So machbar ist ein Flug zum erdnächsten Exoplaneten

2. Februar 2017, 19:09
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2016 entdeckte man einen erdähnlichen Planeten, der um Proxima Centauri kreist. Eine Initiative will eine Sonde dorthin schicken. Wie realistisch sind die Pläne?

Göttingen/Wien – Es war eine der spektakulärsten astronomischen Entdeckungen des vergangenen Jahrs: Im August gaben Forscher bekannt, dass es ausgerechnet um Proxima Centauri, dem nächsten Stern nach unserer Sonne, einen Planeten innerhalb der habitablen Zone gibt.

Proxima Centauri b, so der Name des erdähnlichen Planeten, ist gerade einmal 4,2 Lichtjahre entfernt, was in galaktischen Maßstäben – oder für Raumschiff Enterprise – ein Katzensprung ist. Mit heutiger Technologie würde der Flug zum fernen Erdzwilling freilich gut 40.000 Jahre dauern.

Ziel: 20 Jahre Flugdauer

Es braucht also einen völlig neuen Ansatz für interstellare Flüge, den die sogenannte Breakthrough-Starshot-Initiative um Milliardär Juri Milner, Astrophysiker Stephen Hawking und Facebook-Gründer Mark Zuckerberg wenige Monate vor der Exoplaneten Entdeckung vorstellte. Das Ziel der Initiative sind Miniraumsonden, die das Sternsystem Alpha Centauri und Proxima Centauri in rund 20 Jahren Flugdauer erreichen können.

scinews
Juri Milner erklärt die kühnen Pläne.

Was Milner und sein Team im April 2016 präsentierten, klingt einigermaßen futuristisch: Machbar, aber gewöhnungsbedürftig ist die Größe der Minisonde: Die soll im Wesentlichen nämlich bloß aus einem Chip bestehen, der keine fünf Zentimeter groß ist, ein paar Gramm wiegt und trotzdem viel mehr Funktionen besitzen soll als ein Smartphone.

Lichtsegel zur Beschleunigung

Sehr viel fantastischer mutet die Technologie an, mit der die Minisonde auf die Reise gebracht werden soll: Riesige Sonnensegel aus ultradünnem Material werden mit leistungsstarken Laserstrahlen von der Erde aus angestrahlt. Der Lichtdruck beschleunigt die Segel mit der Nanosonde dann in wenigen Minuten bis auf 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit. Damit wäre sie in sechs Sekunden am Mond oder eben in 20 Jahren bei Proxima Centauri.

Die deutschen Forscher Michael Hippke und René Heller (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung) haben sich nun im Fachblatt "The Astrophysical Journal Letters" die Machbarkeit der Segeltechnik durchgerechnet und machen einige Optimierungsvorschläge.

Ihren Berechnungen zufolge könnte man die Energie der Sonne besser als Antrieb nützen als Laserstrahlen. Dafür müsste man das Sonnensegel aber bis auf etwa fünf Sonnenradien der Sonne annähern. Wie die Berechnungen ergaben, bräuchte man für eine 100 Gramm schwere Sonde ein Segel mit rund 100.000 Quadratmetern. Als Material würde sich Graphen empfehlen.

Komplizierte Bremsmanöver

Die beiden Forscher befassen sich dann aber noch mit einem anderen Problem, das bislang ausgespart wurde: dem Bremsmanöver. Und da gibt es eher schlechte Nachrichten. Denn mit 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit würde die Minisonde unweigerlich am Zielstern vorbeirasen.

Laut Heller und Hippke dürfte die Sonde bei Erreichen von Proxima und Alpha Centauri höchstens 4,6 Prozent der Lichtgeschwindigkeit schnell sein. Dann ließe sich mit der Anziehungskraft des Sterns ein Swing-by-Manöver durchführen, also eine Abbremsung durch die Anziehung. Auf diese Weise wäre die Minisonde allerdings knapp 100 Jahre lang unterwegs.

Flugzeit zum Exoplaneten: 140 Jahre

Die andere Alternative wäre, das Lichtsegel vor Ankunft an dem aus drei Sternen bestehenden Centauri-System so auszurichten, dass zunächst das Licht von Alpha Centauri A die Sonde bremst und in Richtung auf Alpha Centauri B ablenkt. Dort wird die Sonde dann nochmals abgebremst und in Richtung auf Proxima Centauri geleitet.

Zwar kosten diese Manöver weitere Flugzeit, dafür aber könnte die Raumsonde aus nächster Nähe erkunden, ob der Erdzwilling Proxima Centauri b lebensfreundlich ist oder nicht. In dem Fall müsste man auf der Erde allerdings noch geduldiger sein: Der gesamte Flug von der Erde würde rund 140 Jahre dauern. (tasch, 2.2.2017)

rené heller
Schematische Darstellung des Bremsmanövers, um zu Proxima Centauri b zu gelangen.
  • Der Astrophysiker Stephen Hawking ist einer der Protagonisten der Breakthrough-Starshot-Initiative, die eine Minisonde zu Proxima Centauri bringen will. Im Hintergrund ist die Antriebstechnik zu sehen: Ein riesiges Lichtsegel soll die Minisonde auf 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen.
    reuters

    Der Astrophysiker Stephen Hawking ist einer der Protagonisten der Breakthrough-Starshot-Initiative, die eine Minisonde zu Proxima Centauri bringen will. Im Hintergrund ist die Antriebstechnik zu sehen: Ein riesiges Lichtsegel soll die Minisonde auf 20 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen.

  • In dieser Version würde das Lichtsegel mit der Minisonde in der Mitte von Lasern auf der Erde beschleunigt.
    reuters

    In dieser Version würde das Lichtsegel mit der Minisonde in der Mitte von Lasern auf der Erde beschleunigt.

  • So in etwa kann man sich die Laser vorstellen, die von der Erde aus das Segel in Fahrt bringen. Deutsche Forscher empfehlen aber die Sonne als Energiequelle.
    reuters

    So in etwa kann man sich die Laser vorstellen, die von der Erde aus das Segel in Fahrt bringen. Deutsche Forscher empfehlen aber die Sonne als Energiequelle.

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