Das Ende hatte Stil. Mit 48 Kilometern pro Sekunde schoss die betagte Raumsonde Galileo auf die Wolken des Riesenplaneten Jupiter zu, an jenem 21. September 2003 – fast acht Jahre nach ihrer Ankunft in einer Umlaufbahn, 14 Jahre nach dem Start und 26 Jahre nach dem Beginn eines der kompliziertesten, teuersten und aufregendsten Unternehmen der Planetenforschung. Jetzt sollte es kontrolliert beendet werden.

Die Welt nahm ein letztes Mal Notiz von Galileo, einer amerikanischen Mission mit starkem deutschem Beitrag, die unser Wissen über eine fremde Welt weit draußen gemehrt hatte wie keine zuvor. Auch das feurige Ende, das ihr nun bevorstand, hatte die fleißige Sonde selbst „verschuldet”: Es waren Galileos eigene Messungen gewesen, die klar für einen Ozean aus flüssigem Wasser unter der Eiskruste des Jupitermonds Europa sprachen (bild der wissenschaft 4/1998, „Expedition zum Wassermond”). Da man zumindest nicht ausschließen konnte, daß dort einmal Leben vorkam oder gar vorkommt, sollte Galileo auch nach dem Ende seiner langen Reise unter keinen Umständen auf Europa abstürzen dürfen.

Schließlich war die Sonde vor dem Start nicht sterilisiert worden, und irdische Mikroorganismen sind zäh. Wenn später einmal auf Europa Lebensspuren gefunden werden sollten, könnte man nicht ausschließen, daß sie einst von Galileo eingeschleppt wurden. Und so war schon im Jahr 2000 die Entscheidung gefallen: Am Ende muß Galileo verschwinden. Hätte man ihn einfach steuerlos sich selbst überlassen, so wäre er mit einiger Wahrscheinlichkeit irgendwann mit einem der großen Monde zusammengestoßen – womöglich mit Europa.

Der kontrollierte Absturz auf Jupiter war schon viele Monate vorher vorbereitet worden. Seit der Ankunft im Dezember 1995 war Galileo auf immer wieder neuen Schleifenbahnen um den Riesenplaneten gewandert, alle paar Monate dicht an einem seiner vier großen Monde vorbei: Ihre Schwerkraft hatte Galileos Fahrt immer wieder umgelenkt. Die letzten Mondbegegnungen hatte die Flugkontrolle im kalifornischen Jet Propulsion Laboratory bei Los Angeles genutzt, um Galileo auf Kamikaze-Kurs zu bringen. Drei Mal war seine Rundreise im Jupitersystem schon verlängert worden, aber nun hatte die Sonde fast allen Treibstoff für Kurskorrekturen verbraucht, und die Bordelektronik war durch die hohe Strahlung in der Nähe Jupiters schon weit über Gebühr belastet. Die Ausfälle hatten sich in den letzten Jahren gehäuft – aber an seinem letzten Tag, so schien es, wollte es Galileo noch einmal allen zeigen.

Die Endphase der Mission beginnt am 21. September 2003 um 7:52 Uhr MESZ – und zwar „Erd-Empfangszeit”: Selbst mit Lichtgeschwindigkeit brauchen Funkwellen von Jupiter zur Erde 52 Minuten und 18 Sekunden, und für die Bodenkontrolle „passiert” etwas traditionsgemäß immer erst dann, wenn ein Signal die Erde erreicht hat oder hätte erreichen können.

Orientierte sich die Raumsonde bislang immer an drei Sternen am Himmel gleichzeitig, so wird jetzt nur noch einer verwendet, die besonders helle Vega, denn die Sternenkamera leidet immer stärker unter dem Strahlenbeschuß Jupiters, je näher Galileo ihm kommt. In seinem gewaltigen Magnetfeld beschleunigt der Gasriese atomare Teilchen auf Energien, die einen Menschen sofort töten würden, doch Galileos Elektronik hat dem Dauerfeuer besser standgehalten als erwartet. Nur ganz selten hatte sich die Sonde in den vergangenen acht Jahren in die wirklich gefährliche innere Zone gewagt – und auch jetzt kann es jederzeit um ihr elektronisches Gehirn geschehen sein. Aber noch liefern mehrere der zahlreichen Instrumente Galileos wertvolle Messungen der Felder und Teilchen rund um die Sonde. 70 Meter große Antennenschüsseln in Kalifornien und Spanien empfangen die Daten in Echtzeit.

18:05 Uhr Earth Received Time: Galileo ist nur noch drei Jupiterdurchmesser, 422 000 Kilometer, vom Zentrum des Planeten entfernt. In diesem Abstand liegt auch die Bahn von Io – des innersten der vier großen Jupitermonde, der bereits dem vollen Teilchenbeschuß ausgesetzt ist. Ein paar Mal ist Galileo dicht an diesem explosivsten aller Körper des Sonnensystems vorbeigeflogen, dessen Oberfläche von ständigen Vulkanausbrüchen permanent umgewälzt wird – und mehr als einmal waren die Kamera und andere Instrumente just im spannendsten Moment von der Strahlung lahmgelegt worden.

Zwei Mal ist Galileo in den vergangenen acht Jahren sogar in den Bereich innerhalb der Io-Bahn vorgedrungen: bei der Ankunft und noch einmal im November 2002, als Galileo in nur einem Jupiterradius oder 71 500 Kilometer Höhe über Jupiters Wolken schoss. Inzwischen hat das Strahlungs-Dauerfeuer die Kamera lahmgelegt, Galileo wird nie wieder einen Stern sehen.

Um 20:48 Uhr passiert Galileo die Bahn des kleinen Mondes Amalthea. Er ist nur einer der – neben den vier großen Galileischen Monden – 59 kleinen Begleiter Jupiters, die bis Anfang 2004 entdeckt wurden, aber ein Kuriosum. Denn als Galileo im November 2002 nahe an Amalthea vorbeigeflogen war, hatte seine Sternenkamera mehrere ziemlich helle Lichtblitze registriert: War Amalthea von einem Schwarm kleiner Felsbrocken umgeben, die im Sonnenlicht aufblitzten? In seiner letzten Stunde kommt Galileo Amalthea zwar nicht mehr nahe, hält aber doch nach weiteren Blitzen Ausschau: Vielleicht ist ja die ganze Bahn voller Splitter? Ähnlich auffällige Blitze wie 2002 sind diesmal nicht zu sehen, ergibt später die Auswertung: eines von zahlreichen Mysterien des Jupiter-Systems, die Galileo späteren Forscher- und Sondengenerationen hinterlassen hat.

21:26 Uhr: Nur noch 43 000 Kilometer über den Wolken passiert Galileo eine historische Marke. 30 Jahre zuvor war die Raumsonde Pioneer 11 dem Jupiter so nahe gekommen und hatte einen Rekord aufgestellt. Erst 1995 brach ihn eine kleine Kapsel, die Galileo bei seiner Ankunft geradewegs in die Atmosphäre des Planeten gelenkt hatte. Fast eine Stunde lang hatte sie damals Messungen aus den Wolkenschichten gefunkt, bevor sie vom immer weiter steigenden Druck zermalmt wurde – ein Schicksal, das in einer halben Stunde Galileo selbst teilen würde. Die Kapsel hatte die Chemie der Jupiter-Atmosphäre mit der Zusammensetzung der Sonne verglichen, die den Urzustand des Sonnensystems widerspiegelt: Jupiter ist anders, hat sich also erheblich weiterentwickelt.

Auch die siebte Mission zum größten Planeten des Sonnensystems nähert sich nun unweigerlich dem Ende. In den siebziger Jahren waren Pioneer 10 und 11 und Voyager 1 und 2, 1992 Ulysses und Ende 2000 Cassini am Riesenplaneten vorbeigeflogen. Der Wunsch nach einem Orbiter, der jahrelang im Jupiter-System verweilen würde, ist alt: Die Planung von Galileo hatte bereits im Herbst 1977 begonnen, als die Voyagers gerade gestartet waren. Der Weg zum Jupiter war lang und reich an Hindernissen: Mal drohte der Abbruch des Projekts aus Kostengründen, dann musste Galileo 1986 in der Folge des Challenger-Unglücks auf eine starke Raketenoberstufe verzichten, die aus Sicherheitsgründen nicht mehr benutzt werden durfte. Nur auf Umwegen war Galileo – nach dem Start 1989 per Space Shuttle und kleinerer Rakete – überhaupt zu Jupiter gelangt: Mehrmals mußte durch enge Vorbeiflüge an Venus und Erde Schwung geholt werden. Über sechs Jahre hatte die Reise gedauert.

21:42 uhr– noch sieben Minuten und zehn Sekunden: Galileo schießt in einem flachen Winkel auf den Jupiter zu und passiert dessen Tag-Nacht-Grenze, tritt in den Schatten des Planeten ein. Eine Minute später verschwindet die Raumsonde auch aus Sicht der Erde hinter dem Planeten, nur noch 9300 Kilometer über den Wolken. Die Elektronik hat durchgehalten: Bis zum letzten Augenblick hat Galileo Messungen gesendet, und selbst das Schwinden des Signals, als die Sonde hinter den wolkigen Rand des Gasriesen taucht, lässt sich auf der Erde noch gut verfolgen. Das war die allerletzte wissenschaftliche Leistung Galileos, denn auch aus diesen Daten lassen sich noch Aussagen über die Jupiter-Atmosphäre gewinnen. Zwar haben die Experimente des letzten Tages keine grundlegend neuen Erkenntnisse erbracht, kommentiert heute der langjährige Chefwissenschaftler Torrence Johnson. Aber dass am Ende noch einmal alles tadellos funktioniert hat, war ein würdiger Abschluß eines großen Projekts. Die letzten Minuten bleiben der Erde verborgen. Um 21:49 Uhr hypothetischer Bodenempfangszeit – in Wirklichkeit schon um 20:57 Uhr geschehen – muss Galileo so tief in die Jupiter-Atmosphäre eingedrungen sein, dass ein Druck wie am Erdboden herrschte. Die flache Eintrittsbahn zielte auf einen imaginären Punkt noch 9700 Kilometer unterhalb dieses 1-Bar-Niveaus, aber schon viel höher dürfte sich die Sonde auf 1300 Grad Celsius aufgeheizt haben und in ihre 85 000 Einzelteile zerbrochen sein, die vollständig verglüht sind.

Wie acht Jahre zuvor die Atmosphärenkapsel, ist auch Galileo in Minuten zu einem Teil Jupiters geworden. Aus Anlass des unvermeidlichen Endes wurde eine große Feier im Jet Propulsion Lab organisiert, nur wenige Meter von der Flugkontrolle entfernt, wo man sicherheitshalber noch einige Stunden länger in Richtung Jupiter lauschte: Galileos Signal ist für immer verstummt – was beweist, dass auch das finale Manöver glückte.

Rund tausend Teilnehmer des Projekts, das letztlich über ein Vierteljahrhundert gedauert hatte, erweisen Galileo an jenem Tag die letzte Ehre. Ein nervöses Schweigen war über die Menge gefallen, als der Moment des Verglühens näherrückte, doch dann begann jemand, die Sekunden rückwärts zu zählen. Alle stimmten ein, und im Augenblick des Untergangs erhob sich jeder zu einer stehenden Ovation, die kein Ende nehmen wollte.

4,6 Milliarden Kilometer hat Galileo insgesamt zurückgelegt und über 30 Gigabyte Daten geliefert, darunter 14 000 Bilder – und das trotz einer Hauptantenne, die sich nie geöffnet hatte, eines Bandrekorders, der mehrmals beinahe streikte, und einer Strahlenbelastung, die die Spezifikationen um das Vierfache überstieg. Und bereits jetzt sind so viele Forschungsarbeiten anhand von Galileo-Daten erschienen, dass nicht einmal Chefwissenschaftler Johnson mehr eine komplette Liste besitzt. Nach dem Verlust der großen Antenne hatten die Galileo-Forscher geschätzt, dass sie vielleicht noch 70 Prozent des ursprünglich geplanten wissenschaftlichen Programms erreichen könnten, mit allen Tricks von besserer Datenkompression an Bord bis zu verstärkten Antennen auf der Erde. Heute sagt Johnson: „Wir waren besser als das!”

Alle wesentlichen Ziele wurden erreicht oder – dank der Missionsverlängerungen – sogar übertroffen. Und wie will man schon gänzlich unerwartete Entdeckungen in solch einer Statistik bewerten: Zu Galileos überraschendsten Erkenntnissen gehört der Nachweis von Ozeanen unter den Krusten von gleich drei der vier großen Monde, die sich über ihre magnetischen Effekte auf das Jupiterfeld verraten haben – jedenfalls gibt es für Johnson bisher keine andere Interpretation der Messungen.

Der schmerzlichste Verlust durch den Ausfall der Antenne und damit der ursprünglich geplanten permanent hohen Datenrate betraf ausgerechnet den Jupiter selbst. Es war einfach nicht möglich, ständig seine komplizierten Wolkenströmungen mit hoher Bildschärfe zu überwachen: Diese Datenflut war über die kleine Antenne schlicht nicht zur Erde zu bekommen. Der Trostpreis für die Atmosphärenforscher traf Ende 2000 in Gestalt der Raumsonde Cassini ein, die auf dem Weg zum Saturn am Jupiter Schwung holte. In den Monaten vor der größten Annäherung nahm sie mit ihrer Kamera genau jenen Zeitrafferfilm der Wolkenströmungen auf, der Galileo verwehrt geblieben war. Bei den meisten anderen Aufgaben konnte der angeschlagene Orbiter selbst improvisieren: Der Datenstrom von der Atmosphärenkapsel hielt sich in Grenzen und konnte komplett zwischengespeichert und gesendet werden. Die Datenmenge der Instrumente für Felder und Teilchen in der Jupiterumgebung war ebenfalls kein Problem – und die vielen Bilder und Messungen bei den Mondvorbeiflügen gab es immer nur alle paar Monate: Die Intervalle dazwischen boten reichlich Zeit für die langsame Übertragung vom Bandrekorder. Auch dieses verschleißanfällige Gerät kostete die Galileo-Forscher Nerven: Pünktlich zur Ankunft im Herbst 1995 blieb das Band hängen, und der Schreib- und Lesekopf scheuerte es fast durch. Nur mit großer Vorsicht konnte der Rekorder – der noch weitere Ausfälle zeigte – während der acht Jahre im Jupiterorbit benutzt werden. Und ausgerechnet beim ersten und ursprünglich einzigen geplanten Vorbeiflug am innersten großen Mond Io stand er gar nicht zur Verfügung.

Erst in der Verlängerung konnten von 1999 bis 2002 insgesamt sechs nahe Begegnungen ins Programm aufgenommen werden – und nur zwei davon absolvierte Galileo im Strahlungshagel der Jupiternähe völlig fehlerfrei. Gerade sie haben unser Wissen über den wohl ungewöhnlichsten aller Planetenmonde wesentlich vermehrt. Io ist mit 3650 Kilometer Durchmesser der zweitkleinste der großen Jupitermonde – der größte, Ganymed, bringt es auf 5270 Kilometer. Aber er ist geologisch aktiver als jeder andere Körper im Sonnensystem, mit ständig aktiven Vulkanen, die seine Oberfläche umkrempeln.

Den extremen Vulkanismus verdankt Io zum einen dem nahen Jupiter: Der Planet erschiene von Io aus vierzigmal so groß wie der Mond von der Erde, und er zwingt Io drei Kilometer hohe Gezeitenberge auf. Das wäre noch nicht so aufregend, da alle Großmonde Jupiter immer dieselbe Seite zeigen. Aber sie haben sehr spezielle Umlaufbahnen: Jedesmal wenn Ganymed eine Runde geschafft hat, ist Europa zwei- und Io viermal um den Jupiter gelaufen. Dadurch entstehen so genannte Resonanzen, die Io auf eine elliptische Bahn zwingen, und das lässt die Gezeitenberge ständig wachsen und schrumpfen.

Als sich Voyager 1 Anfang 1979 schon im Anflug auf Jupiter befand, rechneten drei amerikanische Theoretiker aus, dass dieser Effekt Io zum „am intensivsten aufgeheizten erdähnlichen Körper im Sonnensystem” machen sollte und dass „man spekulieren könnte, es gebe verbreiteten und wiederkehrenden Vulkanismus auf der Oberfläche”. Kurz: „Voyagers Bilder von Io könnten Hinweise auf eine planetare Struktur und Geschichte enthüllen, die sich drastisch von allem unterscheiden, was bisher beobachtet wurde.” Als diese prophetischen Worte drei Tage vor der Ankunft Voyagers in einer Fachzeitschrift erschienen, hatte dessen Kamera bereits faszinierende und extrem bunte Strukturen auf Ios Oberfläche ausgemacht: Das waren tatsächlich die vorausgesagten Vulkane. Noch spektakulärer war aber eine Zufallsentdeckung vom 8. März 1979, als Voyager 1 bereits am Jupiter Richtung Saturn vorbeigezogen war: Im Gegenlicht und auf der Nachtseite Ios erspähte seine Kamera riesige Fontänen – Io war aktiv!

Das dürfte schon mehrere Milliarden Jahre so sein, erläutert Tilman Spohn vom Institut für Planetologie der Universität Münster: Bald nachdem sich Jupiter und seine großen Monde aus dem solaren Urnebel gebildet hatten, wanderten die Monde in die Bahnresonanzen, in denen sie heute noch festsitzen. Auch Europa wird dadurch erwärmt, aber nicht annähernd so stark wie Io, „ein Körper in der Gezeitenfalle”.

Auch wenn die vier Monde anfangs eine ähnliche Zusammensetzung gehabt haben mögen: Io hat sich im Laufe der Jahrmilliarden völlig verändert. Durch die ständige Heizung hat der Mond alle leicht flüchtigen Substanzen ausgeschwitzt. Alles Wasser – dessen Eis die anderen drei Monde dominiert – ist seit langem verschwunden, und die Oberflächenchemie wird nun von Schwefel bestimmt. Deswegen ist sie auch so bunt: Je nachdem wie viele Schwefelatome zu einem Molekül zusammenfinden, ändert sich die Farbe stark. Wenn eines Tages auch der Schwefel in den Weltraum geblasen worden ist, wird Io sogar noch heißer werden. Doch in zwei bis drei Jahrmilliarden, so Spohns Abschätzung, wird Io die Gezeitenfalle verlassen und allmählich erkalten. Heute aber zeigt Io die größten Temperaturunterschiede irgendeines planetaren Körpers: Zwischen den Vulkanen ist die Oberfläche minus 190 Grad Celsius kalt, in den Vulkanen selbst aber kann die Temperatur bis 1700 Grad Celsius steigen. Die direkte Messung dieser hohen Werte an einigen der bis zu 300 heißen Stellen ist einer der wesentlichen Beiträge Galileos zum tieferen Verständnis Ios: Wäre nämlich nur der auffällige Schwefel am Vulkanismus beteiligt, wie in den Jahren nach den Voyager-Besuchen weithin vermutet wurde, dann wären nur Temperaturen bis etwa 1000 Grad Celsius möglich. Doch offensichtlich liegt Ios Aktivität ein basaltischer Vulkanismus zugrunde. Hinter den bis zu 500 Kilometer hohen Vulkanfontänen – machmal auch Geysire oder „plumes” genannt – steckt zum Beispiel Schwefeldioxid, in das die basaltische Schmelze eingedrungen ist. Eine weitere fundamentale Galileo-Entdeckung auf Io sind bis zu 15 Kilometer hohe Berge: Es muß eine stabile Kruste von vielleicht bis zu 50 Kilometer Dicke geben, um sie überhaupt tragen zu können. Darunter aber vermuten Theoretiker einen regelrechten Magma-Ozean, den die Gezeitenheizung am Kochen hält.

Der Mantel Ios ist in Spohns Lesart nicht vollständig aufgeschmolzen, sondern nur zu 30 bis 40 Prozent: Reine Schmelze hat einen enormen Auftrieb und dringt durch jeden Spalt in der festen Kruste an die Oberfläche. Dort breitet sich die Lava aus und kühlt sich drastisch ab: Mindestens 2,5 Watt pro Quadratmeter werden in den Weltraum abgestrahlt. Mehrere Spielarten des Io-Vulkanismus hat Galileo mit hoher räumlicher Auflösung abbilden können, darunter auch Lavaseen und einen feurigen „ Wasserfall” von solcher Intensität, dass die Kamera geblendet wurde. Aber die seltenen Vorbeiflüge und technischen Schwierigkeiten haben lange Listen offener Fragen hinterlassen, und eine Raumsonde speziell zu Io wird wegen der Strahlenbelastung nicht einmal erwogen.

Dafür sind nun die Astronomen auf der Erde am Zug, die bereits während der Galileo-Mission große Teleskope auf Io gerichtet hatten. Franck Marchis von der University of California in Berkeley intensiviert die Überwachung sogar. Mit drei Teleskopen der 2- bis 4-Meter-Klasse in den USA und auf La Palma werden immer wieder scharfe Bilder Ios im nahen Infrarot aufgenommen. Die moderne Technik der Adaptiven Optik, die die Luftunruhe der Erdatmosphäre teilweise ausgleicht, macht das möglich. Bricht ein neuer Vulkan aus, hat Marchis Zugriff auf die 8- und 10-Meter-Teleskope der Europäischen Südsternwarte in Chile und des Keck-Observatoriums auf Hawaii und kann noch während der Eruption detaillierte Spektren aufnehmen. Sie erlauben Aussagen über die maximalen Temperaturen, die Art der Lava und vieles mehr. Mitunter verdoppelt ein einziger Ausbruch Ios Wärmeabstrahlung. Aus den teleskopischen Untersuchungen erhofft sich Marchis weitere Einsichten über Ios Innenleben. Noch nie ist die Entwicklung einer großen Eruption von Anfang bis Ende systematisch beobachtet worden, denn alle Raumsonden lieferten nur Schnappschüsse.

Die systematische Überwachung Ios strebt auch John Spencer vom Lowell Observatory in Arizona an, dem es um die Atmosphäre des Mondes geht – und das Hubble Space Telescope ist dafür das ideale Werkzeug. Damit konnte Spencer zum Beispiel 1999 ein zweiatomiges Schwefelmolekül in der Fontäne des Vulkans Pele nachweisen – bis heute die einzige direkte Bestimmung einer chemischen Verbindung auf Io. Spencer hat es vor allem die ungewöhnliche Dichteverteilung der Io-Atmosphäre angetan: Sie ist auf einer Seite des Mondes zehnmal so dicht wie auf der anderen und fehlt dafür an den Polen fast völlig – ein weiteres Mysterium für die Io-Forscher der Zukunft.

Gegenwärtig wird die nukleargetriebene Sonde „Jupiter Icy Moons Orbiter” forciert (siehe „Mit Kernkraft zurück zum Jupiter?” ). Torrence Johnson ist zum Chefwissenschaftler für die Vorstudien berufen worden. Bei einer späteren Mission wird vielleicht ein Bohrer in Europas Eisdecke eindringen und bis zum Ozean durchstoßen. Außerdem ist ein polarer Jupiter-Orbiter im Gespräch. Auch von Kapseln, die viel tiefer als die Galileos in die Atmosphäre eindringen und für die es noch gar keine Technologie gibt, träumen Wissenschaftler bereits. Galileo soll nicht das Ende der Jupiterforschung bedeuten, sondern einen Zwischenschritt zu neuen Abenteuern. ■

DANIEL FISCHER ist Astronomiejournalist und Buchautor in Königswinter. Er ist Herausgeber der Zeitschrift Skyweek und des preisgekrönten Online- Nachrichtendienstes Cosmic Mirror (www.geocities. com/skyweek/mirror).