Beobachtung Interstellarer Objekte: Wissenschaftler wollen schneller werden

Bisher konnten Astronomen nur zwei interstellare Objekte entdecken. Doch das könnte sich bald dramatisch ändern. Ein Gastbeitrag.

Ende 2017 raste ein mysteriöses Objekt mit hoher Geschwindigkeit durch unser Sonnensystem. Astronomen beeilten sich, den sich schnell bewegenden Körper mit den leistungsstärksten Teleskopen der Welt zu beobachten.

Kosmische Eindringlinge

Es stellte sich heraus, dass das Objekt eine Viertelmeile (400 m) lang und sehr langgestreckt war – vielleicht zehnmal so lang wie breit.

Die Forscher gaben ihm den Namen 'Oumuamua, was auf Hawaiianisch "Späher" bedeutet. Später bestätigte sich, dass 'Oumuamua das erste bekannte Objekt von einem anderen Stern war, das unser Sonnensystem besuchte. Diese interstellaren Objekte (ISOs) entstehen in der Nähe eines Sterns und enden als kosmische Nomaden, die durch den Weltraum wandern.

Im Wesentlichen handelt es sich um planetare Bruchstücke, die durch katastrophale Ereignisse wie gewaltige Kollisionen zwischen planetaren Objekten aus ihrem Muttersternsystem herausgeschleudert wurden.

Oumuamua könnte Hunderte von Millionen Jahren durch die Milchstraße gereist sein, bevor es unser Sonnensystem erreichte. Nur zwei Jahre nach diesem unerwarteten Besuch wurde ein zweiter ISO – der Borisov-Komet – gesichtet, diesmal von einem Amateurastronomen auf der Krim.

Diese kosmischen Eindringlinge haben uns verlockende Einblicke in Materie weit jenseits unseres Sonnensystems gewährt.

Aber was wäre, wenn wir mehr tun könnten, als sie nur vorbeifliegen zu sehen?

Die Untersuchung von ISOs aus der Nähe würde Wissenschaftlern die seltene Gelegenheit bieten, mehr über ferne Sternensysteme zu erfahren, die zu weit entfernt sind, um Missionen zu ihnen zu schicken. Allein in der Milchstraße könnte es mehr als 10 Septillionen (oder 10 mit 24 Nullen) ISOs geben.

Aber wenn es so viele gibt, warum haben wir nur zwei gesehen? Ganz einfach: Wir können nicht genau vorhersagen, wann sie ankommen werden. Große ISOs wie 'Oumuamua, die leichter zu entdecken sind, scheinen das Sonnensystem nicht oft zu besuchen und reisen unglaublich schnell. Teleskope auf der Erde und im Weltraum haben Schwierigkeiten, schnell auf ankommende ISOs zu reagieren, was bedeutet, dass wir sie meist erst beobachten, nachdem sie unsere kosmische Nachbarschaft durchquert haben.

Innovative Weltraummissionen könnten uns jedoch näher an Objekte wie 'Oumuamua heranbringen, indem sie Durchbrüche in der künstlichen Intelligenz (KI) nutzen, um Raumfahrzeuge sicher zu zukünftigen Besuchern zu führen. Näher heranzukommen bedeutet, ihre Zusammensetzung, Geologie und Aktivität besser zu verstehen – und Einblicke in die Bedingungen um andere Sterne zu gewinnen.

Neue Technologien, die bei der Annäherung an Weltraummüll zum Einsatz kommen, könnten uns helfen, uns anderen unvorhersehbaren Objekten zu nähern und diese flüchtigen Begegnungen in tiefgreifende wissenschaftliche Möglichkeiten zu verwandeln.

Doch wie kommt man näher heran? Die ISOs rasen mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 32,14 km/s an der Erde vorbei, so dass wir nach ihrer Entdeckung weniger als ein Jahr Zeit haben, sie mit unseren Raumfahrzeugen abzufangen. Es ist nicht unmöglich, sie einzuholen – zum Beispiel durch Gravitationsschleudermanöver. Aber es ist schwierig, teuer und würde Jahre dauern.

Die erste Welle der ISO-Jagd

Die gute Nachricht ist, dass die erste Welle der ISO-Jagd bereits im Gange ist: Die Mission der Nasa heißt Bridge, und die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat eine Mission namens Comet Interceptor. Sobald ein ankommender ISO identifiziert ist, würde Bridge die Erde verlassen, um ihn abzufangen. Der Start von der Erde erfordert derzeit jedoch ein Startfenster von 30 Tagen nach der Entdeckung, was wertvolle Zeit kostet.

Comet Interceptor soll 2029 starten und aus einem größeren Raumfahrzeug und zwei kleineren Robotersonden bestehen. Nach dem Start wird er eine Million Meilen von der Erde entfernt warten, um einen langperiodischen Kometen (langsamere Kometen, die von weiter her kommen) – oder möglicherweise einen ISO – abzufangen. Die Platzierung von Raumfahrzeugen in einem "Speicherorbit" ermöglicht eine schnelle Entfaltung, wenn ein geeigneter ISO entdeckt wird.

Ein weiterer Vorschlag des Instituts für Interstellare Studien, Projekt Lyra, bewertete die Machbarkeit der Verfolgung von 'Oumuamua, das bereits weit über die Neptunbahn hinausgeschossen ist. Sie stellten fest, dass es theoretisch möglich wäre, das Objekt einzuholen, dass dies aber technisch sehr anspruchsvoll wäre.

Die Schnellen und die Neugierigen

Diese Missionen sind ein Anfang, aber wie beschrieben, ist ihre größte Einschränkung die Geschwindigkeit. Um ISOs wie 'Oumuamua einzuholen, müssen wir uns viel schneller bewegen – und klüger denken.

Künftige Missionen könnten sich auf modernste künstliche Intelligenz und verwandte Bereiche wie Deep Learning stützen, die darauf abzielen, die Entscheidungsfähigkeit des menschlichen Gehirns nachzuahmen, um ankommende Objekte in Echtzeit zu identifizieren und darauf zu reagieren. Forscher testen bereits kleine Raumfahrzeuge, die in koordinierten "Schwärmen" operieren und so Ziele aus verschiedenen Winkeln erfassen und sich während des Fluges anpassen können.

Am Vera C. Rubin-Observatorium in Chile soll in Kürze eine auf zehn Jahre angelegte Himmelsdurchmusterung beginnen. Diese astronomische Durchmusterung wird voraussichtlich Dutzende von ISOs pro Jahr entdecken. Simulationen deuten darauf hin, dass wir am Rande eines Entdeckungsbooms stehen könnten.

Jedes Raumfahrzeug müsste in der Lage sein, hohe Geschwindigkeiten zu erreichen, sobald ein Objekt entdeckt wird, und sicherstellen, dass seine Energiequelle auch nach Jahren im "Speicherorbit" nicht ausgeht. Eine Reihe von Missionen hat bereits ein Antriebssystem namens Sonnensegel eingesetzt.

Diese nutzen das Sonnenlicht auf einem leichten, reflektierenden Segel, um das Raumfahrzeug durch den Weltraum zu schieben. Schwere Treibstofftanks wären damit überflüssig. Die nächste Generation von Sonnensegel-Raumfahrzeugen könnte Laser auf den Segeln verwenden, um noch höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, was im Vergleich zu anderen futuristischen Antriebsarten wie dem Nuklearantrieb eine wendigere und kostengünstigere Lösung darstellen würde.

Ein Raumfahrzeug, das sich einem ISO nähert, muss auch hohen Temperaturen und möglicher Erosion durch Staub widerstehen, der vom Objekt ausgestoßen wird. Herkömmliche Abschirmmaterialien können Raumfahrzeuge zwar schützen, erhöhen jedoch ihr Gewicht und können sie verlangsamen.

Um dieser Herausforderung zu begegnen, entwickeln Forscher neue Technologien für leichtere, langlebigere und widerstandsfähigere Materialien, wie z. B. fortgeschrittene Kohlenstofffasern. Einige davon könnten sogar im 3D-Druckverfahren hergestellt werden. Auch innovative Anwendungen traditioneller Materialien wie Kork und Keramik werden untersucht.

Für die Vorhersage, Verfolgung und Beobachtung von ISOs sind verschiedene Ansätze erforderlich, bei denen bodengebundene Teleskope und Weltraummissionen zusammenarbeiten.

Neue Technologien könnten es ermöglichen, dass das Raumfahrzeug selbst die Flugbahnen einfliegender Objekte identifiziert und vorhersagt. Mögliche Kürzungen bei der Weltraumforschung in den USA, einschließlich Observatorien wie dem James Webb Space Telescope, bedrohen jedoch solche Fortschritte.

Aufkommende Technologien müssen angenommen werden, damit eine Annäherung und ein Rendezvous mit einem ISO eine reale Möglichkeit wird. Andernfalls werden wir uns damit abfinden müssen, Bilder aus der Ferne zu machen, während ein anderer kosmischer Wanderer vorbeizieht.