Eines Tages wird man sich an den 25. August 2012 erinnern: Damals habe alles begonnen, wird es heißen. Denn das erste von Menschen gemachte Objekt hat an diesem Tag unser Sonnensystem verlassen. 35 Jahre nach dem Start drang die Raumsonde Voyager 1 in den interstellaren Weltraum vor, den schier unendlichen Raum zwischen den Sternen.
Vor Voyagers Grenzübertritt war die Raumfahrt auf unser Sonnensystem beschränkt. Das ist ungefähr so, als würde jemand in der Großstadt wohnen, aber nie sein Elternhaus verlassen. Solchen Stubenhockern bleiben natürlich viele Einsichten verborgen. Doch die Konzentration auf unsere kosmische Heimat, das Sonnensystem, hatte auch ihr Gutes: Nach fast sechs Jahrzehnten Raumfahrt ist es ein ziemlich gut erforschter Ort. Die weißen Flecken auf den Landkarten der wichtigsten Himmelskörper sind fast völlig verschwunden.
Selbst bei den allernächsten Sternen ist das noch lange nicht der Fall. Von ihnen trennt uns ein riesiger Abgrund. Und ihn zu überwinden erfordert eine völlig neue Antriebstechnik. „Eines Tages, davon bin ich überzeugt, werden interstellare Reisen Realität sein”, prognostizierte der Raumfahrtpionier Wernher vom Braun 1969, im Jahr der ersten Mondlandung. Seither haben Forscher und Ingenieure Konzepte erdacht, wie unsere stellare Nachbarschaft eines Tages erreicht werden könnte. Das wird allerdings eher Jahrhunderte als Jahrzehnte dauern.
Was die künftigen Raumschiffe dann vorfinden werden, erkunden die Astronomen bereits heute. In den vergangenen 20 Jahren haben sie mit ihren Instrumenten die Nachbarsterne ins Visier genommen. Und das Wissen über diese Systeme hat sich vervielfacht.
Kosmische Lese-Reise
bild der wissenschaft nimmt Sie mit auf eine fantastische Gedankenreise. Beim Ausflug zu den Sternen werden die astronomischen Fakten Ihrer Vorstellungskraft auf die Sprünge helfen. Wir haben für Sie die wichtigsten Highlights der 380 bekannten Himmelskörpern im Umkreis von 33 Lichtjahren ausgewählt.
Eines ist der Nachbarstern Alpha Centauri. Dass dieses Sternsystem mit vier Lichtjahren Abstand uns am nächsten ist, weiß man seit Langem. Doch dass Messungen dort auf die Existenz von Planeten ähnlich wie unsere Erde hindeuten, hat sogar Experten erstaunt.
Eine große Überraschung war auch die Entdeckung zweier Brauner Zwerge, die mit 6,5 Lichtjahren kaum weiter entfernt sind als Alpha Centauri. In der vierfachen Distanz wie dieses Doppelsystem befindet sich ein rötlicher Zwergstern, der gerade seine stellaren Flegeljahren durchlebt und mit Eruptionen und Röntgenausbrüchen auf sich aufmerksam macht. Ob ihn jugendliche Planeten umrunden, werden die Forscher noch klären.
Insbesondere die unscheinbaren Zwergsterne – rot, braun oder weiß – gingen den Astronomen früher durchs Netz. Inzwischen finden sie diese Sterne gleich reihenweise. Auch ein ganz besonderes Mini-Exemplar haben die Wissenschaftler jetzt aufgespürt: Mit nur neun Prozent des Sonnendurchmessers ist es der Prototyp für den kleinsten denkbaren Stern. Bei geringfügig weniger Masse wäre es ein stellarer Fehlzünder geworden, ein Brauner Zwerg.
Die Rundreise endet wieder auf der Erde – genauer auf dem Meeresboden, Tausende Meter unter den Wogen des Pazifiks. Von dort stammen Sedimente, die Physiker auf ihre Zusammensetzung untersucht haben. Sie fanden darin Spuren einer Supernova, die unsere stellare Nachbarschaft vor zwei Millionen Jahre schwer erschütterte.
Zuerst soll es aber um die Grenze gehen, durch deren Übertreten die altersschwache Voyager-Sonde vor zwei Jahren Raumfahrtgeschichte schrieb: die Heliopause. Hier endet das Sonnensystem, denn die Partikel des Sonnenwinds haben dort keinen nennenswerten Einfluss mehr auf die Gasströmungen des interstellaren Mediums.
Von Thorsten Dambeck
Der variable Abstand unserer Nachbarsterne
Anders als die antike Bezeichnung „Fixsterne” nahelegt, sind diese fernen Sonnen keineswegs fest am Himmel lokalisiert. Auch sie bewegen sich, allerdings viel langsamer als die Planeten (in der Antike „Wandelsterne” genannt). Daher wird Proxima Centauri nicht immer der sonnennächste Stern bleiben. Die Grafik zeigt, wie sich die Distanzen der engsten Nachbarn verändern – in einem Zeitraum zwischen 20 000 Jahren in der Vergangenheit und 80 000 Jahren in der Zukunft. Die genaue Ausdehnung der Oort‘schen Kometenwolke, die das Sonnensystem einhüllt, ist unbekannt.
Projekt Daedalus
Der Menschheitstraum vom Flug zu den Sternen könnte durchaus Realität werden. Bereits 1978 haben Wissenschaftler und Ingenieure der British Interplanetary Society nach mehrjähriger Arbeit eine Studie zum Bau einer interstellaren Raumsonde publiziert. Für Daedalus, so die Vorgabe, sollte nur Technologie berücksichtigt werden, die bereits in den 1970er-Jahren existierte oder zumindest in „naher Zukunft” zur Verfügung stehen würde. Eine weitere Bedingung: Spätestens 50 Jahre nach dem Start sollte der Zielstern erreicht sein.
Ergebnis der Überlegungen war ein zweistufiges Raumschiff von den Ausmaßen eines Flugzeugträgers. Der Koloss hätte eine Startmasse von 54 000 Tonnen – mehr als das Hundertfache der Internationalen Raumstation. Daedalus‘ Antrieb sollte auf Kernfusion basieren. Nach den Berechnungen der Forscher ist damit eine Höchstgeschwindigkeit von zwölf Prozent der Lichtgeschwindigkeit möglich. Als Ziel war Barnards Pfeilstern vorgesehen, der manchen Astronomen zufolge mehrere Planeten beherbergen sollte. Das ist nach heutigem Kenntnisstand allerdings nicht der Fall. Im Aktionsradius von Raumschiffen des Daedalus-Typs wurden aussichtsreiche Exoplaneten-Kandidaten entdeckt. Auch deshalb werden in jüngster Zeit die damaligen Studien wieder aufgegriffen – unter dem Namen „Icarus” sollen sie auf den aktuellen Stand gebracht werden. Bis die interstellare Raumfahrt Wirklichkeit wird, dürften aber eher Jahrhunderte als Jahrzehnte vergehen.
Nachbarn im All
Im Umkreis von 33 Lichtjahren sind über 380 Himmelskörper bekannt. Die meisten davon sind Zwergsterne – doch es gibt darunter auch Planeten, die erdähnliche Eigenschaften haben. Vielleicht werden Menschen eines Tages zu ihnen reisen. Ein erster kleiner Schritt ist bereits getan: Die Raumsonde Voyager 1, die 2012 als erstes von Menschenhand geschaffenes Objekt unser Sonnensystem verlassen hat, ist schon unterwegs zu den Sternen. Wir stellen Ihnen auf den folgenden Seiten die attraktivsten Ziele vor, die künftige Raumfahrer in der interstellaren Nachbarschaft erkunden können. Auch der Stern aus dem berühmten Kinofilm „Avatar” steht auf dem Reiseplan.
Seite 38 Expedition zu den Nachbarsternen
Aufbruch in den interstellaren Weltraum
Seite 40 Jenseits des Sonnensystems
Raumsonden erkunden die Region hinter der Heliosphäre
Seite 42 Die Kometenschleuder
Eine ferne Trümmerwolke hat einen erstaunlichen Einfluss
Seite 44 Der Heimatstern der Pandorianer
Der sonnnennächste Stern Alpha Centauri sorgt für Schlagzeilen
Seite 47 Zwerge im Vorgarten der Sonne
Zwei „verhinderte Sterne” sind für Überraschungen gut
Seite 50 Jünger als die Dinosaurier
AP Columbae – ein seltsamer Vogel im Sternbild Taube
Seite 51 Die explosive Blase
Wie Forscher Spuren einer Sternexplosion am Meeresgrund fanden
Kompakt
· Über 380 Himmelskörper sind im Umkreis von 33 Lichtjahren bekannt – mehrheitlich Rote Zwergsterne.
· Auch viele Braune Zwerge gehören zur Nachbarschaft. Ein nur 6,5 Lichtjahre entferntes Doppelsystem scheint sogar Planeten zu beherbergen.
· Die Sonnenumgebung bevölkern außerdem junge Sterne, die sich erst vor 40 Millionen Jahren gebildet haben, sowie stellare Greise, etwa Barnards Pfeilstern, dessen Alter auf etwa zehn Milliarden Jahre geschätzt wird.
· Vor zwei Milliarden Jahren hatte die Erde Kontakt mit einer Supernova. Der explodierte Stern schleuderte radioaktives Eisen ins All.
Explosions-Spuren aus Eisen
Was können Sedimente tief vom Meeresgrund denn über Supernovae verraten?
Forscherkollegen hatten eine Mangankruste vom Meeresgrund untersucht. Neben Mangan und anderen Metallen enthielt sie reichlich Eisen. Das Besondere an dieser Kruste mit dem Namen 237KD ist, dass in ihr das radioaktive Eisen-60 steckt. Im Unterschied zu anderen Isotopen entsteht es nicht in der Atmosphäre, zum Beispiel durch die Einwirkung Kosmischer Strahlung. Wenn es trotzdem auf unserem Planeten gefunden wird, muss es also außerirdischen Ursprungs sein. Es gibt ernstzunehmende Hinweise, dass es von einer recht nahen Supernova zu uns gelangt ist.
Was meinen Sie mit „recht nah”?
Ungefähr 300 Lichtjahre. Das ist verglichen mit der Größe der Milchstraße nah. Zu diesem Wert gelangt man, wenn man die Bewegung der infrage kommenden Sterne zurück berechnet.
Wie lange hat das strahlende Eisen bis zur Erde gebraucht?
Etwa 100 000 Jahre. Wir überprüfen dies momentan mit einer genaueren Methode. Die Gesamtmenge an Eisen-60, die damals die Erde erreichte, lässt sich nur schätzen. Sie lag wohl im Bereich von wenigen Kilogramm.
Dann ist der Fund ja regelrecht ein Glückstreffer! Wann fand die Supernova statt?
Meinen Modellrechnungen zufolge war das vor etwa 2,2 Millionen Jahren. Der Wert passt gut zum Alter der Mangankruste. Die Eisen-60-Anomalie kann also tatsächlich durch eine Supernova entstanden sein. Im Moment überprüfen wir das mit der Analyse von Sedimenten, die auf dem Meeresgrund tausendmal so schnell wachsen wie die Kruste. Damit bekommen wir eine bessere Zeitauflösung.
LESEN
Prachtvoller Bildband vom Sonnensystem bis zu fernen Galaxien: Giles Sparrow Die Galerie des Universums Kosmos, Stuttgart 2013, € 39,99
Braune Zwergsterne – Geschichte und aktueller Forschungsstand: Viki Joergens (Hrsg.) 50 years of brown dwarfs Springer, Cham 2014, € 106,99 (E-Book € 83,29)
Umfassendes Standardwerk: I. Neil Reid, Suzanne L. Hawley New light on dark stars Springer Praxis, Chichester 2010, € 128,39
INTERNET
Aktuelle Publikationen über die kosmische Nachbarschaft: www.recons.org
3D-Animation der 271 sonnennächsten Sterne: www.chara.gsu.edu/~riedel/10pc2011.html
Die Eisen-Anomalie am Meeresgrund: othes.univie.ac.at/8920
Fachartikel zum ersten guten Kandidaten eines extrasolaren Mondes: arxiv.org/abs/1312.3951
Die Missionen IBEX und WISE: www.ibex.swri.edu wise.ssl.berkeley.edu
Blase und Flocke
Die Lokale Blase ist eine Struktur des interstellaren Mediums im benachbarten Weltall. Sie erstreckt sich rund 300 bis 600 Lichtjahre in der Ebene der Milchstraße und etwa 2000 Lichtjahre senkrecht dazu. Astrophysiker haben berechnet, dass sie durch eine Abfolge von 14 bis 20 Supernova-Explosionen entstand, die vor 14 Millionen Jahren begann. Das interstellare Medium der Blase enthält vergleichsweise wenig neutralen Wasserstoff und es strahlt in weichem, also relativ langwelligem Röntgenlicht. Unsere Sonne befindet sich innerhalb dieser Blase, und zwar in einer Zone, mit dem Namen Local Fluff („Lokale Flocke”). Hier ist das interstellare Medium mit 7000 Grad Celsius deutlich „kühler” und weniger dicht. In einem Würfel von zehn Zentimeter Kantenlänge stecken gerade einmal 100 Atome – interstellare Wolken anderswo können durchaus 100 Mal so dicht sein. Die Sonne wird das Flocken-Wölkchen in rund 70 000 Jahren verlassen.
Gut zu wissen: Die zehn nächsten Sternsysteme
Name
Alpha Centauri
Barnards Pfeilstern
Luhman 16AB
(WISE J1049)
Wolf 359
Lalande 21185
Sirius
Luyten 726–8
Ross 154
Ross 248
Epsilon Eridani
Alpha Centauri A und B – das Sternenpaar nebenan
Mit 4,37 Lichtjahren Entfernung ist Alpha Centauri der sonnennächste Stern am Himmel. Das System besteht aus zwei hellen Sternen, A und B genannt, und einem lichtschwachen, momentan rund 0,2 Lichtjahre näheren dritten Stern, Proxima Centauri. Die Grafik zeigt die Bahn von B um A sowohl aus der irdischen Perspektive (enge Ellipse) als auch in der Aufsicht. Die eingezeichneten Punkte markieren die Position von B in Einheiten von 1/80 seines Orbits, was fast genau dem Zeitabstand eines Erdenjahrs entspricht (1/79,91 des Orbits). Sobald B den „ aufsteigenden Knoten” seiner elliptischen Bahn überschreitet, ist B weiter von der Erde entfernt als A. A und B haben 110 beziehungsweise 90,7 Prozent der Sonnenmasse und 90,7 beziehungsweise 44,5 Prozent der Sonnenleuchtkraft.
