SETI

Solares Fenster zu ET

30.04.2009

Eine in drei Lichttagen Entfernung platzierte Raumsonde soll extraterrestrische Botschaften einfangen

Unerreichbar fern und aus stellarer Perspektive doch so nah. 82 Milliarden Kilometer entfernt befindet sich die von der Erde aus gesehen größte und natürlichste, von unserer Sonne generierte Gravitationslinse. Mit ihrer Hilfe könnten Astronomen das Universum in bislang unerreichter Schärfe ablichten und die SETI-Forscher (Search for Extraterrestrial Intelligence) das schwache Licht ferner bewohnter Welten, ja sogar Kosmogramme aus unseren Nachbargalaxien detektieren. Hierfür wäre allenfalls eine Raumsonde mit verschiedenen Teleskopen in die Brennsphäre der Sonne zu entsenden. Obwohl vor 30 Jahren erstmals offen diskutiert, liegt für dieses utopisch klingende Vorhaben bislang noch kein ausgereiftes Konzept vor, das gegenwärtig finanziell und technisch realisierbar wäre. Vorerst.

Ungewöhnliche Ziele erfordern ungewöhnliche Maßnahmen und mit Sicherheit auch ungewöhnliche Ideengeber und Protagonisten, die desgleichen keine Angst vor ungewöhnlichen Ideen haben. Wissenschaftler, die gezielt nach intelligenten und technisch hoch entwickelten außerirdischen Kulturen Ausschau halten und intensiv der Frage nachgehen, wie und mit welchen Mitteln unsere Brüder im All ausfindig zu machen sind, brauchen nicht nur ein dickes Fell, Charakterstärke und Standfestigkeit, sondern auch ungewöhnlich viel Geduld und bisweilen eine ungewöhnlich große Portion Optimismus.

Bild: NASA

Der Traum vom Mond

Einer, der diesem Profil vollends gerecht wird, ist der prominenteste europäische SETI-Forscher: Claudio Maccone. Inspiriert von dem aus der Feder von Carl Sagan und Iosef Shklovskii stammenden Werk "Intelligent Life in the Universe", investiert der italienische Mathematiker aus Turin schon seit vielen Jahren viel Energie und Zeit, um die Erfolgsaussichten der SETI-Initiative zu erhöhen.

Maccone ist seit Oktober 2000 als stellvertretender Vorsitzender der SETI-Permanent Study Group bei der International Academy of Astronautics aktiv und koordiniert die Suche nach Signalen außerirdischer Intelligenz. Schon etliche Jahr zuvor machte er mit ungewöhnlichen, futuristisch anmutenden Ideen auf sich aufmerksam, die abseits der herkömmlichen SETI-Programmatik angesiedelt waren. So überraschte er die Fachwelt mit dem Vorschlag, man könne doch auf der Rückseite des Erdmondes ein Radioteleskop mitsamt Basisstation errichten, zuvor aber die ganze von der Erde abgewandte Seite "zum Wohle der Menschheit" zu einer Schutzzone deklarieren, weil diese Region von einem drei Kilometer hohen Kraterrand umgeben ist, der alle von der Erde kommende Strahlen wirksam abschirmen könnte. "Ich glaube, dass auf dem Mond ein solches Teleskop auf jeden Fall gebaut wird", so Maccone. Für die Umsetzung eines derartigen Vorhabens seien aber mindestens 15 Jahre nötig. Selbst wenn Roboter dabei helfen sollten, das Teleskop auf La Luna zu montieren und in Gang zu setzen sowie zu warten, dürfte das Unternehmen trotzdem mehrere Milliarden Dollar verschlingen, was ohne die Unterstützung einer großen Weltraumagentur wie etwa der NASA oder ESA kaum realisierbar sei.

Mit dem Zeitpfeil in die Zukunft, wo FOCAL wartet. Bild: ESA

Der Vorschlag

In der Vergangenheit wollte Maccone sogar noch weiter hinaus, genauer gesagt tiefer ins All hinein, um sich ET & Co. zu nähern. Als die ESA Anfang der 1990er Jahre im Rahmen des Programms Horizon 2000 plus Ideen und Vorschläge für Raumfahrtprojekte des 21. Jahrhunderts sammelte, schlug Maccone im Mai 1993, damals noch Mitarbeiter beim italienischen Raumfahrtkonzern Alenia Spazio, der Europäischen Weltraumorganisation ESA ein wagemutiges Projekt vor. Dabei schwebte ihm ein futuristisches Objekt vor Augen, dass in ferner Zukunft einmal drei Lichttage von Erde entfernt im All schweben und nach intelligenten Kulturen außerhalb der Erde Ausschau halten sollte. Was spräche dagegen, fragte sich Maccone, am Rande des Sonnensystems eine mit Teleskopen bestückte Raumsonde zu stationieren, die unter Anwendung des Gravitationslinseneffekts astronomische Observationen von kaum vorstellbarer Präzision erlaubt. Dazu müsste FOCAL nur, so der Arbeitsname der fiktiven Mission, die anfangs von der ESA mit Interesse verfolgt, später aber als kaum realisierbar eingestuft wurde, direkt in die solare Brennsphäre gesteuert werden. Dorthin, wo der Brennpunkt der Sonne liegt, hinein in jenes Niemandsland abseits des Sonnensystems, wo die solare Gravitationslinse dank der Schwerkraft der Sonne die von anderen Sternen eintreffende elektromagnetische Strahlung inklusive aller Radiowellen bündelt, konzentriert und vor allem verstärkt – ähnlich einer optischen Linse.

Drei Lichttage von der Erde entfernt, aber immer noch mit Abstand näher als der erdnächste Stern Proxima Centauri, befindet sich eine ganze Sphäre von Brennpunkten, die zahllose Bilder von Sternen und Galaxien generieren.

"Würden wir ein Teleskop in diesen entlegenen Teil des Weltraumes schicken, besäßen wir ein echtes Fenster zum Universum. Dort fänden wir nicht nur das Bild eines Sternes in einem Brennpunkt vor, sondern eine Sphäre von Brennpunkten, die Bilder all jener Sterne zeigt, deren Licht die Sonne passiert", schwärmt der bekannte SETI-Forscher Frank Drake, der 1960 mit dem Ozma-Projekt das erste SETI-Abenteuer initiierte.

Frank Drake. Bild: National Radio Astronomy Observatory

In dieser Region sei, so Drake, jeder Stern aus sämtlichen Galaxien anzutreffen. Für den Beobachter wäre es so, als sei die Sonne von einer riesigen Himmelssphäre voller extrem heller Bilder von entfernten Objekten umgeben.

Was Maccone erstmals am 18. Juni 1992 auf einer von ihm geleitenden Raumfahrtkonferenz in Turin vor Wissenschaftlern und Ingenieuren und ein knappes Jahr später der ESA schmackhaft zu machen versuchte, fußt letztendlich auf einem von Frank Drake näher spezifizierten Vorschlag, die der weltbekannte SETI-Pionier und -Forscher schon sechs Jahre zuvor auf der "Second Bioastronomy Conference" in Ungarn zum Besten gegeben hatte. Damals firmierte das Projekt noch unter dem Namen SETISAIL.

Doch der wahre geistige Vater des SETISAIL- respektive FOCAL-Konzepts ist nicht Drake, sondern ein in der SETI-Szene wenig bekannter Forscher namens von R. Eshleman. Bereits 1979 setzte der Ingenieur von der Stanford University in Kalifornien den bis dahin völlig unbekannten Vorschlag in die Fachwelt, ein Radioteleskop in die Brennsphäre der Sonne zu schicken, das ganz gezielt nach außerirdischen Funksignalen suchen soll. Die solare Gravitationslinse nutzend, soll sich die Antenne hauptsächlich auf den populären 21-Zentimeter-Wellenbereich fokussieren, die auch heute noch als kosmische Standardfrequenz angesehen wird, auf der außerirdische Intelligenzen senden könnten.

Der Blick den Sternen bzw. dort vermutenden Exoplaneten zugewandt, geht die Suche von SETI auf allen Ebenen weiter. Bild: NASA

Auf der Suche nach künstlichen Radiosignalen eignet sich der langwellige Bereich der Wasserstofflinie (1,42 Gigahertz) bekanntlich deshalb, weil auf dieser Frequenz das im Universum am häufigsten vorkommende Element, der neutrale Wasserstoff, strahlt. Dabei ist dieser Bereich nur einer von vielen im so genannten Wasserloch. In dieser ruhigen Zone des elektromagnetischen Spektrums (1 bis 3 Gigahertz), wo die kosmische Geräuschkulisse kaum zu hören ist, liegen nach Ansicht der SETI-Forscher all jene magischen Frequenzen, die intelligente Aliens zum Absenden ihrer Botschaften nutzen könnten. Das Wasserloch wäre demnach eine Art Oase im kosmischen Wüstenmeer, um die sich Lebewesen verschiedenster Art und Herkunft scharen könnten.

Mini-Exkurs

In der Astronomie hat sich der Gravitationslinseneffekt als ein gängiges, nicht mehr wegzudenkenden Verfahren für die Beobachtung ferner Sterne oder Galaxien etabliert. Als Gravitationslinse bezeichnen Astronomen eine durch das Gravitationsfeld eines zwischen dem Beobachter und einer weit entfernten Lichtquelle befindlichen massereichen Objekts (z. B. ein Sternhaufen oder eine Galaxie) hervorgerufene Erscheinung, bei der das Licht so abgelenkt wird, dass zwei oder mehr Bilder der Quelle wahrnehmbar werden.

Prinzip der Gravitationslinse. Bildnachweis: NASA

Bewegt sich ein Stern, der sich in der Sichtlinie der Erde und einem weit entfernten Hintergrundstern befindet, an diesem vorbei, so wird das Licht des Hintergrundsterns in charakteristischer Weise durch den Gravitationslinseneffekt verstärkt. Durch die Schwerkraft des im Vordergrund liegenden Galaxienhaufens wird eine große künstlich erzeugte "Linse" geschaffen, dank der sogar bis zu 13 Milliarden Lichtjahre von uns entfernte Galaxien und Strukturen ins Blickfeld rücken können. Solare Gravitationslinsen basieren auf demselben Prinzip: Die von unserem Heimatstern am Sonnenrand abgelenkten Strahlen fokussieren sich in Kugelschalen, die jedoch weit außerhalb unseres Sonnensystems liegen – 82 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt: 14-mal weiter entfernt als Pluto von der Sonne.

Maccones Berechnungen zufolge weist der dünne Ring der Sonnenlinse, in dem das Licht gesammelt und konzentriert wird, einen Durchmesser von 1.448.000 Kilometern auf. Alle observierten kosmischen Objekte, ob Planeten, Sterne oder Galaxien, sind in punkto Auflösung kraft der solaren Linse eine Million Mal schärfer als alle optischen Teleskope auf der Erde zusammen.

Einmal im 82 Milliarden Kilometer entfernten Zielgebiet angekommen, würden FOCALS Teleskope in Aktion treten und nahezu alle wichtigen Bereiche des elektromagnetischen Spektrums abtasten und analysieren. Inwieweit dann Informationen aus dem weißen Licht und auch aus Infrarot-, Radio-, Gamma- oder Röntgenstrahlen gelesen werden können, hängt ganz und gar von einer 12 bis 100 Meter Durchmesser großen Schüssel ab, die zusammengefaltet in der Sonde auf ihren großen Auftritt wartet. Sollte sie sich eines Tages erstmals wunschgemäß öffnen, waren einige astronomische Revolutionen programmiert. Zumindest glaubt dies Frank Drake:

Dank der bemerkenswerten Auflösungskapazität der Gravitationslinse könnten wir selbst bestimmte große Gebilde auf diversen Planetenoberflächen erkennen, die in etwa die Dimensionen eines Grand Canyon oder Mississippi haben.

FOCALS Zielgebiet wäre 14-mal weiter entfernt die Sonne von Pluto. Bild: NASA

Mit ähnlichen Worten beschreibt auch Claudio Maccone dieses Phänomen. "FOCALS optische Auflösung wäre unglaublich. Wir könnten mit etwas Glück Städte auf erdnahen extrasolaren Planeten ausmachen und auch größere Details, zum Beispiel Fahrzeuge oder Lebewesen bei ihrer Arbeit." Aber auch erdferne Lebensformen, die uns von abgelegenen Welten aus mit Funkbotschaften eindecken, könnte das Hyperteleskop registrieren. Während die SETI-Detektive mit dem heutigen Equipment bestenfalls innerhalb eines Radius’ von 100 Lichtjahren nach der interplanetaren Flaschenpost fahnden, könnte FOCAL locker Radiosignale von Zivilisationen aus dem Zentrum der Galaxis auffangen, sofern in dieser strahlenreichen Region resistente Lebensformen ansässig geworden sind. "Verglichen mit dem Durchmesser unserer Milchstraße, der sich auf 100.000 Lichtjahre beläuft, sind 100 Lichtjahre Reichweite eine lächerlich geringe Distanz", relativiert Maccone. "Es wäre so, als hätte Christoph Columbus Amerika nicht entdecken können, weil er nicht weiter als bis zu den Kanarischen Inseln gekommen ist."

ESO 269-57- So die Katalognummer der 155 Millionen Lichtjahre entfernten im Sternbild Stier (Centarus) gelegenen Spiralgalaxie. Mit einem Durchmesser von 200.000 Lichtjahren ist sie annähernd doppelt so groß wie unsere Galaxis, in der zumindest eine intelligente Lebensform beheimatet ist. Wie viele mögen in dieser Welteninsel leben oder gelebt haben? Bild: ESO

FOCAL (oder wie auch immer sein Nachfolger heißen wird) würde dagegen nicht nur völlig neue Horizonte öffnen, sondern auch Neuland betreten. Von der Brennsphäre der Sonne aus operierend, könnte das Observatorium sogar Radiosignale ausmachen, die von Nachbargalaxien kommen oder deren Sender nicht leistungsstärker als Walkie-Talkies sind.

Zahlreiche Barrieren

Um einen direkten Blick auf das bunte Treiben unserer kosmischen Verwandten zu erhaschen oder deren Botschaften zu empfangen, müssten die Physiker in einer gewaltigen gemeinsamen Anstrengung gleichwohl physikalische Barrieren beiseite räumen, für die selbst ein König Sisyphos seine bei weitem sinnvollere Arbeit nicht unterbrochen hätte.

Zunächst einmal müsste FOCAL den Spagat vom Reißbrett in die Produktion schaffen. Es wäre eine Aufgabe, die den beteiligten Ingenieuren und insbesondere den Teleskop-Spezialisten alles abverlangen würde, vor allem den Antriebs-Experten, die sich mit dem Problem rumschlagen müssten, wie eine technisch hochempfindliche kleine Raumsonden-Flotte mit den gegenwärtig zur Verfügung stehenden Antriebssystemen 550 Astronomische Einheiten von der Erde entfernt ins kosmische Niemandsland versetzt werden kann.

Es wäre eine Reise ins Ungewisse. Da FOCAL aus entweder zwei frei fliegenden Radioteleskopen oder einer bis zu 100 Durchmesser großen entfaltbaren Schüssel sowie einem großen optischen Spiegel bestehen könnte, die über Kabel mit dem zentralen Flugkörper verbunden sind, könnte es während seines Fluges durch den Raum Mikro-Gesteinpartikeln oder anderen kosmischen Objekten eine größere Aufprallfläche bieten. Bei höherer Geschwindigkeit würde bereits eine Kollision mit einem Staubkorn von nur 0,1 Gramm Gewicht Energien freisetzen, die das Raumfahrzeug zerstören. Somit steht und fällt die FOCAL-Mission mit der Art des Antriebes, ein Problem, dessen Maccone sich durchaus bewusst ist. "Wir haben heutzutage kein Antriebssystem, um 550 Aus in einem angemessenen Zeitraum zu überbrücken."

Ionentriebwerk und andere Probleme

Am ehesten in Frage käme für eine derart aufwändige, kosten- und zeitintensive Mission ein neuartiges solar-elektrisches Antriebssystem, das in Zukunft die interplanetare Raumfahrt beflügeln soll: der Ionenantrieb, der zehnmal weniger Treibstoff als herkömmliche chemische Antriebe benötigt. Dieser würde völlig neue Navigationsmöglichkeiten und damit Bahnmanöver erlauben, die für eine Expedition zum Rande des Sonnensystems vonnöten wären.

Während bei einer konventionellen Rakete die Triebwerke nach dem Rückstoßprinzip arbeiten, bei dem ein durch eine Düse gerichteter Antriebsstrahl die Rakete oder den Raumflugkörper vorwärts treibt, erfolgt bei einem Ionenantrieb die Beschleunigung der Masseteilchen durch elektrische Energie. Diese wird meist über Solarzellen aus Sonnenenergie gewonnen oder über einen großen Segel, der die solaren Lichtteilchen einfängt. Deswegen gehen viele davon aus, dass solar-elektrischen Antriebstechniken die Zukunft gehört, lassen sich doch mit ihnen die unerschöpflichen Energienreserven der Sonne unablässig anzapfen. Da Ionen getriebene Raumsonden weniger Treibstoff benötigen, steht an Bord auch mehr Platz für wissenschaftliche Instrumente zur Verfügung. Dieser Vorteil soll etwa bei den beiden solaren und interplanetaren ESA-Missionen Solar Orbiter (Start 2015) und BepiColombo zum Merkur (Start 2013), die über Ionenantriebe verfügen, vollends zum Tragen kommen.

Bild: ESA

Nach wie vor aber beschleunigen die gegenwärtigen Ionentriebwerke schlichtweg noch zu langsam. Sie benötigen Wochen oder Monate, um auf eine Geschwindigkeit zu kommen, die ein konventioneller Antrieb in Minuten oder Stunden erreicht. Dennoch soll die kleine FOCAL-Flotte dereinst mithilfe einer moderneren Version dieses Antriebssystems binnen 34 Jahren zum solaren Brennpunkt gelost werden. Ob es klappt, steht in den Sternen, die FOCAL später einmal in Höchstauflösung fotografieren soll. Sicher ist sich Maccone nur darin, dass auch andere Intelligenzen irgendwann die Gravitationslinse ihrer Heimatsterne für ihre Art der Himmelsbeobachtung entdecken oder längst entdeckt haben und konsequent nutzen.

Wenn jede Zivilisation ihr Wissen erweitert, wird sie wie wir erkennen, dass ihr eine einzigartige Quelle zur Verfügung steht: eine Linse von derart großer Leistungskraft, die keine vernunftbegabte andere Zivilisation je selbst produzieren könnte. (…) Eine, die Bilder erzeugt, auf denen kleinste Details von fernen Sternen oder Galaxien zu sehen sind. Jede Zivilisation wird diese Chance wahrnehmen und mit Sicherheit die Vorteile einer solchen Linse konsequent nutzen.

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