Direkte Abbildung einer zweiten Erde: Wie kommen wir zur solaren Gravitationslinse?

Pasadena (USA) – Selbst geplante Großteleskope der nächsten Generation werden nicht in der Lage sein, Oberflächenmerkmale auf einem fernen erdähnlichen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems abzubilden. Die Lösung liegt hingegen in unserer Sonne selbst, bzw. in ihrer Nutzung als Gravitationslinse. Eine aktuelle Studie untersucht, wie wir am schnellsten an einen geeigneten Ort gelangen können, um diese solare Gravitationslinse auch nutzen zu können.

Die Nutzung der sogenannten solaren Gravitationslinse (SGL) gilt als bislang vielversprechendster Ansatz, um einen potenziell bewohnbaren Exoplaneten direkt abzubilden – inklusive Atmosphärensignaturen und im Extremfall sogar großskaliger Oberflächenstrukturen. Der Preis dafür ist jedoch hoch: Der Brennpunkt der SGL beginnt erst in einer Entfernung von rund 650 Astronomischen Einheiten (AE = Abstand erde-Sonne) von der Sonne entfernt und reicht bis etwa 900 AE. Das ist fast viermal weiter als die Sonde „Voyager 1“ als weitestes von der Erde entfernte menschliche Objekt bislang an den Rand unseres Sonnensystems vorgedrungen ist.

Mit konventionellen Antrieben ist dieses Ziel praktisch unerreichbar. „Voyager 1“ selbst würde noch mehr als 130 Jahre benötigen, um alleine die innere Grenze der SGL zu erreichen. Soll eine wissenschaftlich relevante Mission innerhalb einer menschlichen Lebensspanne realisiert werden, sind also radikal neue Antriebskonzepte erforderlich. In einer aktuell vorab via ArXiv.org (DOI: 10.48550/arxiv.2602.04198) veröffentlichten Studie hat der NASA-Forscher Dr. Slava Turyshev vom Jet Propulsion Laboratory verschiedene Optionen untersucht und kommt zu dem Schluss: Ohne technologische Durchbrüche wird es nicht gehen.

Warum chemische Raketen nicht ausreichen

Um die SGL in nur 20 Jahren zu erreichen, müsste eine Sonde eine Geschwindigkeit von rund 154 Kilometern pro Sekunde erreichen und diese auch dauerhaft halten. Zum Vergleich: Die bislang höchste Geschwindigkeit eines Raumfahrzeugs erzielte die „Parker Solar Probe“ mit etwa 192 km/s – allerdings nur kurzzeitig bei extrem sonnennaher Passage in 0,04 AE Abstand. Eine derartige Geschwindigkeit über Jahrzehnte aufrechtzuerhalten, ist mit heutigen Technologien nicht realistisch.

Chemische Antriebe oder klassische Swing-by-Manöver an Planeten scheiden damit faktisch aus. Turyshev untersucht daher alternative Konzepte. Besonders vielversprechend erscheinen Sonnensegel, die den Strahlungsdruck des Sonnenlichts nutzen. Kombiniert mit einem extrem engen Vorbeiflug an der Sonne – inklusive zusätzlichem Gravitationsmanöver – ließen sich theoretisch Geschwindigkeiten erreichen, die eine Reisezeit von 20 bis 30 Jahren ermöglichen.

Doch hier beginnen die praktischen Probleme: Um eine 30-jährige Transitzeit zu realisieren, müsste das Raumfahrzeug ein Perihel (Sonnennächster Punkt) von etwa 0,05 AE erreichen – also nur wenig weiter entfernt als die Parker-Sonde. Ein ultraleichtes, großflächiges Sonnensegel, das dieser thermischen und radiativen Belastung standhält, existiert bislang nicht. Zudem liefern Sonnensegel nur geringen Schub, weshalb die Nutzlast extrem leicht sein müsste.

Ein weiteres Hindernis ist die Energieversorgung am Zielort: In 650 AE Entfernung ist Sonnenenergie praktisch unbrauchbar. Die Sonde müsste daher eine eigene Stromquelle mitführen, etwa einen Radioisotopengenerator. Dessen Masse verschlechtert jedoch wiederum die Leistungsbilanz eines Sonnensegels erheblich.

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Kernantrieb als realistischere Option?

Als robuster gilt daher die nuklearelektrische Antriebstechnik (Nuclear Energy Propulsion, NEP). Hier erzeugt ein Kernreaktor elektrische Energie, die hocheffiziente Ionentriebwerke speist. Diese liefern zwar nur geringen Schub, können jedoch über lange Zeiträume kontinuierlich beschleunigen. Laut Turyshev könnte eine 20-Tonnen-Sonde mit 800 Kilogramm Nutzlast die SGL in 27 bis 33 Jahren erreichen.

NEP hätte zudem operative Vorteile: Die Sonde könnte ihre Position entlang der sogenannten „Fokallinie“ der Gravitationslinse aktiv korrigieren und gleichzeitig die wissenschaftlichen Instrumente mit Strom versorgen. Problematisch ist hier allerdings das Wärmemanagement: Der Reaktor erzeugt erhebliche Abwärme, die im Vakuum ausschließlich über großflächige Radiatoren abgestrahlt werden kann – eine technische Herausforderung für Start und Integration.

Besonders ambitioniert erscheint ein hybrides System aus nuklearthermischem (NTP) und nuklearelektrischem Antrieb. NTP nutzt Reaktorwärme direkt zur Erhitzung eines Treibstoffs wie Wasserstoff und erzeugt kurzfristig hohen Schub. Das wäre ideal für ein sogenanntes Oberth-Manöver in der Nähe der Sonne. Danach würde die Sonde in den effizienten NEP-Kreuzflugmodus wechseln. Ein solches Konzept könnte theoretisch eine Flugzeit von unter 20 Jahren ermöglichen.

Nur eine Chance für das ultimative Bild

Am Ziel angekommen, würde die Sonde nicht abbremsen. Stattdessen würde sie entlang der Fokallinie der SGL weiterfliegen – über zusätzliche rund 300 AE hinweg – und dabei kontinuierlich Bilddaten sammeln. Eine Kursänderung zu einem anderen Exoplaneten wäre nicht möglich, da die Gravitationslinse exakt gegenüber dem jeweiligen Zielstern ausgerichtet sein muss.

Damit wird klar: Eine SGL-Mission wäre ein wissenschaftliches Hochrisikoprojekt. Jahrzehntelange Entwicklungs- und Reisezeit kulminieren in einer einzigen, präzise geplanten Beobachtungskampagne. Entscheidend wird daher sein, bereits im Vorfeld sicherzustellen, dass das gewählte Ziel tatsächlich Hinweise auf potenziell lebensfreundliche Bedingungen liefert.

Ohne revolutionäre Antriebstechnologien bleibt die solare Gravitationslinse also eine faszinierende, aber ferne Vision. Mit ihnen jedoch könnte sie zum mächtigsten Instrument der Exoplanetenforschung werden und vielleicht erstmals eine fremde Welt als echte, aufgelöste Landschaft zeigen.

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Quelle: ArXiv.org

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Andreas Müller

Fachjournalist Anomalistik | Autor | Publizist