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Interstellare Sonde, ein Missionskonzept für die NASA, zielt darauf ab, 150 Milliarden Kilometer an der Sonne vorbei zu reisen


Ralph McNutt ist der leitende Ermittler eines Missionskonzepts für die NASA namens Interstellar Probe, einer Reise über die Sonne hinaus, die den ersten beabsichtigten Schritt der Menschheit in den Raum zwischen den Sternen darstellen würde. (Marvin Joseph / Die Washington Post)

– Einer der Hauptpreise der Fort Worth Regional Science Fair im März 1970 – ein Rechenschieber und ein kostenloses Abendessen in Dallas – ging an einen Highschool-Junior namens Ralph McNutt, der 30 Seiten über die Frage „Interstellare Reisen: Ist es das? machbar? “und baute ein Kartonmodell des Raumschiffs, von dem er sagte, dass es das erste sein könnte, das eine andere Sonne besucht.

Menschen hatten Der 16-Jährige, der im vergangenen Sommer auf dem Mond gelandet war, notierte in der Abhandlung, dass seine Mutter auf ihrer Royal No. 10 Schreibmaschine für ihn transkribiert hatte. Bald, so war er sich sicher, würden wir uns auf alle anderen Planeten des Sonnensystems wagen. Dann wäre es Zeit für den nächsten Schritt: „Zu den Sternen gehen.“

An einem verschwitzten Sommernachmittag sitzt McNutt in seinem Büro im Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University. Er ist 65 Jahre alt, trägt eine Mickey-Mouse-Armbanduhr und schütteres Haar. Auf seinem Computerbildschirm ist der neueste Entwurf seines Kindheitstraums zu sehen: Ein Plan für eine Sonde, die 1000-mal weiter als die Erde wandert, ist von der Sonne entfernt und hinterlässt die Sicherheit unseres Sonnensystems, um die Wildnis des interstellaren Weltraums zu erforschen.

Von diesem weit entfernten Standpunkt aus wird Interstellar Probe den Menschen helfen, sich endlich als das zu sehen, was wir wirklich sind, sagt McNutt: Bürger einer Galaxie. Unser Heimatplanet wird nur eine Welt unter vielen sein, und die Sonne, die uns das Leben gibt, ist nur ein weiterer Lichtstrahl in der endlosen Dunkelheit.

Es ist ein kühner Vorschlag, auch nach Maßstäben der Raumfahrt. Es würde 50 Jahre dauern, bis die Sonde ihr Ziel erreicht. Bis dahin sind fast alle an dem Projekt beteiligten Personen tot.

Trotzdem hoffen McNutt und ein Kader von Träumerkollegen, in ein paar Jahren eine wichtige Bestätigung zu erhalten, wenn die Weltraumwissenschaftler des Landes eine Liste ihrer wichtigsten Forschungsprioritäten veröffentlichen. Um Interstellar Probe auf die Tagesordnung zu setzen, müssen seine Unterstützer ihre Kollegen davon überzeugen, dass sein Ziel wissenschaftlich wertvoll ist, ganz zu schweigen von der politischen Tragfähigkeit, wenn im Sonnensystem noch so viele Fragen offen und so viele irdische Streitereien ungelöst sind.

Warum glaubt McNutt, dass dies möglich ist?

Der Wissenschaftler lehnt sich in seinem Stuhl zurück und verschränkt die Arme. Wenn er antwortet, handelt es sich um Poesie.

"Ich denke, die Reichweite des Menschen sollte seinen Einfluss übersteigen", umschreibt er Robert Browning. "Sonst, wofür ist ein Himmel?"


McNutt zeigt seinen Rechenschieber – ein mechanisches Instrument zur Erstellung mathematischer Berechnungen -, den er als Schüler für eine wissenschaftliche Messepräsentation über interstellares Reisen gewonnen hat. (Marvin Joseph / Die Washington Post)

93 Milliarden Meilen von der Sonne entfernt

Unsere Sonne sitzt auf einem kleinen Arm des sich drehenden, von Sternen übersäten Windrads der Milchstraße, ungefähr 25.000 Lichtjahre vom galaktischen Kern entfernt. Das Sonnensystem, das mit einer Geschwindigkeit von etwa einer halben Million Meilen pro Stunde durch den Kosmos zoomt, wird von Gas- und Staubböen getroffen und von energetischen Partikeln bombardiert, deren Ursprung ein Rätsel ist.

Aber wir auf der Erde sind teilweise von diesem Chaos durch die Heliosphäre abgeschirmt, eine ballonähnliche Struktur, die vom Sonnenwind aufgeblasen wird. Geladene Teilchen, die von der Sonne strömen, strömen zum Rand des Sonnensystems – vorbei an den Planeten, hinter Pluto, durch den gefrorenen Heiligenschein des Kuipergürtels zu einem Ort namens Heliopause.

Dies ist die Grenzzone zwischen dem Fluss der Sonnenpartikel und dem Ozean des interstellaren Raums; die Grenze zwischen unserer himmlischen Nachbarschaft und dem weiteren Universum.

Nur zwei Raumschiffe haben diese Zone erreicht und haben überlebt, um die Geschichte zu erzählen: die beiden Voyager-Sonden, die 1977 gestartet wurden und mehr als 35 Jahre brauchten, um die Heliopause zu erreichen. (Die Pioneer-Sonden verließen das Sonnensystem, waren aber zu diesem Zeitpunkt nicht mehr in Betrieb.) Jetzt wird ihre Funkkommunikation immer schwächer, und mehrere Instrumente sind ausgefallen.

Voyager 1, das am weitesten entfernte vom Menschen gebaute Objekt im Universum, ist jetzt 145 astronomische Einheiten von der Erde entfernt (eine astronomische Einheit entspricht der Entfernung zwischen Erde und Sonne). In diesem Tempo würde es 283 Jahre dauern, bis 1.000 AU – 93 Milliarden Meilen von der Sonne entfernt – der Ort erreicht sind, den McNutt zu erreichen hofft.

"Um wirklich zu erkunden, was da draußen ist. . . Sie möchten so schnell wie möglich aus dem Sonnensystem herauskommen “, sagte er.

Und dafür braucht man eine richtig große Rakete.

Die NASA könnte bald eine haben. Das ultramächtige (aber langverzögerte) Weltraumstartsystem, das fast doppelt so viel Schub wie die größte Rakete im Einsatz bringen kann, wird voraussichtlich 2020 oder 2021 zum ersten Mal fliegen.

Mit dem SLS könnte die interstellare Sonde die Erde mit einer Geschwindigkeit von etwa 14 Kilometern pro Sekunde verlassen. Nachdem sie den Jupiter umrundet hatten, fiel die Sonde zurück in Richtung Sonne und nahm die Geschwindigkeit der Anziehungskraft unseres Sterns auf. Es würde die Umlaufbahnen der inneren Planeten passieren und durch die Sonnenkorona fliegen, bis es schließlich, knapp über der lodernden Sonnenoberfläche, eine zweite Rakete abfeuerte und mit einer Geschwindigkeit von 60 Meilen pro Sekunde in die Dunkelheit raste. In diesem rasanten und zugegebenermaßen aufstrebenden Tempo würde es kaum mehr als ein Jahrzehnt dauern, bis man die Heliopause erreicht.

Die Reisezeit wäre nicht verschwendet. Die Planetenforscherin Kathy Mandt hat das Potenzial von Interstellar Probe untersucht, um an Uranus, Neptun oder einem eisigen Körper im Kuipergürtel namens Quaoar vorbeizufliegen.

Die Physikerin Abigail Rymer überlegt, wie die Mission die Erforschung von Exoplaneten unterstützen kann. Ein Experiment könnte einen Rückblick auf die Planeten mit denselben Techniken beinhalten, mit denen Wissenschaftler auf der Erde fremde Welten untersuchen.

„Vor dem Hintergrund der Sterne“, sagt sie, „werden wir unser bewohnbares Zuhause sehen. . . und wir werden besser verstehen, was Bewohnbarkeit bedeutet. "

Überquert die Sonde die Grenze zum interstellaren Raum, kann sie nach Staub suchen und Partikel aufschlämmen, um Forschern das Verständnis der Struktur der Heliosphäre und des Materials zu erleichtern, aus dem sich unser Sonnensystem gebildet hat.

Und sobald es die Schutzblase der Sonne verlassen hat, kann es endlich Phänomene untersuchen, die die Heliosphäre verdeckt: galaktische kosmische Strahlen von explodierenden Sternen; Licht aus dem Nachglühen des Urknalls; Trümmerscheiben, auf denen sich Planeten um andere Sonnen bilden.

Der richtige Zeitpunkt, um es zu versuchen?

Derzeit gibt es Interstellar Probe nur in Form von PowerPoint-Präsentationen und einem Augenzwinkern in McNutt's Augen. Sein Team hat ungefähr 700.000 US-Dollar für Konzeptstudien erhalten und sie warten darauf, zu erfahren, ob die NASA ihnen in den nächsten drei Jahren weitere 6,5 Millionen US-Dollar zur Verfügung stellt, um einen detaillierteren wissenschaftlichen Plan und ein detaillierteres Missionsdesign zu erstellen.

Der entscheidende Moment wird 2023 sein, wenn die Nationalen Akademien der Wissenschaften, Ingenieurwissenschaften und Medizin ihre nächste zehnjährige Umfrage zur Sonnen- und Weltraumphysik veröffentlichen werden. Diese Bewertungen, die alle 10 Jahre auf Ersuchen des Kongresses und der NASA durchgeführt werden, stellen den offiziellen Konsens über die landesweiten raumfahrtwissenschaftlichen Ziele dar und leiten das NASA-Budget in den folgenden Jahren.

Wenn Interstellar Probe zu Lebzeiten von McNutt gestartet werden soll, muss es als oberste Priorität eingestuft werden.

"Es war immer etwas, was wir nicht sofort tun konnten, aber vielleicht für die Zukunft beiseite legen", sagt Richard Mewaldt, ein Caltech-Physiker, der während der letzten zehn Jahre dauernden Umfrage, die 2013 veröffentlicht wurde, als Vorsitzender des Panels für Sonnen- und Heliosphärenphysik fungierte. In diesem Bericht wurde die Vorausplanung für eine interstellare Sonde als achter von neun Erfordernissen für die NASA eingestuft.

Mewaldt merkt an, dass die Abteilung für Heliophysik der NASA – die eine interstellare Mission überwachen würde – von allen Wissenschaftsabteilungen der Agentur die geringste Finanzierung erhält. Interstellare Sonde könnte besser abschneiden, wenn die Planer von der planetarischen Wissenschaftsgemeinschaft eine Bestätigung erhalten, die von Flügen an den Eisriesen vorbei oder durch den Kuipergürtel profitieren könnte. Die wissenschaftliche Welt sei jedoch in der Regel dumm, was es schwierig mache, Missionen über mehrere NASA-Abteilungen hinweg finanziell zu unterstützen.

Selbst wenn das Projekt voranschreitet, ist nicht klar, wie ein Raumschiff den Solar-Vorbeiflug überleben könnte. Der beste Hitzeschild, den Menschen je gebaut haben und der derzeit auf der Parker Solar Probe der NASA fliegt, wurde entwickelt, um ein Raumschiff in einem Umkreis von 3,8 Millionen Meilen um die Sonnenoberfläche zu schützen. Um die gewünschte Geschwindigkeit zu erreichen, müsste die Interstellare Sonde mehr als doppelt so nah sein.

"Es gibt einen Moment für jede große Mission, fast einen" Aha "-Moment, in dem die Technologie fertig ist und Sie einen Plan haben, der Sinn macht und die wissenschaftlichen Fragen beantworten wird", sagt Nicky Fox, Direktor der NASA Abteilung für Heliophysik. Das Problem mit dem Hitzeschild stehe immer noch zwischen der Interstellaren Sonde und diesem Moment.

Andererseits, sagt sie, kommt für jede große Mission ein Moment, in dem Wissenschaftler einfach entscheiden, dass jetzt der richtige Zeitpunkt ist, es zu versuchen.

Eine andere Frage erhebt sich über die Mission, die über Budget- und Bürokratiethemen hinaus bis an die Grenzen dessen geht, was Menschen leisten können.

Bis 2050 – dem Jahr, in dem die Sonde das interstellare Medium erreichen würde – wird die globale Durchschnittstemperatur laut Prognose des Zwischenstaatlichen Ausschusses der Vereinten Nationen zum Klimawandel bereits mehr als 2 Grad Celsius höher sein als in vorindustriellen Zeiten. Wenn die Welt ihren Kohlenstoffverbrauch nicht drastisch senkt, sehen wir einer Zukunft entgegen, in der Städte unter einem Meter hohen Meeresspiegel versinken oder sich auf unerträgliche Weise erwärmen. Die meisten großen Emittenten sind jedoch weit davon entfernt, ihre Klimaziele zu erreichen.

Selten hat die Kluft zwischen dem, was die Welt ist können tun und was es werden schien so groß.

"Sie können es kaum erwarten, dass die Zukunft kommt"

Aber vielleicht, sagt Mandt, ist die offensichtliche Kühnheit einer interstellaren Mission genau das, was es wert ist, es zu versuchen.

"Dies wäre ein Beispiel für eine große Gruppe von Menschen, die zusammen an etwas arbeiten, das mehrere Generationen umfasst", sagt sie. "Was ist das gleiche, was wir mit dem Klimawandel brauchen."

Mitglieder des Interstellar Probe-Teams, so stellte sie fest, reichen von Stipendiaten, die gerade die Graduiertenschule abgeschlossen haben, bis zu Leuten, die sich aus dem Ruhestand verabschieden. Sie kommen aus mindestens acht Ländern. Dazu gehören Planetenforscher, Astronomen, Ingenieure und ein Teilchenphysiker.

Im vergangenen Herbst lud Mandt Janet Vertesi aus Princeton, die ethnografische Studien an Raumfahrzeugteams durchgeführt hatte, ein, das Team in organisatorischen Fragen zu beraten. Es ist das erste Mal, dass ein Soziologe an der Konzeption einer NASA-Mission beteiligt ist.

Ihre Aufgabe ist es, „sie an die menschliche Seite zu erinnern“, sagt Vertesi: Wie man Konflikte löst. Wo werden Daten gespeichert? So führen Sie die Öffentlichkeitsarbeit durch, damit die Demografie des Projektteams heute die vielfältigere Nation widerspiegelt, die die Sonde in den kommenden Jahrzehnten auf den Markt bringen wird.

"Wir testen gerade die Vorstellung, dass Sie eine Mission im Voraus planen können, um auch bestimmte soziale Ziele zu erreichen", sagt Vertesi.

In diesen "unsicheren Zeiten", fügt sie hinzu, ist es ein berauschendes Gefühl, an etwas zu partizipieren, das von Natur aus optimistisch ist. Als Computer zu sehen, berechnet die genaue Position der Planeten auf dem Datum in 50 Jahren. Zu sehen, wie Wissenschaftler den Rest ihrer Karriere für eine Idee einsetzen, deren Verwirklichung sie vielleicht nie mehr erleben werden.

"Diese Leute", sagt sie, "können es kaum erwarten, dass die Zukunft kommt."

In seinem Büro in Maryland wendet sich McNutt vom unvollendeten Plan auf seinem Computerbildschirm ab und versucht, den Moment zu visualisieren, in dem die interstellare Sonde die Leere zwischen den Sternen erreicht.

Es gibt keine Möglichkeit zu wissen, was es dort außerhalb des Schleiers des Sonnenwinds herausfinden wird. Aber eines ist er sicher.

Wenn sich die Sonde zur Erde dreht, um die gesammelten Daten zurückzusenden, hat sie „einen der speziellsten Orte im Universum“ im Visier, sagt McNutt: die kleine, wässrige Welt, in der sie zum ersten Mal entstanden ist.

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