Raumfahrt

Nach sieben Jahren Flugzeit hat die Weltraumsonde »Cassini« jetzt den Saturn erreicht. Anfang 2005 wird ihr Landegerät »Huygens« auf dem größten Mond des Planeten aufsetzen: dem geheimnisvollen Titan. Die Forscher erwarten dort Spuren von Leben.

Wechselhaft bis wolkig, starke Sturmböen, vereinzelt Regen- und Hagelschauer, Smoggefahr, weiterhin sehr kalt. Winter in Deutschland? Mitnichten: Dieser Wetterbericht kommt nicht von der Erde. Er stammt aus einem fernen Winkel unseres Sonnensystems – aus der seltsamsten Welt, die je ein Mensch erblickt hat.

Das Miesepeter-Wetter tobt auf dem Riesenmond Titan. Der wolkenverhangene Trabant umkreist den Ringplaneten Saturn, der in klaren Nächten hell über unseren Köpfen steht. Saturn ist ein Gasriese, rund 1,5 Milliarden Kilometer entfernt und so gigantisch, dass die Erde 762-mal in ihm Platz hätte – entsprechend groß sind seine Monde. Titan ist mit Abstand der größte – Durchmesser: 5000 Kilometer. Zum Vergleich: Der Planet Merkur misst 4840, der Mars 6800 Kilometer. Damit ist Titan eigentlich ein Planet.

Auf seiner Oberfläche bietet sich ein bizarres Bild: Am Horizont schimmert das Ringwelt-Panorama des Saturn, auf dem Trabanten selbst wabert eine dichte orangerote Wolken-Waschküche. Es stinkt wie in einer Ölraffinerie. Große Seen aus flüssigem Me-than; Vulkane, die Ammoniak und Wasser speien; orkanartige Stürme von bis zu 400 Kilometer in der Stunde; und in großer Höhe segeln weiße Wolkenbänke, aus denen es Methan regnet – so viel haben die Forscher bis jetzt über den exotischen Beinahe-Planeten herausgefunden. Vielleicht, spekulieren sie, trägt er sogar Anzeichen von Leben.

Das wird sich zeigen: Die Raumsonde »Cassini-Huygens« hat am 1. Juli den Saturn erreicht. Seit sieben Jahren rast sie auf ihrer Mammut-Tour ins äußere Sonnensystem voran. Cassini-Huygens ist der größte Planeten-Kundschafter, der je die Erde verlassen hat – hoch wie ein zweistöckiges Haus, schwer wie ein Schulbus. Forscher und Ingenieure aus 17 Nationen haben ihn gebaut. Das bislang ehrgeizigste gemeinsame Weltraumprojekt von NASA und ESA soll nun Titans geheimnisvollen Wolkenschleier lüften. »Eine der spannendsten Erkundungs-Missionen, die wir je gemacht haben«, schwärmt ein NASA-Sprecher.

Am 15. Oktober 1997 brachte eine »Titan-IV-B/Centaur«-Rakete die Sonde von Cape Canaveral aus ins All. Zuvor mussten die Spezialisten einen ausgeklügelten Flugplan für den kosmischen Kundschafter entwickeln. Denn die Schubkraft heutiger Raketen reicht nicht aus, um ein Sechs-Tonnen-Monstrum wie »Cassini« aus der Erdanziehungskraft herauszuhieven und direkt zum Saturn zu katapultieren. Nötig wäre dazu eine Startgeschwindigkeit von über 20 Kilometer pro Sekunde – gewaltige 75000 Kilometer in der Stunde. Doch selbst die schubstarke Titan-IV-B/Centaur brachte Cassini nur auf rund 15 Kilometer pro Sekunde.

Die Lösung des Problems sind »Swingby«-Manöver: eine Art »Weltraum-Billard«, bei dem man die Anziehungskraft von Planeten nutzt, um die Raumsonde zu beschleunigen. Steuert sie auf einem geeigneten Kurs durch das Gravitationsfeld eines Planeten, wird ein kleiner Teil der Bewegungsenergie des Planeten auf die Sonde übertragen: Sie fliegt jetzt schneller weiter, allerdings wird ihre Flugbahn durch die Anziehungskraft des Planeten abgelenkt. Je näher die Sonde dem Planeten kommt, desto größer die Ablenkung – und desto größer der Geschwindigkeits-Kick.

Den konnte Cassini für den weiten Saturn-Trip brauchen. Durch vier Swing-bys stahl sich die Sonde die nötige Reisegeschwindigkeit zusammen: Zunächst umrundete sie zweimal – 1998 und 1999 – die Venus, da-nach folgte im August 1999 ein Abstecher zurück um die Erde, der sie weiter zum Jupiter schleuderte. Der katapultierte Cassini schließlich zum Saturn.
Der Raum-Roboter unternimmt die weite Reise nicht allein. In seinem zylindrischen Leib trägt er das Herz der Mission: das Landegerät »Huygens«, gebaut vom Raumfahrt-Unternehmen Astrium in Ottobrunn bei München. Die Deutschen, die auch schon die Sonden »Rosat« und »Rosetta« gebaut und für das Weltraumteleskop »Hubble« eine Spezialkamera geliefert haben, führten bei dem Landegerät sämtliche Weltraum-Eignungsprüfungen wie Schüttel- und Kältetests durch – damit alles klappt, wenn Huygens am 1. Weihnachtstag dieses Jahres von der Sonde abkuppelt und zu seiner spektakulären Erkundungs-Mission startet.

Während Cassini einen Orbit um Saturn einschlägt und den Ringplaneten sowie seine Monde vier Jahre lang untersucht, knöpft sich Huygens den mysteriösen Titan vor. Wer diesen Mond enträtseln will, muss auf ihm landen: Titan ist der einzige Mond im Sonnensystem mit einer dichten, für das Auge undurchdringlichen Atmosphäre. Seit seiner Entdeckung durch den holländischen Astronomen Christiaan Huygens im Jahr 1655 hat der Riese nur wenige Geheimnisse preisgegeben. Unter seiner Wolken-Waschküche verbirgt sich »das größte unerforschte Gebiet des Sonnensystems«, so Ralph Lorenz, einer der Ingenieure der Titan-Mission.

Seit die Raumsonde »Voyager« 1980 den Saturn und seine Monde passiert und erste Analysen gemacht hat, sind die Forscher heiß auf den kalten Titan. Was sie fiebern lässt: Die Luft des Riesenmondes besteht haupt-sächlich aus Stickstoff und dem Sumpfgas Methan – ähnlich wie die Uratmosphäre der frühen Erde. Das UV-Licht der Sonne und hochenergetische Partikel aus dem starken Magnetfeld des Saturn schmieden sie zu komplexen organischen Molekülen wie Aminosäuren um. Diese bilden nicht nur den dichten Wolkenschleier, hinter dem Titan sich verbirgt. Sie könnten auch, so vermuten die Forscher, eine molekulare »Ursuppe« erzeugt haben, aus der sich nach gängiger Vorstellung das Leben entwickelt.

Was wird das Landegerät Huygens erwarten, wenn es auf dem Saturnmond niedergegangen ist? Wegen der Eiseskälte auf Titan (minus 180 Grad Celsius) kann Methan hier auch in flüssiger Form existieren – und ganze Seen bilden. Die Hochebenen der Landmassen dürften von einem Film aus komplexen Kohlenwasserstoffen überzogen sein, auf den es dicke Methantropfen regnet. Weiter unten verdichten sich die Kohlenstoff-Verbindungen zu größeren Partikeln, die regelrechte Smog-Schwaden bilden. Mit Groß-Teleskopen haben Forscher bereits Wetterphänomene wie auf der Erde erspäht. Etwa riesige Wolkenbänke, die am wärmeren Südpol aufsteigen und zum kälteren Nordpol driften, wo sie unterwegs abregnen – nur dass es auf Titan Methan regnet. »Es scheint dort einen Me-than-Kondensationskreislauf zu geben, ähnlich dem Wasserkreislauf auf der Erde«, erklärt Dr. Michael E. Brown vom California Institute of Technology, der Titan 2002 mit dem Keck-Teleskop auf Hawaii ins Visier genommen hat.

Durch die Titan-Waschküche spähte Hubble im Infrarot-Bereich hindurch – und machte 1994 einen Kontinent von der Größe Australiens aus: Die Landmasse fällt durch ihre Helligkeit auf. »Vermutlich spült Methanregen einen dunklen Film aus organischen Verbindungen von den eisigen Hochebenen und legt deren hellen Untergrund frei«, erläutert Ralph Lorenz. Das Material könnte sich am Fuße der Plateaus zu einer Ursuppe aus Aminosäuren anreichern, die sich dort weiter verknüpfen – ähnlich wie in den Gezeiten-Urtümpeln der frühen Erde. Dabei könnten erste komplexe Lebensbausteine wie Eiweiße entstehen – Eiweiße sind Ketten von Aminosäuren.

»Zu klären, wie komplex diese Lebensbausteine sind, ist das Hauptziel der Mission«, erläutert Dr. Jean-Pierre Lebreton, Huygens-Missionsleiter im ESA-Operationszentrum in Darmstadt. Die Forscher erhoffen sich dadurch auch Erkenntnisse über den Ur-sprung des Lebens auf der Erde: Wie und wann sich die erste Zelle und damit Leben gebildet hat, ist noch immer ein Rätsel. »Die aktive organische Chemie auf Titan bietet die einzigartige Chance, die Anfänge der Evolution zu untersuchen«, so die NASA. Anders als auf dem Mars, wo die UV-Strahlen der Sonne potenziellem Leben auf der Oberfläche keine Chance lassen, schirmt Titans Wolkenschleier die zerstörerische Strahlung ab.

Sogar flüssiges Wasser aus heißen Quellen könnte es auf Titan geben. Denn der kalte Mond umrundet den Saturn auf einer exzentrischen Bahn. Dabei zerren die Gezeitenkräfte des Planeten an ihm und kneten sein felsiges Inneres durch. Die dabei entstehende Wärme kann durch Gesteinsrisse bis zur Oberfläche gelangen und dort vorhandenes Wassereis schmelzen – Swimmingpools im All. Tatsächlich deuten Radarechos vom Titan – reflektierte Radarimpulse, ausgesandt von Teleskopen auf der Erde – auf eine eisige Oberfläche hin, durchfurcht von tiefen Rissen. Solche »Hot Spots« könnten Heimstatt für einfache Lebensformen sein, ähnlich den hitzeresistenten Bakterien in giftigen Schwefelquellen auf der Erde. Eine solche Entdeckung wäre eine Sensation.

Am 1. Weihnachtstag werden Explosiv-Bolzen Huygens von der Cassini-Sonde absprengen; zwei Wochen lang rast er dann mit 21000 Kilometer pro Stunde Titan entgegen. Die dichte Atmosphäre des Mondes, die sechsmal so weit ins All reicht wie die der Erde, bremst ihn auf 2000 Kilometer in der Stunde ab; dabei glüht sein Hitzeschild (Durchmesser: drei Meter) feuerrot auf. In 170 Kilometer Höhe entfaltet er schließlich einen acht Meter großen Landefallschirm, stößt den Hitzeschild ab und beginnt mit den ersten Messungen.

Das Landegerät hat sechs wissenschaftliche Instrumente mit einem Gesamtgewicht von 50 Kilogramm an Bord. »Sie werden unsere brennendsten Fragen über Titan beantworten«, hofft Ingenieur Ralph Lorenz. Die Bordkamera schießt Panorama-Bilder von den Wolken und der Mondoberfläche und misst die Dunstpartikel in der Atmo-sphäre. Dann geht außenbords eine Lampe an: Die Messinstrumente brauchen das Licht, um Spektralaufnahmen vom Eis und von den Flüssigkeiten auf Titan zu machen – das enthüllt den chemischen Aufbau der Stoffe. Ein Gaschromatograf und ein Massenspektrometer analysieren den komplexen Aufbau der Atmosphäre, ein Aerosol-Kollektor fängt Dunstpartikel ein, erhitzt sie und untersucht ihre chemische Zusammensetzung.

135 Minuten nach dem Öffnen des Fallschirms setzt Huygens nicht gerade sanft auf Titan auf – mit der Geschwindigkeit eines vom Schreibtisch fallenden Taschenrechners. Das Problem: Keiner weiß, wo. Stürme, gegen die Orkane auf der Erde eine erfrischende Brise sind, reißen das schwebende Landegerät um den halben Mond. Das Design für Huygens hat die Forscher deshalb vor schwierige Aufgaben gestellt: »Wir wissen nicht, wie die Landestelle beschaffen sein wird«, erklärt Jean-Pierre Lebreton. Die Forscher ahnen nur, wie es auf Titan wirklich aussieht.

Zur Vorsicht haben sie alles einkalkuliert: Klatscht die Sonde in ein Methan-Meer, kann sie schwimmen; Sensoren messen die Wellenhöhen, ein Sonar die Meerestiefe. Landet sie auf festem Grund, liefert ein so genanntes Penetrometer an der Unterseite wichtige Daten über die Beschaffenheit: Ist der Boden felsig, eisig oder klebrig auf Grund des vermuteten organischen Molekülfilms? Gleichzeitig liefern Kameras Schnappschüsse aus einer unbekannten Welt. NASA-Geophysiker Wes Huntress: »Wir werden Dinge finden, die wir nicht erwarten.«

Für alle Experimente bleiben zweieinhalb Stunden Zeit – so lange liefern die Hochleistungs-Batterien Strom: 1800 Watt pro Stunde. Dann gehen auf Huygens die Lichter aus – falls nicht die eisige Kälte schon vorher die Bordelektronik kollabieren lässt. Doch aus dem Orbit wird die Erkundungs-Mission fortgesetzt: Cassini soll in den nächsten vier Jahren das gesamte Saturn-System mit seinen 30 bislang bekannten Monden erkunden, das Wettergeschehen auf dem Gasriesen filmen und seine exotischen Ringe untersuchen. Forscher vermuten, dass es sich bei den betörend schönen konzentrischen Bändern um flirrende Überbleibsel aus der Zeit handelt, als sich das Sonnensystem gebildet hat: Eiskristalle und Gesteinsklumpen, die damals nicht zu einem kompletten Mond verbacken sind. Darin fliegende kleine »Schäfermonde« halten durch ihre Gravitation die Ringe wie Schäfer eine Herde zusammen.

Vor allem aber soll Cassini dem Geheimnis von Titan weiter auf den Grund gehen: Mit Infrarot-Kameras und Radar späht die Sonde durch dessen Waschküchen-Atmosphäre hindurch. Auf mehr als 40 Vorbei-flügen kartiert das fliegende Auge Titans gesamte Oberfläche: Vulkane, Methan-Seen, Hochplateaus – und etwaige heiße Quellen, in denen sich möglicherweise einfaches Leben oder seine Vorstufen gebildet haben. Denn dass Huygens bei seinem unkontrollierten Abstieg im Orkan ausgerechnet auf einem biologisch aktiven Hot Spot landet, ist unwahrscheinlich. Deshalb ruhen die Hoffnungen auf den hochauflösenden Kameras von Cassini. »Wenn es heiße Quellen gibt, werden wir sie finden«, versichert Jean-Pierre Lebreton.

Und was, wenn die Forscher tatsächlich eine Oase potenziellen Lebens auf Titan entdecken? Lebretons Antwort kommt raketengleich: »Das wäre das Ziel für die nächste Mission.«