Was bringt die "Pioneer" vom Kurs?

Raumfahrt: US-Sonden rütteln am Weltbild der Physik. Wissenschaftler stehen vor einem Rätsel: Warum weichen die "Pioneer"-Sonden von ihrer Route ab? Welche geheimnisvolle Kraft ist im Spiel? Es darf spekuliert werden.

Von Hans-Arthur Marsiske

Diese künstlerische Zeichnung stellt den Vorbeiflug der US-amerikanischen Sonde „Pioneer 10“ an Jupiter im Jahr 1973 dar. Inzwischen verlassen „Pioneer 10“ und „Pioneer 11“, die 1973 gestartet wurde, das Sonnensystem. Foto: AP/Nasa

Als Viktor Toth vor Experten von der "Drei-Meter-Parabolantenne" der "Pioneer"-Sonden spricht, erntet er spontanen Protest. "2,74 Meter ist das Maß der Antenne", korrigiert ihn Slava Turyshev vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der Nasa. "Hier gibt es keine Rundungen."

Das Beharren auf Präzision hat einen bedeutsamen Hintergrund. Die beiden Weltraumfachleute waren kürzlich mit 25 anderen Forschern in Bern zusammengekommen, um ein rätselhaftes Phänomen zu diskutieren. Es ist als ",Pioneer'-Anomalie" bekannt. Auf ihrem Weg aus dem Sonnensystem heraus werden die 1972 und 1973 gestarteten US-amerikanischen Raumsonden "Pioneer 10" und "Pioneer 11" offenbar von einer bisher unbekannten Kraft abgebremst.

Diese Kraft ist winzig, hat sich aber im Lauf der Jahre zu einer Kursabweichung von ungefähr 400 000 Kilometern (auf einer Gesamtstrecke von fast 14 Milliarden Kilometern) summiert. Wer dieses Rätsel lösen will, muß es mit Maßen und Messungen sehr genau nehmen.

Entdeckt wurde die "Pioneer"-Anomalie bereits in den achtziger Jahren von dem JPL-Mitarbeiter John Anderson. Jahrelang behielt er seine Beobachtung für sich. Als er eines Tages dem Physiker Michael Martin Nieto vom Los Alamos National Laboratory davon erzählte, fiel der fast vom Stuhl. Gemeinsam mit Turyshev schauten sie sich die "Pioneer"-Daten genauer an. Kein Zweifel, die Abweichung von den erwarteten Werten ist da - und läßt sich vorerst nicht erklären.

Schon allein die Prüfung der Daten ist keine Kleinigkeit. Im Lauf der 34 Jahre seit dem Start haben sich Datenformate und Datenträger geändert, die Forscher, die sich damit auskennen, sind teilweise schon im Ruhestand. So kam auch Viktor Toth hinzu. Der selbständige Softwareentwickler aus Ottawa in Kanada hat in den vergangenen Jahren etliche Programme zur Verarbeitung der "Pioneer"-Rohdaten geschrieben. "Mein ursprüngliches Anliegen war es, das Erbe dieser wunderbaren Raumsonden zu bewahren und vielleicht eines Tages eine Homepage zu bauen, auf der ihre Geschichte nacherlebt werden kann", berichtet er. "Es ergab sich, daß dieselben Rohdaten, die ich zu lesen gelernt habe, genutzt werden können, um die Wärme an Bord und ihren möglichen Beitrag zur Abbremsung exakt zu bestimmen."

Die von den Radioisotopengeneratoren der "Pioneer"-Sonden erzeugte Wärme zählt zu den Hauptkandidaten bei der Suche nach der Bremskraft. Diese Generatoren erzeugen aus der Wärme, die beim radioaktiven Zerfall von Plutonium entsteht, elektrischen Strom. Wenn diese Wärmeenergie aus irgendeinem Grund in Flugrichtung der Sonden stärker abgestrahlt wird als in andere Richtungen, könnte das zu den beobachteten Abweichungen geführt haben. Die meisten Forscher räumen bereitwillig ein, daß die Ursache für die "Pioneer"-Anomalie sehr wahrscheinlich bei den Raumsonden selbst zu finden sein dürfte. Auch langsam entweichendes Gas oder Treibstoff könnten für den Effekt verantwortlich sein.

"Die thermische Abstrahlung ist schon der größte Effekt, der eine mögliche Ursache wäre", sagt der Physiker Claus Lämmerzahl von der Universität Bremen. Allerdings sei die zeitliche Konstanz der "Pioneer"-Anomalie damit schwer zu erklären, da die Wärme nicht mit der gleichen Konstanz abgestrahlt wird. Lämmerzahl will daher nicht ausschließen, daß die Abbremsung der "Pioneer"-Sonden möglicherweise durch eine bislang unbekannte natürliche Kraft verursacht wird.

Die Hinweise auf die Existenz einer solchen Kraft verdichten sich seit einigen Jahren. Die Beobachtung ferner Supernovae ergab, daß sich das Universum in den weit entfernten Bereichen schneller ausdehnt als erwartet. Offenbar gibt es eine Kraft, die über große Distanzen der Schwerkraft entgegenwirkt. Die Astronomen haben sie vorerst "dunkle Energie" genannt. Auch die großräumige Struktur der Galaxien läßt sich mit der Schwerkraft allein nicht erklären, es sei denn, man nimmt die Existenz einer großen Menge nicht beobachtbarer Materie an, sogenannter dunkler Materie, über deren Natur es bislang auch nur Spekulationen gibt.

Lämmerzahl meint, daß die "Pioneer"-Anomalie in der gleichen Größenordnung liegt wie die Effekte, die auf dunkle Energie und dunkle Materie zurückgeführt werden. Auf der Berner Tagung erntete er dafür nicht nur Zustimmung. Doch es ist diese Möglichkeit einer in den "Pioneer"-Daten verborgenen grundlegenden Revolution des physikalischen Weltbildes, insbesondere hinsichtlich unserer Vorstellungen von der Schwerkraft, die den Forschern keine Ruhe läßt.

Immerhin gibt es auch in den Daten anderer Weltraummissionen Hinweise auf ähnliche Effekte. Allerdings sind die nicht eindeutig genug, da die Sonden sich nicht weit genug von der Sonne entfernt haben.

Bei den "Voyager"-Sonden - neben "Pioneer" bislang die einzigen, die über den Saturnorbit hinausgeflogen sind - haben zu viele Kurskorrekturen eine mögliche Anomalie überlagert.

Daher bleiben den Wissenschaftlern vorerst nur die Daten der beiden "Pioneer"-Sonden. Immerhin hat sich dieser Datenbestand jetzt noch einmal deutlich verbessert. Die bisherigen Analysen beruhten nämlich lediglich auf den Datenmengen der Jahre 1987 bis 1998.

Mit Unterstützung der nicht-staatlichen Raumfahrtorganisation Planetary Society können jetzt auch die Daten aus den 15 Jahren davor und vier Jahren danach untersucht werden. Das sei, bemerkt Planetary-Society-Mitarbeiter Meret Chertkow, "das längste Analyseprojekt, das je unternommen worden ist".

Es wäre beinahe sogar noch länger geworden. Anfang März 2006 befand sich die Erde noch einmal in einer günstigen Position, um Funkkontakt mit "Pioneer 10" aufzunehmen. Doch es konnte kein Signal mehr empfangen werden.

Die "Pioneer"-Sonden sind für immer in den Tiefen des Alls verschwunden - und rütteln von dort aus an den Grundfesten unseres Weltbildes.

erschienen am 23. Mai 2006