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Bis zur Grenze des Sonnensystems ist es ein weiter weg. Die meisten unserer Raumfahrzeuge sind sowieso zu langsam, um den gravitativen Einflussbereich der Sonne zu verlassen. Aber ein paar von ihnen können es schaffen und sind schon seit langer Zeit unterwegs. Aber sie werden noch viel, viel länger unterwegs sein, bis sie tatsächlich die Grenze des Sonnensystems erreichen.

Sternengeschichten-Cover

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Transkription

Sternengeschichten Folge 152: Pioneer und Voyager – Auf dem Weg aus dem Sonnensystem

In der letzten Folge der Sternengeschichten habe ich erklärt, welche Geschwindigkeit notwendig ist, wenn man von der Erde in den Weltraum gelangen will. Die sogenannte erste kosmische Geschwindigkeit reicht aus, um die Erde zu umkreisen und nicht mehr auf den Boden zurück zu fallen. Mit der zweiten kosmischen Geschwindigkeit kann man dem Einflussbereich unseres Planeten ganz entkommen. Will man aber das Sonnensystem komplett verlassen und der Gravitationskraft der Sonne und all ihrer Planeten entkommen, dann ist dafür die dritte kosmische Geschwindigkeit notwendig. Von der Erde aus muss ein Raumfahrzeug dafür mit mindestens 16,7 Kilometern pro Sekunde in den Weltraum starten.

Diese Geschwindigkeit haben die meisten der Raumsonden die wir ins All gebracht haben, nicht erreicht. Aber ein paar davon schon und sie sind tatsächlich mittlerweile auf dem Weg aus dem Sonnensystem hinaus. In den 1960er Jahren war das Sonnensystem allgemein noch ziemlich unerforscht. Die meisten der großen Himmelskörper hatte noch keine Raumsonde aus der Nähe gesehen und vor allem die Planeten des äußeren Bereichs waren noch nie besucht worden. Um endlich einen detaillierten Blick auf die Gasriesen Jupiter und Saturn werfen zu können, schickte die NASA also nach einiger Vorbereitung am 3. März 1972 die Raumsonde Pioneer 10 ins All. Am 6. April 1973 folgte Pioneer 11. Die nur jeweils 260 Kilogramm schweren Sonden sollten an Jupiter und Saturn vorbei fliegen und die ersten Bilder aus der Nähe machen.

Nur 11 Stunden nach dem Start hatte Pioneer 10 schon den Mond passiert und war damit das schnellste menschengemachte Objekt der damaligen Zeit. Im Juni 1972 flog die Sonde am Mars vorbei und im Juli war sie das erste Raumfahrzeug, das den Asteroidengürtel durchquerte, der zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter liegt. Am 4. Dezember 1973 erreichte Pioneer 10 schließlich mit knapp 200.000 Kilometern den geringsten Abstand zu Jupiter. Die Daten dort gesammelt wurden waren revolutionär und die Astronomen hatten das erste Mal die Gelegenheit, den größten Planeten unseres Systems im Detail zu studieren. Die Sonde blieb aber nicht dort, sondern flog weiter, immer tiefer hinaus in die äußeren Bereiche des Sonnensystems. 1983 kreuzte sie die Umlaufbahnen von Pluto und Neptun. 1997 wurde die Mission von Pioneer 10 offiziell beendet; Signale schickte die Sonde allerdings trotzdem noch zurück zur Erde. Die wurden aber immer schwächer. Am 27. April 2002 konnte auf der Erde das letzte Mal eine klare Botschaft von Pioneer 10 empfangen werden – die Raumsonde war damals schon 80 Astronomische Einheiten entfernt; also 80 Mal weiter von der Sonne weg als die Erde und weit außerhalb der Umlaufbahnen der bekannten Planeten. Ein letztes, aber unverständliches Signal der Sonde kam am 23. Januar 2003 auf der Erde an. Die Battieren von Pioneer 10 waren schon zu schwach, um noch klare Daten senden zu können. Aber auch wenn wir nicht mehr mit Pioneer 10 kommunizieren können, fliegt sie doch immer weiter.

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Kommentare (15)

  1. #1 dgbrt
    23. Oktober 2015

    Zur Diskussion, ob Voyager 1 das Sonnensystem verlassen hat, darf dieser Comic natürlich nicht fehlen:
    xkcd: Voyager 1

  2. #2 Artur57
    24. Oktober 2015

    Nun hatten wir ja unlängst die Fluchtgeschwindigkeiten und die der zweiten Art beträgt bei der Sonne laut Wiki um die 533 km/s. Korrekt bezeichnet diese Fluchtgeschwindigkeit die v0, mit der ein Teilchen an den unendlich fernen Ort geschleudert wird, wo es dann zur Ruhe kommt. Nun liegt die Geschwindigkeit des Sonnenwindes genau in einer Toleranz, die diese v0 Einschließt. Der Sonnenwind ist ursprünglich 300 bis 900 km/s schnell. Man kann also annehmen, dass dort in der Heliopause die Teilchen ihre kinetische Energie aufgebraucht haben. Das aber hieße, dass sich Elrektronen und Protonen wieder zu H2-Atomen zusammenfügen. Auf dem Flug tun sie das nicht, erstens weil sie sich auf divergierenden Bahnen befinden und zweitens, thermodynamisch gesehen, Teilchen mit dieser Geschwindigkeit immer ein Plasma bilden.

    Der Witz ist: genau das passiert

    Auch die IBEX-Messungen zeigen, dass sich an der Heliopause seltsame Dinge ereignen. Das überraschendste Ergebnis der Mission war die Entdeckung eines breiten Bands am Himmel – einer Region, aus der zwei- bis dreimal so viele neutrale Wasserstoff-Atome zur Erde strömen wie vom Rest des Firmaments. „Diese Struktur hat kein Modell vorhergesagt. Damit hat wirklich niemand gerechnet“, staunt Eberhard Möbius immer noch.

    Also Astrodictum-Leser hätten damit durchaus gerechnet. Muss ja mal gesagt werden.

  3. #3 dgbrt
    24. Oktober 2015

    @Artur57:
    Zwei Anmerkungen:
    1. Die 533 km/s gelten für die Sonnenoberfläche. Bei der Erde braucht man nur noch 42 km/s (bei Berücksichtigung der Bahngeschwindigkeit der Erde sogar nur 16,7 km/s) und da, wo die Voyager-Sonden jetzt sind (mehr als 100 AE Abstand zu Sonne) sind es nur noch etwa 4 km/s. Die Sonden selbst fliegen dort übrigens noch ca. 17 km/s.
    2. Kinetische Energie wird nicht aufgebraucht. Sie kann sich in diesem Fall höchstens in thermische Energie umwandeln. Da draußen ist es aber bekanntlich nicht besonders warm. Was da wirklich passiert, ist dass die Dichte des Sonnenwindes immer geringer wird (das geht mit Kehrwert der dritten Potenz zum Sonnenabstand nach unten) und somit irgendwann die interstellare Teilchenstrahlung überwiegt. Die Teilchen von der Sonne sind aber immer noch 100-200 km/s schnell.

    Natürlich spielen da auch interstellare Magnetfelder eine große Rolle, das wird z.Zt. ja noch erforscht.

  4. #4 Dampier
    25. Oktober 2015

    Wenn man Sternengeschichten auf Youtube guckt, gibt es keinen einzigen Hinweis auf den Autoren. Bescheidenheit ist zwar eine Zier, aber ich denke, du solltest doch mal überlegen, deinen Namen in den Vorspann der Filmchen zu schreiben, und im Infotext einen Link aufs Blog unterbringen …

  5. #5 Florian Freistetter
    25. Oktober 2015

    @Dampier: Hmm – also in der Beschreibung der Videos ist ein Link zum Blog; und am Ende sollte eigentlich auch ein Link auftauchen. Aber ich schaus mir nochmal an; du hast recht das da noch mehr Infos sein sollten.

  6. #6 Dampier
    25. Oktober 2015

    Jo, den Link hab ich jetzt auch gefunden (hatte nicht gesehen, dass der zum Blog weiterleitet). Aber ich finde, dein Name gehört in den Vorspann.

  7. #7 hook
    26. Oktober 2015

    Ist die New Horizons Sonde schneller als die Pioniere und Reisenden (Voyagers)? Ich denke ja. Wann wird Sie die “überholen”? ist bekannt, wie lange die “kommunikationsfähig” sein wird?

  8. #8 Captain E.
    26. Oktober 2015

    New Horizons dürfte wegen Swing-by-Manöver der Voyagers um einiges langsamer sein und könnte diese schon deshalb nie überholen. Außerdem fliegt sie meines Wissens in eine ganz andere Richtung. So lange funktionieren wie die Voyagers wird sie zumindest nicht. Man fliegt noch ein weiteres kleines Ziel an, und dann ist in ein paar Jahren Schluss.

  9. #9 Florian Freistetter
    26. Oktober 2015

    @hook: New Horizons wird die Voyagers nie einholen – das schafft sie nicht mehr.

  10. #10 chefin
    27. Oktober 2015

    Ist Voyager1 aktuell nicht langsamer als New Horizon? Oder ist der Kurs von New Horizon so, das er sich weniger stark von der Sonne wegbewegt durch die Manöver(also quasi sich einer Umlaufbahn nähert).

    Ansonsten wäre es ja nur eine frage der Zeit bis die Entfernung von der Sonne größer wird als bei Voyager. Einholen im Sinn von überholen bei gleicher Fahrtrichtung wird im Weltall eher selten passieren, da jede Sonde ja ihre eigene Flugbahn hat die stark von anderen Flugbahnen abweicht.

  11. #11 Alderamin
    27. Oktober 2015

    @chefin

    Nein, die Voyager sind schneller unterwegs als New Horizons.

    17 bzw. 15,5 km/s relativ zur Sonne.

    Bei New Horizons sind es 14.5 km/s. Und die Voyagers sind außerdem schon ein gutes Stück weiter weg von der Sonne, so dass sie weniger an Geschwindigkeit verlieren als New Horizons.

    Die Voyager haben bei ihren Vorbeiflügen an Jupiter und Saturn (Voyager 2 auch bei Uranus) viel mehr Geschwindigkeit aufgenommen als New Horizons bei seinem Jupitervorbeiflug. New Horizons ist lediglich mit etwas mehr Anfangsgeschwindigkeit auf den Weg gebracht worden.

  12. #12 hook
    27. Oktober 2015

    Danke für Eure Antworten. Mir war schon klar, dass die sich nicht fröhlich zuwinkend überholen. Deshalb habe ich überholen auch in “” gesetzt. Gemeint war “größere Entfernung zur Sonne erreichen als” bzw. wenn ich drüber nachdenke auch “größere Strecke zurückgelegt als”.
    Beides schafft New Horizons also nicht.
    Gibt es eigentlich noch weitere – eventuell auch fehlgeschlagene – Sonden/Missionen, die das Sonnensystem verlassen?
    Haben die alten Sonden nicht auch wesentlich länger funktioniert, als man jemals angenommen hat? Vielleicht überascht uns New Horizons da ja auch?

  13. #13 Captain E.
    27. Oktober 2015

    Die Sonden Pioneer 10 und 11 wären da noch zu erwähnen.

    Das Problem von New Horizon dürfte der Treibstoff sein. Ohne Treibstoff keine Lageregelung, und ohne diese keine Kommunikation

  14. […] zumindest von denen, die man kennt? Wenn man es ganz genau nimmt, dann nicht. Denn die Voyager-Sonden sind schon ein Stück weiter draußen. Aber es soll hier ja um natürliche Objekte geben und da […]

  15. […] hat eigentlich auch eine ziemlich faszinierende Handlung. Ein Astronom der mit den Daten der Voyager-Sonden arbeitet stellt fest, dass die Sonden alle ausfallen; genau in der gleichen Distanz von der Sonne. […]