, der durchs All fliegt. Die japanische Mission Hayabusa1 flog hin (Entfernung: circa Erde – Sonne), landete trotz technischer Probleme, sammelte Proben – und flog zurück. Zum ersten Mal ist es damit gelungen, von einem weit entfernten Himmelskörper auch zurückzukehren. Die Herausforderung war deshalb so groß, weil von vornherein die doppelte Menge an Treibstoff transportiert werden musste. Außerdem durfte die Sonde beim Eintritt in die Erdatmosphäre nicht verglühen.

Mit Hayabusa2 auf zu Ryugu

2014 startete die japanische Mission Hayabusa2 zum Asteroiden Ryugu. 2019 setzte die Sonde das Landegerät MASCOT ab, das in Deutschland entwickelt wurde. Zu Forschungszwecken hat MASCOT ein Radiometer, eine Kamera, ein Magnetometer und ein Spektrometer dabei. Hayabusa2 selbst sammelte 2019 an mehreren Stellen Bodenproben ein und bringt diese in einer Kapsel zur Erde, die dann an einem Fallschirm landen soll.

MASCOT

Der deutsche Lander MASCOT hat kein eigenes Antriebssystem und, weil er von der Sonde einfach ausgeworfen wurde, landete er unkontrolliert auf der Oberfläche von Ryugu. Dabei schlug er wegen der geringen Schwerkraft mit niedriger Geschwindigkeit neunmal auf. Doch genau das war der Plan, denn ein Antrieb ist schwer, und eine Fernsteuerung von der Erde aus ist bei 17 Minuten Signallaufzeit für die einfache Strecke sinnlos. Also musste sich MASCOT nach der Landung mittels Sensorik orientieren (er lag auf dem Rücken) und sich auf die richtige Seite „drehen“: Zum „Aufstehen“ hat er im Inneren einen Schwungarm eingebaut, der eine Lageveränderung und sogar Hüpfen möglich macht.

OSIRIS-REx holt Proben von Bennu

Bennu ist ein Asteroid mit eigener Umlaufbahn um unsere Sonne. Es ist möglich, dass er im nächsten Jahrhundert mit der Erde kollidiert (Wahrscheinlichkeit: 1:2700 – in etwa vergleichbar mit einem Vierer im Lotto). Die NASA-Sonde OSIRIS-REx machte sich 2016 auf den Weg, kam 2018 an, nimmt im Vorbeiflug mit einem Arm Proben, soll 2023 wieder auf der Erde zurück sein und den Container mit den Proben abwerfen. Eine erstaunliche Entdeckung: Der Asteroid ist nicht statisch, er hat starke Temperaturschwankungen und schleudert mit Partikeln, die schon mal zehn Zentimeter groß sein können.

Rosetta fliegt zu Churyumov-Gerasimenko

Der Komet Churyumov-Gerasimenko war von 2014 bis 2016 Untersuchungsziel der Rosetta-Mission. Rosetta umkreiste den Kometenkern in unterschiedlicher Entfernung und begleitete ihn auf seiner Bahn um die Sonne. Bei seiner Annäherung an die Sonne wurde er stark erwärmt und gab Gas und Staubteilchen ab, die genau vermessen wurden. Man konnte so sehr gut beobachten, wie sich ein Komet mit der Zeit verändert. Eine wissenschaftliche und technische Sensation war vor allem die Landung des DLR-Landers Philae – nach zehnjähriger Anreise.

Vesta, Ceres und die Sonde Dawn

„Dawn“ ist die 2007 gestartete NASA-Mission (mit deutscher Technik an Bord) zu den Asteroiden Vesta (Ankunft 2012) und Ceres (Ankunft 2015). Seit ihrer Entstehung vor viereinhalb Milliarden Jahren haben sich die beiden Körper vermutlich kaum mehr verändert. Sie befinden sich im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Sie sind die idealen Forschungsobjekte, um einen Blick weit in die Vergangenheit zu werfen, quasi zurück in die „Morgendämmerung“ (Dawn) unserer kosmischen Heimat. Dawn entdeckte auf Ceres organische Moleküle … war dort einst Leben möglich? Ceres ist so groß, dass er wie Pluto als Zwergplanet gilt.

Voyager-1-Sonde

Voyager 1 wurde 1977 von der NASA gestartet. Sie flog als das erste vom Menschen erzeugte Objekt im Jahr 2012 in den interstellaren Raum, verließ also unser Sonnensystem. Und fliegt auch aktuell mit 61.000 Kilometern pro Stunde immer noch weiter und wird nie zurückkehren. Ihre Flugstrecke liegt bei 520 Millionen Kilometern pro Jahr. Von der Erde aus gesehen befindet sich die Sonde mittlerweile im Sternbild Schlangenträger. Ihr Treibstoff zur Lageausrichtung wird bis 2025 ausreichen, zum nächsten Stern wird sie es allerdings wohl nicht schaffen. Voyager 1 kommt erst in 40.000 Jahren in die „Nähe“ des Sterns Gliese 445 – allerdings wird der Abstand bei ihrem Vorbeiflug immer noch 1,6 Lichtjahre betragen.

Alpha Centauri

Alpha Centauri ist das dem unseren am nächsten gelegene Sonnensystem. Es ist „nur“ 4,34 Lichtjahre entfernt und besitzt zwei Sonnen. Welche Planeten um diese Sonnen kreisen und ob es auf ihnen Spuren von Leben gibt, das ist noch unerforscht. In diesem Dreifachsternsystem gibt es den Stern Proxima Centauri. Diesen umkreist der Planet Proxima Centauri b. Es ist bislang der einzige der Menschheit bekannte Planet außerhalb unseres Sonnensystems – es ist nicht unmöglich, dass er bewohnbar wäre.

Hubble

Das 1990 gestartete Weltraumteleskop Hubble ist das erste Teleskop im All und hat dazu verschiedene Instrumente an Bord, die im Laufe der Jahre immer wieder ausgetauscht und verbessert wurden. Der größte Vorteil eines Weltraumteleskops: Vom All aus hat man einen klareren Blick aufs Universum, ohne störende Atmosphäre. Hubble liefert seit 25 Jahren wichtige Beiträge zu verschiedenen Gebieten der Astronomie (Planetenforschung, Kosmologie und Untersuchung von unterschiedlichen Objekten und Vorgängen in unserer Galaxie).

JWST

JWST, das James Webb Space Telescope, soll ab 2021 Hubbles Nachfolge antreten. Sein Einsatzort wird 1,5 Millionen Kilometer von der Erdumlaufbahn entfernt sein, anstatt in Erdnähe, wie der von Hubble. Ein Gigant: 6,5 Tonnen schwer und mit einem Teleskopspiegel-Durchmesser von 6,5 Metern.

Zehn Jahre lang wird JWST im Einsatz sein und unter anderem nach (Infrarot-)Licht von den ersten Sternen und Galaxien nach dem Urknall suchen. Darüber hinaus wird JWST – ähnlich wie Hubble – Beiträge zu einer ganzen Bandbreite wissenschaftlicher Themen rund um die Entstehung, Entwicklung und Struktur des Weltalls liefern. Die Wissenschaft erhofft sich auch neue Erkenntnisse zur Entstehung von Sternen, Planeten – und dem Leben.

Cheops

Wir wissen relativ viel über Sterne, also Sonnen – rund 1,7 Milliarden wurden bereits kartografiert. Aber wir wissen relativ wenig über die rund 4.000 Planeten, die man bisher mit verschiedenen Methoden entdeckt hat. Mit dem kleinen Weltraumteleskop CHEOPS sollen mehrere hundert (Exo-)Planeten, die bereits vom Boden aus mit einer bestimmten Methode gefunden wurden, mit einer anderen Methode beobachtet werden. Dabei wird die Dichte bestimmt. So wird klar, ob es sich jeweils um Gesteins-, Eis- oder Gasplaneten handelt.

Euclid

Euclid, ein neues Weltraumteleskop der ESA, soll ab circa 2022 etwa sechs Jahre lang die dunkle Materie und die dunkle Energie erforschen (vom Lagrange-Punkt L2 aus, einer Umlaufbahn 1,5 Millionen Kilometer weit von der Erde entfernt). Es ist bis heute nicht klar, woraus sie besteht. Da sie nicht leuchtet, äußert sich ihre Anwesenheit nur durch die Wirkung ihrer Anziehungskraft. Ihr wird eine wichtige Rolle bei der Strukturbildung im Universum zugeschrieben. Ohne ihre Schwerkraft hätten sich Galaxien, Sterne und Planeten – und damit auch das irdische Leben – nicht entwickeln können.

Aus der von der dunklen Materie verursachten Ablenkung des Lichts soll die Verteilung der dunklen Materie selbst bestimmt werden. Dazu wollen Forschende aus den Daten Rückschlüsse auf die Geometrie des Universums ziehen.

Noch weniger als über die dunkle Materie wissen wir über die dunkle Energie. Nach dem heutigen Modell des Kosmos besteht er zu 75 Prozent aus dunkler Energie. Die dunkle Energie ist dafür verantwortlich, dass sich das Universum immer schneller ausdehnt. Aus den Daten von Euclid erhofft man sich erste Hinweise auf die Natur dieser dunklen Energie.

Plato

Unter welchen Bedingungen entstehen Planeten – und wie entsteht Leben? Plato ist ein weltraumbasiertes Teleskop, das voraussichtlich ab 2026 die Suche nach Planeten um andere Sterne intensivieren wird. Es wird rund eine Million Sterne daraufhin scannen, ob und welche Planeten um sie herumkreisen.

Plato macht also eine Art „Bestandsaufnahme“ von Planetensystemen – Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen erhoffen sich davon Antworten auf Fragen danach, welche Planetensysteme überhaupt existieren und wie sie aufgebaut sind. Etwa alle gleich oder unterschiedlich?

Wer weiß: Vielleicht findet Plato ja auch eine zweite Erde.