Pioneer 10: Eine Tour zu den Planeten

Pioneer 10 war die erste Sonde, die eine Naherkundung des Jupiters erfolgreich durchführte, und auch die erste Sonde, die eine Naherkundung der äußeren Planeten (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) erfolgreich durchführte. Durch seinen Erfolg wurden wertvolle Erfahrungen für nachfolgende Exoplanetensondierungen gesammelt. Ausgangspunkt für den Eintritt der Menschheit in das Zeitalter der Exoplanetenerkundung war Pioneer 10, das den Namen „Pioneer“ wahrlich verdient. Sein Erfolg schuf die erste Oase in der Wüste der Exoplanetenerkundung.

Geschrieben von | Wang Shanqin

Nach dem Start künstlicher Satelliten begannen Menschen, unbemannte Sonden zu starten, um die Planeten des Sonnensystems aus nächster Nähe zu erkunden. Unter diesen Planeten ist die Erforschung der „äußeren Planeten“ (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) anspruchsvoller, weil: erstens sie weiter entfernt sind als die „inneren Planeten“ und daher leistungsstärkere Raketen und eine modernere Technologie zur Bahnregelung erfordern; Zweitens ist die Sonneneinstrahlung in ihrer Nähe aufgrund der größeren Entfernung schwächer, so dass zur Stromversorgung der Instrumente neben Solarzellen noch andere Energiequellen erforderlich sind.

Die Menschheit ist aufgrund dieser Schwierigkeiten nicht zurückgewichen. Durch die gemeinsamen Anstrengungen von Wissenschaftlern und Ingenieuren gelang es der Menschheit schließlich, eine Reihe von Sonden zu starten und dabei das Kunststück zu vollbringen, vier äußere Planeten aus nächster Nähe zu entdecken, was zu einem qualitativen Sprung im menschlichen Verständnis äußerer Planeten geführt hat. Pioneer 10 war die erste Sonde dieser Reihe und die erste, die erfolgreich war.

Eine künstlerische Darstellung von Pioneer 10 und Jupiter. Bildnachweis: Rick Guidice

Ursprung: Eine einmalige Gelegenheit

Im Jahr 1964 wies Gary Flandro (1934-), ein Luft- und Raumfahrtingenieur am Jet Propulsion Laboratory (JPL) der National Aeronautics and Space Administration (NASA), darauf hin, dass sich Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun Ende der 1970er Jahre auf derselben Seite und fast in einer geraden Linie befanden. Wäre es gelungen, einige Jahre früher eine Sonde in diese Richtung zu starten, könnte sie um das Jahr 1980 herum nacheinander an diesen vier Riesenplaneten vorbeifliegen und sie im Vorbeiflug aus nächster Nähe erfassen.

Mit diesem Plan kann die Sonde nicht nur nacheinander an den vier äußeren Planeten vorbeifliegen, sondern die Gravitationsbeschleunigung jedes Planeten erhöht bei jedem Vorbeiflug auch die Geschwindigkeit der Sonde, wodurch viel Treibstoff gespart und die Flugzeit um fast die Hälfte verkürzt wird.

Dies geschieht nur alle 175 Jahre, daher ist diese Gelegenheit sehr wertvoll. Zu diesem Zweck hat die NASA ein Programm zur Erforschung äußerer Planeten gestartet. Nach Diskussionen planten Experten zunächst den Start von vier Sonden, von denen zwei Jupiter, Saturn und Pluto und die anderen beiden Jupiter, Uranus und Neptun erforschen sollten. Dies ist das berühmte Projekt „Planetary Grand Tour“. [Anmerkung 1] Zu dieser Zeit war Pluto noch einer der „neun Planeten“ und wurde daher auch als eines der zentralen Beobachtungsziele des Projekts „Planetary Tour“ ausgewählt.

Um wertvolle Erfahrungen für das „Grand Tour“-Projekt zu sammeln, schlug das Ames Research Center (ARC) der NASA 1964 das Projekt „Galactic Jupiter Probes“ vor. Das Projekt sieht vor, zwei identische Sonden zu starten, sie durch den Asteroidengürtel zu fliegen und den Jupiter zu erkunden. Einer der beiden Detektoren dient als Backup für den anderen – fällt einer aus, übernimmt der andere die Aufgabe des ersteren.

Im Februar 1969 genehmigte die NASA das Projekt. Die beiden Sonden des Projekts wurden kurz vor ihrem Start Pioneer 10 und Pioneer 11 genannt. Ihre Nummerierung begann mit „Nr. 10“, da die NASA seit 1958 mehrere Pioneer-Sonden gestartet hat, die die Nummern 0, 1, 2, 3, 4, P-1, P-3, 5, P-30, P-31, 6 (A), 7 (B), 8 (C), 9 (D) und E tragen. Diese Sonden wurden zur Erforschung des Mondes und der Eigenschaften der Sonne eingesetzt; einige waren erfolgreich und andere scheiterten.

Pioneer 10 und Pioneer 11 trugen ursprünglich die Nummern F und G. Sie waren die erste und zweite Sonde der Pioneer-Serie zur Erforschung der äußeren Planeten. Alle Pioneer-Sonden werden vom ARC Pioneer Team betrieben.

Eine künstlerische Darstellung, wie Pioneer 6-13 aussehen könnte. Ganz links sind Pioneer 6, 7, 8 und 9, die zweiten von links sind Pioneer 10 und 11 und die dritten von links und ganz rechts sind Pioneer 12 und Pioneer 13, die die Venus erforschten. Bildnachweis: NASA
Struktur und Instrumente

Pioneer 10 war ein unbemanntes Raumschiff. Es verfügt über folgende wichtige Komponenten: Stromversorgung, Antriebs- und Lageregelungssystem, wissenschaftliche Instrumente und Antenne.

Um das Problem der unzureichenden Sonnenenergie im äußeren Sonnensystem zu lösen, installierte Pioneer 10 vier Radioisotopen-Thermoelektrika-Generatoren (RTGs) mit komprimierten Plutonium-238-Oxidkugeln, weshalb diese Energiequelle auch als Plutonium-Kernbatterie bezeichnet wird. Sie sind auf zwei Dreistab-Fachwerken platziert, die einen Winkel von 120 Grad zueinander bilden, und zwar weit genug von den Instrumenten auf der Sonde entfernt, um wie die beiden nach außen gerichteten Tentakel einer Schnecke zu wirken. Beim ersten Start kann die vom RTG erzeugte Wärme etwa 155 Watt elektrische Leistung erzeugen. Aufgrund des Zerfalls radioaktiver Stoffe nimmt die Leistung von RTG zwar weiter ab, beim Flug zum Jupiter beträgt seine Ausgangsleistung jedoch noch 140 Watt, während für den Normalbetrieb der Sonde lediglich 100 Watt Leistung benötigt werden.

Zwei der vier RTGs für Pioneer 10 und 11 wurden auf einem erweiterten Fachwerk platziert. Bildquelle:
https://history.nasa.gov/SP-349/ch3.htm

Pioneer 10 war mit sechs in drei Paaren angeordneten Hydrazintriebwerken des Typs MR-103 ausgestattet, die der Geschwindigkeitsänderung, der Lageregelung und der Anpassung der Rotationsgeschwindigkeit dienten. Der 36 kg schwere Treibstoff des Triebwerks ist in einem kugelförmigen Kasten mit einem Durchmesser von 42 cm untergebracht.

Zu den Instrumenten an Bord von Pioneer 10 gehören: Helium-Vektor-Magnetometer (HVM), Quadrisphärischer Plasmaanalysator, Instrument für geladene Teilchen (CPI), Kosmisches Strahlungsteleskop (CRT), Geiger-Röhren-Teleskop (GTT), Detektor für gefangene Strahlung (TRD), Meteoroidendetektoren, Asteroiden-/Meteoroidendetektor (AMD), Ultraviolett-Photometer, Bildgebendes Photopolarimeter (IPP) und Infrarot-Radiometer.

Abbildung: Strukturdiagramm von Pioneer 10 (auch Pioneer 11). Die nicht gekennzeichnete Antenne in der Mitte der Hauptantenne (Hochleistungsantenne) ist die Mittelleistungsantenne. Bildnachweis: NASA, Vektoren von Mysid; übersetzt von Wang Shanqin

Das Funkkommunikationssystem von Pioneer 10 bestand aus einer parabolischen Hochleistungsantenne mit 2,7 Metern Durchmesser und einer Mittelverstärkerantenne. Die Antenne wird verwendet, um Signalanweisungen zu empfangen, die von den Deep Space Network (DSN)-Stationen auf der Erde gesendet werden, und die erhaltenen Daten an das DSN zu senden.

Aus den Namen der Instrumente können wir entnehmen, dass die meisten von ihnen zur Erkennung von kosmischer Strahlung, verschiedenen geladenen Teilchen, Plasma, Magnetfeldern, Meteoren und Asteroiden eingesetzt werden. Die restlichen Instrumente nehmen Bilder im ultravioletten, sichtbaren und infraroten Licht auf.

Das bildgebende Polarimeter auf Pioneer 10 besteht aus einem kleinen Teleskop mit einer Öffnung von nur 2,54 cm (1 Zoll) und zwei Detektoren. Die beiden Detektoren sind mit Rot- bzw. Blaufiltern ausgestattet. Nachdem das Licht in das Teleskop eintritt, passiert es einen Filter und bildet dann ein Bild auf einem Detektor. Durch die Kombination der Bilder der beiden Detektoren ist es möglich, eine nahezu echte Farbe des Ziels zu synthetisieren.

Nachdem alle Instrumente und Teile installiert waren, betrug die Länge von Pioneer 10 (von der Mittelgewinnantenne bis zum Heck des Raumfahrzeugs) 2,9 Meter und der maximale Durchmesser (d. h. der Durchmesser der Hochleistungsantenne) 2,7 Meter. Vor dem Start hatte Pioneer 10 eine Masse von 258 kg.

Pioneer 10 steht kurz vor der Fertigstellung. Bildnachweis: NASA Ames Research Center

Pioneer 10 startet

Am 3. März 1972 (UTC) wurde Pioneer 10 an Bord einer Atlas-Centaur-Rakete gestartet. Diese Rakete wurde speziell für Pioneer 10 mit einem Feststofftriebwerk der dritten Stufe mit enormer Schubkraft ausgestattet, das die Sonde auf 14,4 Kilometer pro Sekunde beschleunigen kann, was eine der wichtigsten Garantien für den Flug von Pioneer 10 zum Jupiter darstellt.

Pioneer 10 wurde an Bord einer Atlas-Centaur-Rakete gestartet. Bildnachweis: NASA Ames Research Center (NASA-ARC)

Aufgrund seiner enormen Geschwindigkeit benötigte Pioneer 10 nur 19 Minuten, um in den interplanetaren Raum einzutreten (der Raum zwischen den Planeten wird als interplanetarer Raum bezeichnet; der Raum zwischen den Sternen wird als interstellarer Raum bezeichnet; die beiden sind nicht dasselbe und sollten nicht verwechselt werden). Elf Stunden später passierte Pioneer 10 den Mond und wurde zum bis dahin schnellsten von Menschenhand geschaffenen Objekt.

Die Rakete sorgte außerdem dafür, dass Pioneer 10 nach dem Start mit einer Geschwindigkeit von 60 Umdrehungen pro Minute um die Symmetrieachse der Hochleistungsantenne rotierte. Als die drei Träger (der dritte davon beherbergt das Helium-Vektormagnetometer) ausgefahren wurden, verlangsamte sich seine Rotationsgeschwindigkeit auf 4,8 Umdrehungen pro Minute, mit der es sich weiterhin drehen wird. Ein Zweck der Drehung besteht darin, die Stabilität zu kontrollieren, und ein anderer besteht darin, der Sonde zu ermöglichen, die Richtung des Teleskops oder Detektors in der Nähe des Zielbereichs zu ändern, um Bildgebung oder Messungen über einen größeren Bereich durchzuführen.

Innerhalb von 10 Tagen nach dem Start wurden die Instrumente auf Pioneer 10 nacheinander aktiviert. Auf seiner Reise durch den interplanetaren Raum entdeckte Pioneer 10 als erste Sonde interplanetare Heliumatome und entdeckte außerdem energiereiche Aluminium- und Natriumionen aus dem Sonnenwind.

Künstlerische Darstellung von Pioneer 10. Bildnachweis: NASA/Don Davis

Nur 12 Wochen nach dem Start durchquerte Pioneer 10 die Umlaufbahn des Mars und nahm Kurs auf den Asteroidengürtel zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Jupiter. Hier sind zahlreiche Asteroiden verteilt, daher der Name.

Am 15. Juli 1972 drang Pioneer 10 in den Asteroidengürtel ein und war damit die erste Raumsonde, die in den Asteroidengürtel eindrang.

Am 7. August 1972 registrierte Pioneer 10 in einer Entfernung von 2,2 Astronomischen Einheiten (330 Millionen Kilometern) von der Sonne eine Stoßwelle, die durch einen heftigen Sonnenwindausbruch verursacht wurde. Diese lieferte wichtige Daten für die Erforschung der Sonnenphysik.

Während seines Durchgangs durch den Asteroidengürtel wurde Pioneer 10 nicht von großen Staubpartikeln getroffen, was darauf hindeutet, dass das Innere des Asteroidengürtels sehr leer ist. Während dieser Zeit bestimmte Pioneer 10 präzise die Dichte von Staubkörnern unterschiedlicher Größe innerhalb des Asteroidengürtels und maß die Intensität des Lichts („Zodiakallicht“), das entsteht, wenn Sonnenlicht an Staubkörnern im interplanetaren Raum gestreut wird.

Am 15. Februar 1973 durchquerte Pioneer 10 sicher den Asteroidengürtel und nahm Kurs auf Jupiter, nachdem es etwa 435 Millionen Kilometer zurückgelegt hatte.

Pioneer 10-Vorbeiflug am Jupitersystem

Am 6. November 1973 war Pioneer 10 25 Millionen Kilometer vom Jupiter entfernt. Das Pioneer-Team gab den Befehl, mit dem Testen seines Bildgebungssystems zu beginnen, und konnte anschließend erfolgreich Bilder des Jupiters aufnehmen. Als er sich Jupiter näherte, erfasste er eine große Anzahl sichelförmiger Jupiter; Als es im Begriff war, in den Schatten des Jupiters einzutreten, sah es, dass die „Halbmonde“ immer dünner wurden.

Mehrere Bilder von Jupiter, die während der Annäherung von Pioneer 10 aufgenommen wurden, zeigen einen deutlichen Wechsel der Mondphasen. Bildnachweis: NASA

Am 26. November 1973 nahm die Anzahl der von Pioneer 10 erfassten Sonnenwindpartikel stark ab und die Temperatur stieg um etwa das Hundertfache an, was bedeutete, dass die Sonde den Rand der Magnetosphäre des Jupiters erreichte und begann, in die Magnetosphäre des Jupiters einzudringen. Am Rand des Magnetfelds des Jupiters trifft der Sonnenwind auf die Magnetosphäre und bildet eine Bugstoßwelle. Die Blockierung des Sonnenwindes durch die Magnetosphäre führt zu einer erheblichen Verringerung seiner Geschwindigkeit. An diesem Tag erhielt das Pioneer-Team 12 Bilder von Jupiter, die von Pioneer 10 aufgenommen wurden. Einen Tag später durchquerte Pioneer 10 die Jupitermagnetopause.

Am 29. November 1973 durchquerte Pioneer 10 die Umlaufbahnen aller äußeren Monde des Jupiters. Ab dem 1. Dezember machte Pioneer 10, das sich nahe genug am Jupiter befand, Fotos von Jupiter, deren Qualität die besten Bilder von Jupiter übertraf, die zu dieser Zeit mit Teleskopen auf der Erde erzielt werden konnten.

Am 3. Dezember 1973 begann Pioneer 10 seinen Vorbeiflug am Jupitersystem. Er überflog am selben Tag um 12:26:00, 13:56:00, 19:26:00 und 22:56:00 Uhr Kallisto (1,3923 Millionen Kilometer entfernt), Ganymed (446.250 Kilometer entfernt), Europa (321.000 Kilometer entfernt) und Io (357.000 Kilometer entfernt).

Umlaufbahn von Pioneer 10 vom 2. bis 6. Dezember 1973 und die Positionen des Jupiters und seiner vier Monde während seines Vorbeiflugs am Jupitersystem am 4. Dezember 1973. Bildquelle: Tomruen; übersetzt von Wang Shanqin

Bilder von Ganymed, die von Pioneer 10 aufgenommen wurden, zeigten, dass Ganymed im Zentrum und in der Nähe des Südpols ein niedriges Albedo aufweist und am Nordpol heller ist.

Ganymed, aufgenommen von Pioneer 10 am 3. Dezember 1973. Bildnachweis: NASA

Pioneer 10 war immer zu weit von Europa entfernt, um aus den Bildern, die es von Europa machte, genügend Details herauszufiltern. Die aufgenommenen Bilder zeigen jedoch immer noch, dass Europa ein relativ hohes Gesamtalbedo und einige relativ breite dunkle Bereiche aufweist. Diese Merkmale wurden später durch andere Detektoren weiter bestätigt.

Dieses Bild von Europa wurde am 3. Dezember 1973 von Pioneer 10 aufgenommen. Bildnachweis: NASA

Am 4. Dezember 1973 um 02:26:00 Uhr erreichte Pioneer 10 sein Perigäum (den Punkt in der Umlaufbahn eines Objekts um Jupiter, an dem es Jupiter am nächsten ist), 132.252 Kilometer von der Wolkendecke des Jupiters entfernt. Seine Geschwindigkeit beträgt derzeit 35 Kilometer pro Sekunde. Zehn Minuten später überquerte Pioneer 10 die Äquatorebene des Jupiters. Etwa 78 Minuten später passierte er (im Verhältnis zur damaligen Sichtlinie der Erde) den Jupiter, um ein Radiomaskierungsexperiment durchzuführen.

Jupiter, aufgenommen während des Vorbeiflugs von Pioneer 10. Der schwarze Punkt im Bild ist der Schatten von Io. Bildnachweis: NASA

Während seiner Annäherung an Jupiter war Pioneer 10 der Strahlung des Jupiters ausgesetzt, die etwa zehnmal stärker war als erwartet. Durch die starke Strahlung kam es zu erheblichen Störungen bei mehreren Instrumenten von Pioneer 10, die nacheinander zu vorübergehenden Fehlfunktionen und zahlreichen Befehlsfehlern führten. Glücklicherweise nahm die Strahlungsintensität wenige Minuten vor der vollständigen Verschrottung des Systems plötzlich ab und das Pioneer-Team korrigierte die meisten fehlerhaften Anweisungen durch Notfallbefehle.

Anschließend analysierte das Pioneer-Team den Grund für den plötzlichen Strahlungsabfall und stellte fest, dass dieser darauf zurückzuführen war, dass das Magnetfeld des Jupiters ein toroidales Magnetfeld ist, das den Äquator umgibt und oszilliert. Dies führte dazu, dass das Magnetfeld des Jupiters Pioneer 10 irgendwann nicht mehr abdeckte und dieser dem Tod entkam.

Obwohl die starke Strahlung des Jupiters Pioneer 10 störte, funktionierten sechs seiner elf Instrumente weiterhin normal und das Bildgebungssystem übermittelte etwa 500 Bilder des Jupiters und einiger seiner Satelliten zur Erde. Die höchste Auflösung dieser Bilder erreicht 320 Kilometer pro Pixel.

Am 1. Januar 1974 schloss Pioneer 10 seine Mission zur Erforschung des Jupitersystems ab und begann seine interstellare Mission. [Anmerkung 2] Am 31. März 1997 schloss Pioneer 10 alle seine Missionen ab.

Pioneer 10 war einst das am weitesten von der Sonne entfernte, von Menschenhand geschaffene Objekt. Am 17. Februar 1998 überholte Voyager 1 Pioneer 10, als beide etwa 69,419 AE (10,41 Milliarden km) von der Erde entfernt waren. Seitdem ist Pioneer 10 das am zweitweitesten von der Sonne entfernte, von Menschenhand geschaffene Objekt. Im April 2023 wird Voyager 2 Pioneer 10 überholen und damit das drittweiteste von der Sonne entfernte von Menschenhand geschaffene Objekt sein.

Das letzte Mal, dass der Satellit Daten von ihm empfing, war am 27. April 2002, als er 80,22 astronomische Einheiten von der Erde entfernt war. Das letzte Mal, dass sein schwaches Signal vom Boden empfangen wurde, war am 23. Januar 2003. Am 7. Februar 2003 konnte der Boden keinen Kontakt mehr zu ihm herstellen.

Metallplatte für Aliens

Oben auf Pioneer 10 befindet sich eine vergoldete Aluminiumplakette mit einigen wichtigen Informationen. Dies ist das erste Mal, dass Menschen ein Informationsschild an einer Sonde angebracht haben, um Außerirdische über die Erde zu informieren. Pioneer 11, Voyager 1 und Voyager 2 verwendeten alle ein ähnliches Schema, wobei das Schild auf Pioneer 11 genau das gleiche war wie das Schild auf Pioneer 10. [Anmerkung 3]

Die Platte des Pioneer 10 wiegt etwa 120 Gramm und ihre Breite, Höhe und Dicke betragen 22,86 cm, 15,24 cm bzw. 1,27 mm.

Das Typenschild von Pioneer 10. Bildnachweis: NASA

In der oberen linken Ecke des Schildes befindet sich ein Bild des Feinstrukturübergangs eines Wasserstoffatoms. Wenn sich die Spinrichtung eines Elektrons in einem Wasserstoffatom ändert, hat das emittierte Photon eine Periode von 0,704 Nanosekunden,[Anmerkung 4] wobei 1 Nanosekunde 1 Milliardstel einer Sekunde entspricht. Diese Informationen könnten es Außerirdischen ermöglichen, eine der Methoden zu verstehen, mit denen Menschen die Zeit messen. In der Mitte der Linie zwischen den beiden Wasserstoffatomen befindet sich eine sehr kurze vertikale Linie, die eine binäre 1 darstellt.

Die Mitte der Linien auf der linken Seite des Schildes stellt das Sonnensystem dar. Die längste Linie, die von diesem Mittelpunkt nach rechts verläuft, stellt die relative Entfernung zwischen der Sonne und dem Zentrum der Milchstraße dar. Die anderen 14 Linien, die sich vom Zentrum aus erstrecken, stellen die relativen Entfernungen zwischen der Erde und 14 Pulsaren dar. Diese 14 Zeilen bestehen aus Binärziffern, die die Rotationsperiode des entsprechenden Pulsars darstellen. Außerirdische können über die Periode den entsprechenden Pulsar finden und so die Position des Sonnensystems bestimmen.

Die Figuren auf dem Schild stellen die Umrisse erwachsener Männer und Frauen auf der Erde dar. Die erhobene rechte Hand eines Mannes signalisiert Freundlichkeit. Das Symbol zwischen den parallelen Linien zwischen Kopf und Füßen der Frau stellt die Binärzahl 8 dar und zeigt an, dass die Frau ungefähr 168 cm groß ist. Die Umrisse von Pioneer 10 überlappen das Porträt teilweise und sind streng proportional zur Größe des Menschen.

Am unteren Rand des Zeichens befindet sich das Sonnensystem, das von links nach rechts aus Sonne, Merkur, Venus, Erde, Mars, Jupiter, Saturn, Uranus, Neptun und Pluto besteht. Die Kurve stellt die Flugroute von Pioneer 10 dar: von der Erde aus, vorbei an Jupiter und aus dem Sonnensystem heraus. Die Symbole über oder unter den Planeten stellen ihre relative Entfernung von der Sonne in Binärziffern dar, in Einheiten vom 0,1-fachen des mittleren Radius der Merkurbahn.

Das Typenschild auf Pioneer 10. Bildnachweis: NASA/HQ

Pioneer 10 ist nun auf dem Weg zum Stern Aldebaran (Alpha Tauri). Aldebaran ist ein Roter Riesenstern, etwa 65 Lichtjahre vom Sonnensystem entfernt (1 Lichtjahr sind fast 10 Billionen Kilometer), und Pioneer 10 wird mehr als 2 Millionen Jahre brauchen, um ihn zu erreichen.

Im Jahr 2019 nutzte jemand [Anmerkung 5] die vom Gaia-Satelliten erhaltenen Daten zu Position, Geschwindigkeit und Richtung von Sternen, um ein „optimistischeres“ Ergebnis abzuleiten: Etwa 90.000 Jahre später wird Pioneer 10 am Zwergstern HIP 117795 vorbeifliegen, mit einer kürzesten Entfernung von 0,75 Lichtjahren; Dies ist der nächstgelegene Stern, dem es in den nächsten paar Millionen Jahren begegnen wird. Allerdings sind 0,75 Lichtjahre etwa das 50.000-fache der Entfernung zwischen Erde und Sonne (150 Millionen Kilometer). Es ist unmöglich, dass der Planet, auf dem Außerirdische leben, so weit von seinem Mutterstern entfernt ist. Daher würde es noch länger dauern, bis Pioneer 10 von Außerirdischen (falls es welche gibt) abgefangen wird.

Der Mond verdeckt Aldebaran. Bildnachweis: Christina Irakleous

Fruchtbare Ergebnisse und große Bedeutung

Pioneer 10 war in vielerlei Hinsicht eine Premiere: Es war die erste Sonde, die einen äußeren Planeten erkundete, es war die erste Sonde, die den Asteroidengürtel durchquerte, es war die erste Sonde, die das Jupitersystem aus nächster Nähe erkundete, es war der erste künstliche Himmelskörper, der die dritte kosmische Geschwindigkeit erreichte und damit das Sonnensystem verließ, es war die erste Sonde, die Atombatterien verwendete, es war die erste Sonde zu äußeren Planeten, die eine durch die Schwerkraft unterstützte Beschleunigung und eine Änderung der Umlaufbahn erreichte, und so weiter.

Durch die Erforschung des Jupiters wurde der Menschheitstraum wahr, den Jupiter aus nächster Nähe zu beobachten, und es wurden fruchtbare Ergebnisse erzielt. Vom Beginn der Beobachtung bis zu ihrem Ende gab das Pioneer-Team in fast 60 Tagen insgesamt etwa 16.000 Anweisungen heraus, die es Pioneer 10 ermöglichten, verschiedene Beobachtungsaufgaben durchzuführen. Während dieser Zeit überquerte er 17 Mal die Bugwelle der Jupitermagnetosphäre, machte etwa 500 Bilder von Jupiter und seinen Satelliten, maß oder beobachtete verschiedene Eigenschaften der Jupitermagnetosphäre, des Strahlungsgürtels, des Magnetfelds, der Atmosphäre, des Gravitationsfelds usw., wodurch das menschliche Verständnis des Jupitersystems erheblich vertieft und Präzedenzfälle für verschiedene Aspekte der Jupiterforschung geschaffen wurden.

Der Erfolg von Pioneer 10 brachte wertvolle Erfahrungen für Sonden wie Pioneer 11 (Erforschung von Jupiter und Saturn), Voyager 1 (Erforschung von Jupiter und Saturn), Voyager 2 (Erforschung von Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun), Galileo (Erforschung von Jupiter), Juno (Erforschung von Jupiter), Cassini-Huygens (Erforschung von Saturn und Titan) und New Horizons (Erforschung von Pluto) und wurde zu deren Vorläufern.

Um an den Beitrag von Pioneer 10 zu erinnern, gab der United States Postal Service am 10. Februar 1975 eine Gedenkbriefmarke mit dem Motiv von Pioneer 10 heraus.

Die Briefmarke Pioneer 10, herausgegeben 1975. Bildquelle: US Post Office; Hochauflösender Scan einer Briefmarke von Gwillhickers

Pioneer 10 läutete die Ära der menschlichen Erforschung der äußeren Planeten ein und schuf die erste Oase in der Wüste der Erforschung der äußeren Planeten. Seitdem sind im Zuge weiterer erfolgreicher Exoplanetensonden weitere Oasen entstanden.

Hinweise

[Anmerkung 1] Die ursprüngliche Bedeutung von „Grand Tour“ im Englischen bezieht sich auf eine Rundreise durch den gesamten europäischen Kontinent durch Europäer oder Briten und entspricht der Bedeutung des chinesischen Wortes „Grand Tour“.

[Anmerkung 2] Schon beim Durchqueren der Asteroidenumlaufbahn hatte das Pioneer-Team einen Weg gewählt, der es ermöglichen würde, den durch die starke Schwerkraft des Jupiters erzeugten „Gravitationsschleuder“-Effekt zu nutzen, um beim Vorbeiflug am Jupitersystem zu beschleunigen und die Flugbahn zu ändern und sich so vom Sonnensystem zu entfernen. Pioneer 10 verwirklichte diesen Plan, als es an Jupiter vorbeiflog und war damit die erste Exoplanetensonde, die einen Plan zur Änderung der Umlaufbahn durch Gravitationsbeschleunigung umsetzte.

[Anmerkung 3] Die Idee, Metallplaketten an Pioneer 10 und 11 anzubringen, wurde erstmals von Eric Burgess (1920–2005) vorgeschlagen. Er hofft, dass hochentwickelte intelligente Lebensformen (Außerirdische) in Zukunft im Weltraum umherfliegende Sonden abfangen und aus den Anzeichen lernen, dass es auf der Erde im Sonnensystem eine weitere Gruppe intelligenter Lebensformen gibt, und dass diese über Informationen über die Erde und die Menschen verfügen. Boggs brachte die Idee zu Carl Sagan (1934-1996). Sagan war an dieser Idee sehr interessiert und beantragte offiziell bei der NASA die Durchführung dieses Plans. Die NASA hat der Idee zugestimmt. Sagan entwarf die Marke in Zusammenarbeit mit Frank Drake (1930–2022). Die Illustration auf dem Schild wurde von Sagans damaliger Frau Linda Salzman Sagan (1940-) erstellt.

[Anmerkung 4] Die Wellenlänge der durch diesen Übergang erzeugten elektromagnetischen Welle beträgt 21,106 cm und die Frequenz 1420,405 MHz, was einer Periode von 0,704 Nanosekunden entspricht.

[Anmerkung 5] Bailer-Jones, Coryn AL & Farnocchia, Davide, Future Stellar Flybys of the Voyager and Pioneer Spacecraft, Research Notes of the American Astronomical Society, 2019, 3, 59. Eine erweiterte Version dieses Artikels ist verfügbar unter: arXiv:1912.03503 (
https://arxiv.org/abs/1912.03503)

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