Suche nach Wasser im Weltall: Tropfen und Ozeane in fernen Welten

Suche nach Wasser im Weltall : Tropfen und Ozeane in fernen Welten

Auf der Erde hat der Mensch gelernt: Ohne Wasser kein Leben. Deshalb fahndet er seit Jahrzehnten auch in unserem Sonnensystem danach. Die Ausdauer wurde belohnt: Das Raumfahrtjahr 2015 war das Jahr der Wasserfunde.

Es gibt viele Gründe, Leben dort im Universum für möglich zu halten, wo es flüssiges Wasser gibt. Deshalb war die Wasser-Fahndung stets ein Ziel jeder Raumfahrtmission. Wo könnten Bedingungen herrschen, wo es sich, wenn schon keine intelligenten Wesen, immerhin Mikroorganismen gemütlich machen? In Beantwortung dieser Frage war das vergangene Raumfahrtjahr außerordentlich erfolgreich und 2015 buchstäblich ein "Wasser-Jahr". Aber der Reihe nach, denn Raumfahrt funktioniert etappenweise: Das erste Auskundschaften eines Himmelskörpers muss wichtige Indizien dafür liefern, dass es sich lohnt, dort noch einmal einen Roboter hinzusenden.

In unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft rotieren Planeten, und der Mensch hat in den vergangenen Jahrzehnten keine Mühen und Kosten gescheut, dort nach Spuren von Wasser zu suchen. Doch die Brüder und Schwestern der Erde entpuppten sich als unwirtlich: Merkus hat überhaupt keine Atmosphäre, auf dem Mars findet sich allenfalls hier und dort ein zweifelhafter Tropfen, und die Venus transportiert ihr weniges Wasser als Dampf in der Atmosphäre. Auch die Planeten-Schwergewichte in unserem Sonnensystem - Jupiter und Saturn - zeigen sich bisher als trostlose Stätten. Sie sind sonnenferne Gasriesen, und manches fällt einem zu ihnen ein - nur nicht das Wort "Leben".

Das ist bei einigen der rund 100 Monde anders, die um die Riesenplaneten kreisen. Zahlreiche US-Sonden haben sie erkundet und die Herzen der Astrobiologen höher schlagen lassen. Manche sind schon länger als 400 Jahre entdeckt, von einem gewissen Galileo Galilei mit dem Fernrohr. Den Fernrohren folgten Teleskope, bald auch solche wie "Hubble" im Weltraum, die sensationelle Fern- und Einsichten ermöglichten (siehe Artikel "Der unglaubliche Späher"). Als schließlich vor Jahrzehnten unbemannte Hightech-Roboter losflogen, sollten sie nicht nur hübsche Bildchen zur Erde senden. Hightech bedeutet weitgehend vollautomatische Analyse. Aus welchen Gasen, Substanzen besteht eine Atmosphäre? Bei Eiskrusten: Wie dick sind sie? Gibt es ein Magnetfeld und wie stark ist es?

Der technologische Fortschritt auf der Erde machte die unbemannten Kundschafter immer sensibler. So hatte die 1989 gestartete US-Sonde "Galileo" 18 Messinstrumente an Bord, dazu ein Kamerasystem, das eine bis zu 1000-fach höhere Auflösung hatte als die 1977 ins All geschossenen "Voyager"-Sonden.

Galileos Forschungsauftrag: Erkundung des Planeten Jupiter und der vier "Galileischen Monde" - der bereits von Galileo entdeckten Europa, Io, Ganymed, Kallisto. Die Ergebnisse überraschten: Europa hat eine Eiskruste, darunter könnte ein Wasserozean schlummern. Wasser gibt es auch in den äußeren Mantelschichten von Ganymed und Kallisto, und auf Io wüten Vulkane 100 Mal stärker als auf der Erde. 2003 steuerte die Nasa "Galileo" dann gezielt zum Verglühen in Jupiters Atmosphäre, um einen möglichen Absturz auf den Mond Europa und dessen Infizierung mit irdischen Bakterien zu verhindern. Damit war klar: Wir kommen wieder und wollen bei der Suche nach Lebensspuren eines Tages nicht unsere eigenen entdecken.

Zu diesem Zeitpunkt war die US-Sonde "Cassini" schon sechs Jahre unterwegs auf dem Weg zum fernen Saturn, seinen legendären Ringen und den vielen Monden. Mit 5,3 Tonnen (davon 3,1 Tonnen Treibstoff) war "Cassini" die schwerste Sonde, die je gebaut wurde. Es wurde eine ungewöhnlich erfolgreiche Mission in eine Region im Sonnensystem, die aufgrund der großen Entfernung vom Stern extrem kalt ist und zur unbewohnbaren Zone gehört. So empfängt das Saturn-Mond-System rund 100 Mal weniger Sonnenstrahlung als die Erde. Aber: Saturn hat 95 Erdmassen, besitzt eine riesige Gravitation, was auf den Monden gewaltige Gezeitenkräfte verursacht. Die Trabanten werden, wie Forscher sagen, regelmäßig "durchgeknetet". Und das setzt Energie frei - Wärme. Ergebnis: Auf Titan existiert eine Stickstoff-Methan-Atmosphäre, auch hat sich ein Methan-Kreislauf gebildet. Es regnet Methan, das sich in Seen und Flüssen sammelt. Auf der Oberfläche gibt es langgestreckte dunkle Dünen, die denen in Namibia auf der Erde verblüffend ähnlich sehen. Ursprünglich hatte man Titans dunkle Flächen als Ozeane gedeutet.

Spektakuläre Eisfontänen auf dem Mond Enceladus

Und dann dieser Saturnmond Enceladus: Es wirkt so, als hätten die Forscher via "Cassini"-Daten durch ein Schlüsselloch in eine Schatztruhe geblickt. Seit Mitte 2015 steht fest: Die Sonde hat unter dem Eispanzer einen verborgenen Ozean entdeckt. Forscher wussten schon länger, dass es unter dem Eis Wasser geben muss, die Messungen der Sonde zeigten nun, dass der unterirdische Ozean den ganzen Mond umspannt. Forscher erwägen eine zweite Mission zu Enceladus, damit Roboter dort einmal auf Tauchgang gehen, um nach Lebensspuren unter dem Eispanzer zu suchen. Ende Oktober war "Cassini" mit einem waghalsigen Manöver in nur 50 Kilometern Höhe durch die spektakulären Eisfontänen getaucht, die einen eigenen Ring des Saturns mit Material füttern. Für 2016 sind weitere riskante Vorbeiflüge geplant. Im September 2017 wird dann der letzte Treibstofftropfen verbraucht sein und die Sonde per Absturz auf dem Saturn "beerdigt".

Dass der Mensch zum winzigen Enceladus zurückkehren möchte, hängt mit irdischen Erfahrungen zusammen. Zuweilen haben Forscher auf dem eigenen Planeten Dinge entdeckt, die mehr an außerirdisches als an irdisches Leben denken lassen. Erst vor 15 Jahren wurde die These, wonach der Mensch die Rückseite des Mondes besser kenne als die Tiefsee der Erde, wieder einmal bestätigt: Eine US-Expedition entdeckte im Dezember 2000 im mittleren Atlantik in einem Tiefsee-Gebirge bizarre Gebilde. Hydrothermale Quellen, die seit rund 30 000 Jahren sprudeln und rund 50 Schlote am Meeresgrund errichteten, einzelne bis zu 60 Meter hoch. Die Wissenschaftler tauften die fremde Welt "Lost City", die vielerlei Wirbellose wie Schnecken, Muscheln, Würmern oder Flohkrebsen bevölkern. Auch Regisseur James Cameron fühlte sich zu diesem bizarren Schauplatz der irdischen Evolution hingezogen und drehte dort für seinen Film "Aliens of the Deep" (2005).

Darüber hinaus funkten Sonden in 2015 weitere neue Erkenntnisse aus fernen Welten. Die "New Horizons"-Mission steuerte als erste den Eiszwerg Pluto am Rande unseres Sonnensystems an. Letzterer verblüffte die Forscher mit einer Vielfalt von Oberflächenformationen. "New Horizons" entdeckte Eisberge, die mit 3400 Metern so hoch aufragen wie mancher Alpengipfel, dazu fließende Gletscher. Die auffälligste Struktur auf der rötlich schimmernden Oberfläche ist das riesige Herz, das von zwei großen Eis-Ebenen gebildet wird. Pluto ist geologisch viel aktiver als erwartet, und selbst Wetter scheint es in seiner Stickstoffatmosphäre zu geben: Die Sonde fotografierte eine Art Nebel. "Abgesehen davon, dass es optisch atemberaubend ist, sind diese tief liegenden Dunstschleier ein Hinweis darauf, dass sich das Wetter auf dem Pluto von Tag zu Tag ändert", sagt Forscher Will Grundy vom Lowell-Observatorium.

Und wieder einmal Wasseralarm auf dem Mars

Die 2006 gestartete "New Horizons" befindet sich bereits auf dem Weg zu ihrem nächsten Ziel, dem Objekt MU69, das sie 2019 erreichen wird. Ihre Beobachtungen am Pluto sind weitgehend unbekannt, weil die Daten noch bis Ende 2016 zur Erde reisen. Nasa-Manager Jim Green: "Die Daten werden die Wissenschaft noch für Jahre befeuern." Pluto war nicht der erste Zwergplanet, der von einer Raumsonde besucht wurde. Bereits im Frühjahr 2015 erreichte "Dawn" den Zwergplaneten Ceres im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter.

"Dawn" entdeckte unter anderem Krater und Gebirgsketten sowie auffällig helle Flecken auf der rabenschwarzen Oberfläche von Ceres. Nach neuen Analysen handelt es sich dabei um Salzminerale und mancherorts auch um verdunstendes Wassereis. "Die plausibelste Interpretation ist, dass sich unter der Oberfläche von Ceres zumindest stellenweise eine Mischung aus Eis und Salzen erstreckt", so Andreas Nathues vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung. Unterirdisches Wassereis könnte die geringe Dichte des Zwergplaneten erklären. Denn Ceres ist zu leicht, um aus demselben Materialmix zu bestehen wie etwa Erde oder Mars.

Der hellste Fleck auf Ceres liegt im Occator-Krater. Hier fotografierte "Dawn" eine Art Dunstschleier über dem Boden. Die Forscher gehen davon aus, dass dort Wasser verdampft und kleine Teilchen mit sich trägt. Der Rand des jungen Kraters ist zum Teil steiler als die Eiger-Nordwand. Auf der Südhalbkugel fotografierte "Dawn" einen pyramidenförmigen Berg, der sechs Kilometer hoch aufragt. Seine Entstehung ist ein Rätsel. Die steilen Flanken sind von hellen Streifen durchzogen. Möglicherweise ist hier vorübergehend etwas geflossen.

Schließlich wieder Wasseralarm auf dem Mars: Im September 2015 handelt es sich nach Angaben der Nasa jedoch um die bislang besten Hinweise, dass auch heute noch flüssiges Wasser auf dem Roten Planeten vorkommt. Allerdings nur in Form einer Salzlauge, die mancherorts im Marssommer die Hänge hinabzufließen scheint.

Mit der Sonde "Mars Reconnaissance Orbiter" (MRO) entdeckten die Forscher um Lujendra Ojha vom Georgia Institute of Technology in Atlanta die Signatur von Salzen in auffälligen saisonalen Fließstrukturen. Am wahrscheinlichsten sei, dass die Salze unter den richtigen Bedingungen Feuchtigkeit aus der dünnen Marsluft absorbierten. "Die meisten Leute denken an urzeitliches oder gefrorenes Wasser, wenn sie über Wasser auf dem Mars reden. Jetzt wissen wir, dass dies nicht die ganze Geschichte ist", sagte Ojha. Die Entdeckung könnte Bedeutung für die Suche nach vergangenem oder noch existierendem Leben auf dem Roten Planeten haben. Michel Meyer, leitender Forscher des Nasa-Marsprogramms, sagt: "Jetzt haben wir die großartige Gelegenheit, das am richtigen Ort auf dem Mars zu untersuchen.

Der unglaubliche Späher

Der 25. Geburtstag des Hubble-Weltraumteleskops war ein besonderer Höhepunkt des Raumfahrtjahres 2015 - und sei es nur deshalb, weil es einen Anlass bot, der Welt das durch Hubble angehäufte und veränderte Wissen über das Universum noch einmal zu präsentieren. Während die Öffentlichkeit primär die neuen Ansichten aus dem All wie Kunstwerke bestaunt, feiern Astronomen seit 25 Jahren neue Erkenntnisse.

Am 27. April 1990, drei Tage nach dem Hubble-Start, schrieb der General-Anzeiger: "Das mit vielen Vorschusslorbeeren bedachte Hubble-Teleskop soll die nächsten 15 Jahre um die Erde rotieren sowie ihre Zukunft und Stellung im All sondieren. Die Astronomie der Moderne steht damit vor einem Aufbruch, wie er nur mit dem von Galileo Galilei vor rund 400 Jahren vergleichbar ist." Und: "Wird der mit Elektronik vollgestopfte Späher das bestehende Weltbild revolutionieren oder bestätigen? Das ist die Frage, die jetzt allen Astronomen unter den Nägeln brennt. Mit Sicherheit wird das Forschen am vermuteten Ende der Welt aber zu einer Reise durch die Zeit. Das künstliche Auge blickt dabei in Vergangenheit und Zukunft zugleich. Stets ist der Mensch mit mehr Fragen als Antworten zurückgekehrt, wenn er in fremden Welten unterwegs war."

Die Hoffnung: Was sieht ein Teleskop, wenn es nicht die störende Erdatmosphäre vor seiner Linse hat? 25 Jahre später übertrifft die Ergebnisbilanz alle Erwartungen. Die Revolution des Wissens in Zahlen: Seit 1993 sind mehr als 500 Doktorarbeiten auf Erden durch die Hubble-Daten (180 DVDs pro Monat) entstanden sowie knapp 13.000 wissenschaftliche Publikationen.

Zu den Ergebnissen: Die Aussage von Edwin Hubble, Namenspatron des Telekops, wonach sich das Weltall in alle Richtungen ausdehnt, wurde bestätigt. 1995 entdeckten Astronomen auf einer Hubble-Langzeitbelichtung 3000 Galaxien in einem Mini-Himmelsausschnitt. 2012 folgte eine 22-tägige Belichtung, auf der sich Galaxien zeigten, die kurz nach dem Urknall entstanden waren. Es handelt sich um das älteste Sternenlicht (der tiefste Blick in die Vergangenheit), das Menschen jemals einfingen. Auch Schwarze Löcher sind seit Hubbles Erkundungstour nicht mehr graue Theorie, sondern Realität. Die eingesammelten Daten lassen vermuten, dass in jeder Galaxie solch ein supermassereiches Ungetüm existiert, dessen Gravitationsstärke das menschliche Vorstellungsvermögen sprengt. Die Materiedichte dort ist so gewaltig, dass noch nicht einmal Licht entweichen kann.

Das Teleskop kann winzigste Lichtmengen wahrnehmen und analysieren: Stünde es in Berlin (und wäre die Erde nicht rund), könnte es ein Glühwürmchen in Rio de Janeiro erblicken. Hubble lieferte das erste Normallicht-Bild eines Sterntrabanten außerhalb des Sonnensystems - und untersuchte gleich auch die Atmosphäre dieses "Exoplaneten". Auch der Blick in kosmische Kreißsäle, wo neue Sterne zuhauf entstehen, wurde möglich. Diese Sonnen-Geburtsstätten sind von dichten Gas- und Staubwolken umgeben, aber die an Bord befindlichen Infrarotkameras blickten durch diese "Vorhänge".

Nach dieser Erfolgsbilanz, die sogar Astronomie-Lehrbücher umschrieb, sah es zunächst nicht aus. Ganz im Gegenteil. Hubble lieferte nur unscharfe Bilder, es hieß, das Teleskop sei von "Grauem Star" geplagt - ein Linsenfehler im Hauptspiegel. Die große Tristesse in der Astrophysiker-Weltgemeinde endete mit einer Reparaturmission 1992. Weitere Shuttle-Flüge dienten der Aufrüstung und technischen Lebensverlängerung. Nun soll der in die Jahre gekommene Veteran, der ursprünglich nur für eine zehnjährige Betriebsdauer konzipiert war, noch bis 2018 funktionieren.

Die Wissenschaftler sind begeistert. 7000 von ihnen sind allein damit beschäftigt, die mehr als eine Million zur Erde gefunkten Bilder aufzubereiten und zu analysieren. Überhaupt die bunten Fotos aus dem All: Sie haben die Weltöffentlichkeit auf unverhoffte Weise für das Universum begeistert. Dabei werden die gelieferten Rohdaten von einer speziellen Software aufbereitet, wobei die ausgewählten Farben quasi willkürlich sind. So entstand eine eigene Weltraumkunst, die heute auf T-Shirts oder in Bildbänden zu besichtigen ist, Videospiele und Filme inspirierte. In gewisser Weise begründete Hubble eine wissenschaftliche Popkultur, wie sie einst auch Albert Einstein umgab - und die Neugierde in großen Teilen der Bevölkerung für Raumfahrt und Astronomie neu entfachte. Manche Bilder waren so faszinierend, dass sie sich ins kollektive Gedächtnis der Menschheit brannten.

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