Arokos: Der entfernteste „Himmel“

Am 1. Januar 2019 flog die New Horizon-Sonde der NASA am schneemannförmigen Kuipergürtelobjekt Arrokoth vorbei. Dieses 6,5 Milliarden Kilometer entfernte Objekt ist das am weitesten entfernte Objekt, das jemals von menschlichen Sonden besucht wurde, und wurde einst „Das Ende der Welt“ genannt. Die von New Horizons zurückgesendeten Daten zeigen uns nicht nur eine seltsame Welt, die wir noch nie zuvor gesehen haben, sondern sollen auch weitere Geheimnisse im Zusammenhang mit der Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems enthüllen.

Am 13. November 2019 gab die NASA bekannt, dass der offizielle Name von 2014 MU69 „Arrokoth“ lautet. Die Vorbeiflugsonde Arrokoth der New Horizons wurde vom Magazin SCIENCE zu einem der zehn größten wissenschaftlichen Durchbrüche des Jahres 2019 gekürt.

Folgen Sie nun Xiao Zi (im Folgenden „Zi“ genannt) zu Ji Jianghui (im Folgenden „Ji“ genannt), dem Direktor des Schlüssellabors für Planetenwissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Forscher des Labors für Planetenwissenschaften und Weltraumerkundung des Purple Mountain Observatory, um einige Einzelheiten zu erfahren.

Zi: Was ist die Mission von New Horizons?

Ji: Die Sonde New Horizons wurde am 19. Januar 2006 von der NASA gestartet. Sie ist der erste Bote der Menschheit, der zu Pluto und dem Kuipergürtel geschickt wurde. Es wird den Menschen Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit, die geologischen Bedingungen, die innere Zusammensetzung und die Atmosphäre dieser weit entfernten Himmelskörper des Sonnensystems liefern und uns das Geheimnis des äußeren Randes des Sonnensystems lüften.

Das erste zusammengesetzte „Porträt“ von Arokos | Quelle: AAAS/Science

Zi: Warum an Pluto vorbeifliegen?

Ji: Nachdem bemannte Raumschiffe die acht Planeten des Sonnensystems von Merkur bis Neptun besucht hatten, erhielt New Horizons die glorreiche Mission, der „Terminator“ der Sonnensystem-Erkundung zu sein, denn als die Sonde gestartet wurde, war Pluto noch immer der neuntgrößte Planet im Sonnensystem und wurde sieben Monate nach dem Start von der Internationalen Astronomischen Union zu einem Zwergplaneten herabgestuft. Anders als die felsigen terrestrischen Planeten (Merkur, Venus, Erde und Mars) und die Gasriesen (Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun) gehören Pluto und sein größter Mond Charon zu einer dritten Kategorie: den Eiszwergplaneten, deren feste Oberflächen größtenteils aus Eismaterialien bestehen.

Die von New Horizons übermittelten Bilder und wissenschaftlichen Daten zeigen, dass die Oberfläche des Pluto eine herzförmige Fläche aufweist, die aus ausgedehnten gefrorenen Ebenen besteht, auf deren Oberfläche große Mengen Methaneis verteilt sind und in Äquatornähe ein junger, bis zu 3.500 Meter hoher Eisberg liegt. New Horizons erfasste außerdem zum ersten Mal die komplexe und vielfältige Topographie und Oberflächenbeschaffenheit mehrerer Pluto-Satelliten.

Zi: Warum haben Sie sich als nächstes für den Kuipergürtel entschieden?

Ji: Der Kuipergürtel ist eine scheibenförmige Region etwa 40 bis 50 Astronomische Einheiten (AE, 1 AE sind etwa 150 Millionen Kilometer) von der Sonne entfernt jenseits der Umlaufbahn des Neptun. Bisher wurden Tausende kleiner Eiskörper entdeckt, von denen man annimmt, dass sie aus Fragmenten der protoplanetaren Scheibe stammen, die die Sonne umgibt. Bereits in den 1950er Jahren sagten die Astronomen Kuiper und Edgeworth die Existenz einer solchen „Randzone“ im Sonnensystem voraus, aber erst 1992 wurde das „erste“ Kuipergürtelobjekt (KBO) gefunden. Bis heute wurden Tausende von Objekten des Kuipergürtels entdeckt.

Pluto (entdeckt 1930) ist das größte bekannte Objekt im Kuipergürtel. Durch seine Herabstufung wurde die Entdeckung des ersten Objekts im Kuipergürtel praktisch um 62 Jahre vorverlegt. New Horizons ist nach Voyager 1, 2 und Pioneer 10, 11 die fünfte bemannte Raumsonde, die den Kuipergürtel durchquert. Sie ist jedoch ein Pionier in der wissenschaftlichen Erforschung des Kuipergürtels und wird uns Informationen über die Entwicklung dieser Eiskörper liefern.

Eine Sonde fliegt über den Kuipergürtel | Bildquelle: NASA/JHUAPL/SwRI/Magda Saina

Zi: Welche neuen Entdeckungen wurden bei der Vorbeiflugerkundung von Arrokoth gemacht?

Ji: Zunächst einmal ist dies das erste Mal, dass eine bemannte Sonde eine Tiefenerkundungsmission im Kuipergürtel durchgeführt und dieses abgelegene und unerforschte Gebiet im Sonnensystem erkundet hat. Bei den Objekten im Kuipergürtel handelt es sich vermutlich um Material, das aus der frühen Entstehungszeit des Sonnensystems übrig geblieben ist. Da sie sich am äußeren Rand des Sonnensystems befinden, enthalten diese kleinen Himmelskörper die grundlegendsten Informationen zur Entstehung und Entwicklung der Planeten unseres Sonnensystems. Arrokoth hat das Sonnensystem in seinem ursprünglichen Zustand erhalten, als es vor 4,5 Milliarden Jahren entstand. Zweitens ist dies auch das erste Mal, dass Menschen einen gut erhaltenen Planetesimal erforscht und sein klares Bild aus einer beispiellosen Nähe und Perspektive aufgenommen haben.

Daten von New Horizons zeigen, dass dieses schneeballförmige Objekt etwa 35 Kilometer lang, 20 Kilometer breit und 10 Kilometer dick ist. Auch bei der Erforschung der Herkunft, der Evolutionsmechanismen, der Oberflächenstruktur und der Materialzusammensetzung von Arrokoth haben die Wissenschaftler neue Erkenntnisse erzielt. Die seltsame Form des koaxialen Kopfes und Körpers von Arokos lässt darauf schließen, dass er möglicherweise nicht durch eine heftige Kollision entstanden ist, sondern vielmehr durch die langsame Verschmelzung zweier Lappen nach langfristiger Auflösung der Umlaufbahn. Dies liefert einen direkten Beweis für das Strömungsinstabilitätsmodell der Planetesimalbildung.

Die Oberfläche von Arrokos weist helle Flecken und Stellen, Hügel und Täler, Gruben und Grate auf. Spektraldaten wiesen auch auf das Vorhandensein von Methanol, Wassereis und organischen Molekülen auf seiner Oberfläche hin. Die rote Farbe seiner Oberfläche könnte durch die Veränderung organischer Materie verursacht werden: Einfache Moleküle werden zu komplexen organischen Polymeren rekombiniert.

Geomorphologische Karte von Arokos (Stern et al., Science 2019)

Zi: Welche Bedeutung hat die Entdeckung des Vorbeiflugs von Arokos?

Ji: Arrokos bedeutet in der Sprache der Powhatan/Algonquin „Himmel“ und impliziert eine Sehnsucht nach dem Himmel und eine Neugier auf andere Planeten und Welten jenseits der Erde. Der Name ist auch eine Hommage an den weitesten Vorbeiflug an der Erde in der Geschichte der menschlichen Raumsonde. Diese Erforschung kleiner Objekte im Kuipergürtel hat es den Menschen ermöglicht, die Struktur des Sonnensystems und den Prozess der Planetenentstehung und -entwicklung aus einer völlig neuen Perspektive zu verstehen. Detaillierte Forschungen zu weiteren „lebenden Fossilien“ im Sonnensystem – urzeitlichen kleinen Himmelskörpern – und die Ergebnisse der Entdeckung organischer Moleküle werden der Menschheit dabei helfen, die wichtige wissenschaftliche Frage nach dem Ursprung des Lebens auf der Erde zu erforschen.

Zi: Wie ist der Forschungs- und Entwicklungsstand dieses Forschungsfeldes in China? Welche weiteren Lücken gibt es?

Ji: Die Chang'e-2-Sonde meines Landes hat während ihrer erweiterten Mission einen nahen Vorbeiflug an dem potenziell bedrohlichen erdnahen Asteroiden Toutatis geschafft und dabei wichtige wissenschaftliche Ergebnisse erzielt, die international große Auswirkungen hatten. Seit 2010 organisieren die zuständigen nationalen Stellen die Demonstration von Chinas Plan zur Erforschung des Weltraums bis 2030. Dieser Plan sieht in den nächsten Jahren die Durchführung der Rückführung von Proben kleiner Himmelskörper und die Erforschung von Kometen im Hauptgürtel vor. mein Land hat erst spät mit der Erforschung kleiner Himmelskörper im Weltraum begonnen und seine Forschungsgrundlage ist relativ schwach. Es müssen Durchbrüche in Schlüsseltechnologien erzielt und die Fähigkeit zur Entwicklung wissenschaftlicher Nutzlasten weiter verbessert werden. Die Mission zur Erkundung des Weltraums ist anstrengend und hat noch einen langen Weg vor sich.

Erwähnenswert ist, dass inländische Wissenschaftler in den letzten Jahren einen Plan zur Erforschung der Ränder des Sonnensystems vorgeschlagen haben. Dabei geht es darum, im Jahr 2049 die Randerkundung des Sonnensystems auf über 100 astronomische Einheiten hinaus zu erreichen, Sonden zu starten, um großflächige dreidimensionale Raummerkmale der Heliosphäre, des Randes des Sonnenwinds und der Materiemerkmale im benachbarten interstellaren Raum durchzuführen, den Asteroidengürtel, Jupiter und andere große gasförmige Planetensysteme zu besuchen und gleichzeitig Objekte des Kuipergürtels zu entdecken.

Zi: Könnten Sie uns abschließend bitte unsere Einschätzung zu den zukünftigen Entwicklungstrends und möglichen Durchbrüchen in der Erforschung des Weltraums mitteilen?

Ji: In Zukunft werden sich die Erforschung des Weltraums und die Planetenforschung auf zentrale wissenschaftliche Fragen konzentrieren, fortschrittliche Luft- und Raumfahrttechnologie, wissenschaftliche Forschung und wirtschaftliche Entwicklungsstufen kombinieren, wissenschaftliche Ziele nutzen, um wissenschaftliche und technologische Innovationen und die Entwicklung neuer Industrien zu leiten und voranzutreiben, und die internationale Zusammenarbeit ausbauen. Mit dem Start weiterer Missionen zur Erkundung des Weltraums werden neue Durchbrüche bei wichtigen wissenschaftlichen Fragen erzielt, die die Wissenschaftler beschäftigen, wie etwa der Entstehung des Sonnensystems, der Entstehung des Lebens auf der Erde und der Bedrohung der Erde und des Überlebens der Menschheit durch kleine Himmelskörper.

Dieser Artikel wurde ursprünglich mit entsprechenden Änderungen in der 2. Ausgabe der China Science Foundation im Jahr 2020 veröffentlicht.

Chefredakteur: Mao Ruiqing

Rotierender Chefredakteur: Zhao Haibin

Herausgeber: Wang Kechao, Gao Na