Am 18. November 1915 hält Albert Einstein einen Vortrag vor der ehrwürdigen Preußischen Akademie der Wissenschaften in Berlin. Dort stellt er seine Allgemeine Relativitätstheorie vor, die ihn schon bald weltberühmt machen wird. Viele seiner Fachkollegen überzeugt er mit einem Kniff: Es ist eine Rechnung, die den inneren Planeten Merkur betrifft. Denn die neue Theorie kann ein wissenschaftliches Problem lösen, das über 50 Jahre lang die Astronomen beschäftigte. Demnach stimmte die Umlaufbahn des Merkur nicht völlig mit den Vorhersagen von Newtons Gravitationsgesetz überein. Doch Einsteins neue Theorie kann helfen.
Karl erzählt in dieser Folge des AstroGeo Podcast vom Merkur. Er ist eine Welt, die vermutlich lange vor der Antike bekannt war. Die alten Griechen nennen ihn Apollon oder Hermes, je nachdem, ob er am Morgen- oder Abendhimmel erscheint. Die Römer benennen Hermes in Mercurius um und verleihen damit dem Planeten seinen bis heute gültigen Namen.
Bis weit in die Moderne bleibt Merkur schwer zu erforschen. Denn seine Nähe zur Sonne verhindert gestochen scharfe astronomische Aufnahmen. Immer verschwimmt die Planetenscheibe im Dunst des Dämmerungshimmels. Allein die Dauer einer Eigendrehung – also die Tageslänge – wird erst 1965 mit dem damals größten Radioteleskop Arecibo ermittelt.
Die erste Raumsonde Mariner 10 bringt ab 1973 noch mehr Merkwürdiges zu Tage: Der kleine Merkur hat eine immense Dichte, so dass sein Schwerefeld ähnlich stark ist wie das des viel größeren Planeten Mars. Dazu besitzt er wie die Erde ein Dipol-Magnetfeld, was auf einen inneren Dynamo hindeutet. Erst 2008 erreicht eine zweite Raumsonde den Merkur und schwenkt drei Jahre später in seine Umlaufbahn ein. Die NASA-Mission Messenger liefert zwar viele wertvolle Daten, vertieft aber die Rätsel um den kleinen Planeten nur noch weiter.
Bis heute bleiben immense Fragen offen: Warum unterscheidet sich der kleine Merkur so sehr von den anderen felsigen Planeten, in seiner Dichte, der chemischen Zusammensetzung oder dem Magnetfeld? Um was handelt es sich bei den tiefen Löchern, die bis heute in seiner Oberfläche entstehen und die erst kürzlich auf Aufnahmen von Messenger entdeckt wurden? Wie entstand dieser merkwürdige Planet und was können wir aus diesen Prozessen über weit entfernte Exoplaneten lernen? Eine neue Mission von Europas Raumfahrtagentur und der Japans könnte diese Fragen schon bald lösen.
Episodenbild: CC BY-SA 3.0 IGO ESA/BepiColombo/MTM
Im Juni 1986 erlebten Planetenforscher einen Heureka-Moment. Denn sie waren zum ersten Mal einig, wie die Erde zu ihrem ungebührlich großen Mond gekommen ist. Diese Erklärung gilt bis heute als das wahrscheinlichste Szenario: Kurz nach der Entstehung der Erde vor rund 4,5 Milliarden Jahren stieß ein marsgroßer Planet mit der Protoerde zusammen. Aus dem verdampften Gestein, das dabei ins All geschleudert wurde, bildete sich wenig später der Mond.
Karl erzählt in dieser Folge, wie es zu diesem Heureka-Moment kam – denn nur wenige Jahre zuvor war die Forschungswelt noch hochgradig zerstritten, was die Entstehung des Mondes anging. Mindestens eine Handvoll Hypothesen war im Rennen. Man diskutierte, ob der Mond sich von der Erde durch allzu große Fliehkraft abgespalten hatte oder ob er friedlich an der Seite der Erde aus dem Urnebel gewachsen war. Andere glaubten an ein eingefangenes Objekt aus der kosmischen Nachbarschaft – oder sogar an eine natürliche, nukleare Explosion tief im Erdinneren nahe dem Erdkern.
Schon in den 1940er Jahren war dem kanadischen Geologen Reginald Daly aufgefallen, dass die mittlere Dichte des Mondes recht genau der Dichte des Erdmantels entspricht. Aber erst die astronautischen Mondlandungen des Apollo-Programms und die Proben verschiedener Raumsonden brachten ab 1969 Gewissheit: Erdmantel und Mond müssen aus dem gleichen Urmaterial entstanden sein. Gleichzeitig besitzt der Mond nur einen winzigen Eisenkern. Alles zusammen wirkte wie ein Sieb für die diversen Modelle der Mondentstehung. Übrig blieb am Ende nur der große Einschlag.
Trotz der klaren Hinweise bleiben bis heute einige Fragen offen. Zum Beispiel ist weiter unklar, warum zwar der Fingerabdruck der Sauerstoff-Isotope in Erdmantel und Mond sehr gut übereinstimmen – immerhin das häufigste Element von Erde und Mond – aber einige Spurenstoffe teilweise radikal abweichen. Dazu gehört der Anteil von Eisen und anderen Metallen, aber auch von flüchtigen Stoffe wie Wasser oder Kohlendioxid. Herausfordernd für die heutige Forschung ist vor allem das Wachstum des Mondes direkt nach dem großen Einschlag, bei dem es ziemlich heiß hergegangen sein muss.
Am 15. Juli 1965 kommt es in den Räumen des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Kalifornien zu einem Showdown: Drei Männer betrachten eine der ersten Aufnahmen der Marsoberfläche, welche die Raumsonde Mariner 4 nur wenige Stunde zuvor beim Vorbeiflieg aus der Nähe gemacht hatte. Ein Foto vom Mars – eigentlich ein großartiger Erfolg für die Wissenschaft! Und doch war jene Aufnahme eine riesige Enttäuschung – denn ein Bild sagt mehr als tausend Worte, und jenes Bild der Marsoberfläche sagte den NASA-Vertretern: Der Mars ist ganz anders als gedacht – und vor allem ist er kalt und tot. Das Bild zeigte, dass es wohl kein weit verbreitetes Leben auf dem Mars gibt, was vor allem mit seiner Atmosphäre zusammenhängt.
In dieser Folge erzählt Karl eine kleine Geschichte der Mars-Atmosphäre. Die Astronomen der Antike sahen beim Mars zunächst nicht mehr als einen rötlichen Wandelstern, der in Schleifen übers Firmament läuft. Und während auch die ersten Astronomen der Neuzeit nur wenige Details des Planeten in Erfahrung bringen konnten, so waren sie doch überzeugt: Der Mars ist eine belebte Welt, die der Erde ähneln sollte.
Doch bis ins 20. Jahrhundert hinein wussten Forscherinnen und Forscher lediglich: Die Tage auf dem Mars sind vergleichbar lang wie auf der Erde (24 Stunden und 37 Minuten), der Planet besitzt vermutlich Polkappen und Jahreszeiten. Der italienische Astronom Giovanni Schiaparelli hatte im 19. Jahrhunderte lange Linien beschrieben, die er canali nannte und die folgende Generationen über die Möglichkeit einer marsianischen Zivilisation spekulieren ließen. Doch die Voraussetzung für solches Leben auf dem Mars wäre, dass diese Außerirdischen Luft zum atmen hätten. Die Aufnahmen der NASA-Sonde Mariner 4 aus dem Jahr 1965 bereitete all diesen Mutmaßungen ein abruptes Ende: Auf ihnen erschien der Rote Planet als tote, kalte und tiefgefrorene Welt mit einer extrem dünnen Atmosphäre.
Dass in der kaum vorhandenen Marsluft dennoch etwas passiert, wurde zwar früh erkannt, war aber nie genauer untersucht worden. Marsianische Wolken bestehen aus Eiskristallen und waren eher ein Störfaktor für Kameras, die eigentlich Krater, Canyons oder Flusstäler der festen Oberfläche fotografieren sollten. Erst 2018 gibt ein spanischer Doktorand Anlass, die Marswolken genauer zu untersuchen. Jorge Hérnandez-Bernal findet am Riesenvulkan Arsia Mons eine extrem lange Wolke, die über die letzten Jahrzehnte immer zu einer bestimmten Jahreszeit wiederkehrt.
Diese Entdeckung von Hérnandez-Bernal motivierte ein Team um Daniela Tirsch vom Institut für Weltraumforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt genauer nachzusehen. Die europäische Raumsonde Mars Express hatte seit 2003 tausende Bilder gemacht. Und damit gelang etwas, was sich die NASA-Mitarbeitenden aus dem Jahr 1965 kaum hätten vorstellen können: der allererste Wolkenatlas einer außerirdischen Welt.
Wie viele Planeten gibt es in unserem Sonnensystem? Im Jahr 2006 schien zumindest diese eine Frage ein für allemal geklärt zu sein. Denn der zuvor neunte Planet Pluto war zum Zwergplaneten degradiert worden. Fortan umrundeten nur noch acht Planeten unsere Sonne – und Pluto, der ehemalige Planet der Herzen, war nur noch eines von tausenden sogenannten transneptunischen Objekten, kurz TNOs, die unsere Sonne jenseits von Neptun in teilweise ziemlich merkwürdigen Bahnen umlaufen.
Doch die scheinbare Ruhe rund um die Planetenfrage in unserem Sonnensystem sollte nicht lange dauern. Nur zehn Jahre später, im Jahr 2016, veröffentlichten zwei US-amerikanische Forscher einen Fachartikel, in dem stand: Es gibt doch neun Planeten in unserem Sonnensystem! Der von den Forschenden beschriebene „Planet Neun“ sollte so richtig groß sein, weit massereicher als unsere Erde, wenn auch nicht gar so schwer wie Neptun. Mehrere tausend Jahre würde dieser Planet neun für einen Umlauf um die Sonne brauchen, und so weit weg sein, dass er für Astronominnen und Astronomen auf der Erde quasi unsichtbar wäre – ein schwacher, winziger Lichtpunkt draußen im All, aber eben doch ein richtiger, großer Planet.
Dieser Planet Neun würde sich lediglich über seinen Einfluss auf die transneptunischen Objekte im äußeren Sonnensystem verraten. Denn irgendetwas an deren Umlaufbahnen war und ist bis heute komisch: Mit dem derzeitigen Verständnis unseres Sonnensystems lassen sie sich nicht erklären. Doch ein weiterer Planet könnte sie mit seiner Schwerkraft beeinflussen und so dieses Rätsel lösen. Ein Planet Neun wäre demnach eine elegante Lösung für viele noch offene Fragen im äußeren Sonnensystem – aber gibt es ihn auch wirklich? Denn trotz jahrelanger Suche verlief die Jagd nach ihm bislang erfolglos.
In dieser Podcastfolge erzählt Franzi die Geschichte von der Jagd nach diesem Planeten: Es ist eine Geschichte von komischen oder vielleicht doch gar nicht so komischen Umlaufbahnen von Transneptun-Objekten, alternativen Erklärungsversuchen mithilfe eines vorbeifliegenden Sterns und dem Warten auf ein neues Teleskop, das endgültig klären könnte, wie viele Planeten es in unserem Sonnensystem gibt.
Wie viele Planeten hat das Sonnensystem für euch? Lange Zeit waren lediglich sechs Planeten bekannt. Im 18. Jahrhundert entdeckte dann William Herschel den siebten Planeten Uranus und das auch eher zufällig. Die etwas seltsame Umlaufbahn des Uranus um die Sonne verriet schließlich, dass da draußen noch ein achter Planet sein musste: Neptun. Und die Frage lautete: Kommt dann noch ein weiterer Planet oder ist nach Neptun endgültig Schluss?
Rund 75 Jahre lang lautete die Antwort auf diese Frage: Da kommt noch ein neunter Planet – Pluto! Zwar war nach dessen Entdeckung schnell klar, dass der nicht so recht zu den anderen Planeten im Sonnensystem passen wollte: Er ist weder ein echter Gesteinsplanet noch ein Gasriese, sondern eher eine winzige Kugel weit draußen im All, die die Sonne auf einer Umlaufbahn umrundet, die aus einigen Gründen äußerst seltsam ist. Schnell kamen Zweifel an Plutos Status als neunter Planet auf. Aber irgendwie hatte man ihn auch liebgewonnen, den einsamen Wanderer jenseits des Neptuns.
In dieser Folge hat Franzi kein Herz für Pluto – zumindest nicht als Planet. Sie erzählt die Geschichte, wie Pluto zunächst als neunter Planet im Sonnensystem gefeiert wurde, nur um schließlich in einer kontroversen Abstimmung im Jahr 2006 zum Zwergplaneten degradiert zu werden – und sie erzählt, was derjenige Astronom entdeckt hat, der auszog, um einen ganz neuen, zehnten Planeten zu entdecken und stattdessen als „Plutokiller“ bekannt wurde.
Im Jahr 1655 entdeckt der niederländische Astronom Christiaan Huygens mit seinem selbstgebauten Teleskop einen Lichtpunkt, der den Planeten Saturn in 16 Tagen einmal umrundet. Er wird später Titan getauft. Es dauerte mehrere Jahrhunderte, bis klar wurde, was der zweitgrößte Mond des Sonnensystems verbirgt: Erst Raumsonden lieferten Details seiner umwölkten Atmosphäre und sogar erste Fotos seiner rätselhaften Oberfläche. Gerade bereitet die NASA eine neue Forschungsreise zu ihm vor.
Karl erzählt in dieser Folge, warum der Titan so besonders ist. Zwar ist es auf ihm mit durchschnittlich -179 °C bestialisch kalt. Doch gleichzeitig gluckern auf ihm Flüsse aus flüssigem Methan, Ethan und Stickstoff. Sie graben tiefe Täler und speisen gigantische Seen. Aus der Atmosphäre, die deutlich dichter und massiver als die Erdatmosphäre ist, rieseln währenddessen organische Moleküle. Es scheinen die wichtigsten Zutaten beisammen zu sein, um auf Titan eine Form von Leben entstehen zu lassen.
Nach der Marssonde Ingeniuity ist Dragonfly erst der zweite Versuch der NASA, in einer außerirdischen Atmosphäre mit einem Helikopter zu fliegen. Doch anders als die dünne Luft auf dem Mars ist der Titan bestens dafür geeignet: Die Anziehungskraft ist gering, während die Luft auf dem Saturnmond dichter als die der Erde ist und dadurch starken Auftrieb verleiht. Die Forschungssonde kann deshalb eine Radionukludbatterie und sogar ein Massenspektrometer transportieren, um in einer mehrjährigen Mission dem möglichen fremden Leben auf die Schliche zu kommen.
Am 9. März 1979 blickte die Astronomin Linda Morabito-Kelly auf eine Aufnahme der Raumsonde Voyager 1 und traute ihren Augen nicht. Erst vier Tage zuvor war die NASA-Mission auf ihrer großen Tour durchs Planetensystem am Jupiter und seinen Monden vorbeigeflogen und hatte dabei nicht nur den Gasriesen, sondern auch seine Monde fotografiert. Als Voyager ein paar letzte Bilder aus der Ferne machte, erschien nun über dem Mond Io eine gewaltige schirmförmige Wolke.
Der Vulkanausbruch auf Io gilt bis heute als eine der überraschendsten Entdeckungen der Raumfahrtgeschichte. Sie hat gezeigt, dass der jupiternächste Mond keine lange erkaltete und verkraterte Welt ist, wie etwa der Mond der Erde. Io ist stattdessen eine Vulkan-Wunderwelt: Auf seiner Oberfläche brodeln über 250 Vulkane. Es gibt mehrere Lavaseen, von denen der größe 180 Kilometer misst. Und Aschewolken können schon mal ein Drittel seines Durchmesser überspannen.
Karl erzählt in dieser Podcastfolge, was seit 1979 über Io in Erfahrung gebracht wurde – und warum das für Planetenforscherinnen und -forscher heute immer interessanter wird: Denn die vulkanische Aktivität auf Io kann auch etwas über ferne Exoplaneten verraten und genauso über die frühe und vulkanisch aktive Geschichte der Erde und anderer unserer planetaren Nachbarn.
Unser kosmischer Vorgarten besteht aus Himmelskörpern, die kaum unterschiedlicher sein könnten: Da sind verschieden große Planeten und ihre Monde, von denen manche brav auf regulären und andere auf äußerst verschrobenen Bahnen kreisen. Da sind auch Asteroiden, die in Gürteln oder auf kräftefreien Punkten der Planetenbahnen herumlungern.
Karl erzählt in dieser Folge davon, wie Planeten, Monde, Asteroiden, Kometen und sonstiger planetarer Schutt an ihren heutigen Platz gekommen sind. Es geht um das Nizza-Modell, eine Simulation des Planetensystems vor rund 3,9 Milliarden Jahren, als die großen Gasplaneten sich gegenseitig in die Quere kamen und wahrscheinlich eine gewaltige Katastrophe auslösten. Dabei wurde das Planetensystem einmal durchgerührt und es entstanden gewaltige Einschlagskrater. Möglicherweise tauschten sogar einzelne Planeten ihre Plätze.
Am Ende sah es völlig anders aus als zuvor – unser kosmischer Vorgarten hatte seine heutige Form angenommen. Obwohl es einige Zweifel gibt – bis heute passt das Nizza-Modell recht gut zu unserem Sonnensystem.
„Im Weltall hört niemand dich schreien.“ Das stimmt natürlich nur, wenn entweder das Mikrofon im Helm kaputt ist oder man den Helm gleich ganz vergessen hat. Allerdings gibt es außer der Erde auch keinen anderen Himmelskörper im Sonnensystem, den Menschen ohne Helm betreten sollten. Schall gibt es trotzdem längst nicht nur bei uns. Definitiv nicht.
In dieser Folge von AstroGeo erklingen extraterrestrische Klänge. Karl erzählt von all den Versuchen, überhaupt Mikrofone auf fernen Welten zum Einsatz zu bringen. Die Venus und der Saturnmond Titan waren die ersten, auf denen dies gelang. Der häufig von Sonden besuchte Mars blieb überraschend lange unbelauscht. Das klappte erst mit dem neusten NASA-Rover Perseverance, dessen Mikrofone sogleich fantastische Geräusche aufnahmen. Die Marsforschung ist um einen Sinn reicher geworden.
Pluto ist eine beliebte Welt. Spätestens seit am 14. Juli 2015 die NASA-Raumsonde New Horizons an dem Zwergplaneten vorbeirauscht war, flogen ihm die Herzen vieler Menschen zu. Es zeigte sich auch, dass auf seiner Oberfläche selbst ein Herz sitzt, wenn auch ein sehr kaltes. Denn die mittlere Temperatur auf Plutos Oberfläche mit seinem gewaltigen herzförmigen Gletscher aus Stickstoffeis liegt bei gerade einmal minus 229 °C.
Karl taucht in dieser Folge des Podcasts in die Geologie des Plutos ein. Schon lange vor dem Vorbeiflug von New Horizons gab es einige Kenntnisse über die ferne Welt. Doch erst die Daten der Sonde zeigten, wie dynamisch sich der Zwergplanet im Laufe eines 248 Erdjahre langen Sonnenumlaufs verändert. Gleich vier Eissorten spielen dabei eine wesentliche Rolle: Sie gleiten als Gletscher über die Oberfläche, sublimieren in eine dünne Atmsphäre, bilden steile Berghänge oder brechen aus Kryovulkanen als eisige Lava empor.
