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Sunday, March 29, 2020

Photonenantrieb: In 15 Jahren zu Proxima Centauri

Der Photonenantrieb könnte uns in 20 Minuten zum Mars bringen – und in 20 Jahren sähen wir die ersten Bilder aus einem anderen Sternsystem. Doch wie könnte eine solche Reise funktionieren und ist sie überhaupt erstrebenswert?

(Fast) unüberwindbare Entfernungen

Es war das Ende einer Ära, als New Horizons 2015 die ersten Bilder des Zwergplaneten Pluto zeigte. Alle größeren Körper des Sonnensystems waren nun erforscht. Kein lebender Mensch sollte je wieder die ersten Bilder einer fremden Welt sehen – oder doch nicht? Denn wie wir seit einigen Jahrzehnten wissen, existieren dort draußen tausende fremde Welten, einige vielleicht von Wasser bedeckt, womöglich sogar bewohnt.

Eine davon befindet sich direkt vor unserer kosmischen Haustür, der potentiell lebensfreundliche Planet Proxima Centauri b. Doch obwohl dies der nächstgelegene Exoplanet ist, lässt sich die Distanz zu ihm kaum beschreiben. Schrumpfen wir die Sonne auf die Größe einer Murmel, wäre die Erde ein Sandkorn, das die Murmel in 90 Zentimetern Entfernung umkreist. Proxima Centauri b wäre ganze 240 Kilometer entfernt. Selbst unsere schnellsten Raumsonden bräuchten tausende von Jahren, um ihn zu erreichen.

Neue Antriebe bringen neue Möglichkeiten

Heutige Raumsonden bringen es auf einige zehn oder hundert Kilometer pro Sekunde. Viel mehr ist mit der aktuellen Technik nicht drin, der Grund dafür ist der Treibstoff. Um höhere Geschwindigkeiten zu erreichen, muss mehr Treibstoff mitgeführt werden. Doch Treibstoff hat auch ein Gewicht und somit braucht es auch Treibstoff für den zusätzlichen Treibstoff – ein Teufelskreis.

Dies macht es unmöglich, mit klassischen Antrieben andere Sterne in humanen Zeiten zu erreichen. Um mit einem klassischen Antrieb etwa 3% der Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, bräuchte es mehr Masse als im beobachtbaren Universum vorhanden ist. Genau wie auf der Erde gilt: Die Zukunft sind alternative Antriebe.

Was ist ein Photonenantrieb?

Einer davon ist in etwa der Photonenantrieb. Er beruht auf einer revolutionären Idee: Muss der Antrieb unbedingt an Bord das Raumschiffs sein? Die Idee ist es, ein extrem leichtes und antriebsloses Raumschiff durch einen externen Laserstrahl extrem zu beschleunigen. So ließe sich ein nennenswerter Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit erreichen, sodass Proxima Centauri b in 15 Jahren erreicht würde. Indem man das segelförmige Raumschiff mit Photonen beschießt, würde man es innerhalb von zehn Minuten auf etwa ein Drittel der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen.

Viel länger funktioniert es nicht mehr, da der Laserstrahl zu breit wird, um ein sich so schnell bewegendes so weit entferntes Raumschiff noch zu treffen. Länger muss es aber auch gar nicht funktionieren, denn da es im Weltraum keine Reibung gibt, fliegt das Segel mit dieser konstanten Geschwindigkeit weiter – bis zu Proxima Centauri.

Wohl eher ein Swing-by

Dieselben Wissenschaftler, welche die Sonde gestartet haben würden dann die Ankunft 15 Jahre später erleben. Die Bildübertragung wird schwierig, denn durch die Lichtlaufzeit von mehreren Jahren werden wir die ersten Bilder einer neuen Welt etwa 20 Jahre nach dem Start sehen. Doch was erwartet uns dann? Kilometer tiefe Ozeane? Schwarze den ganzen Planeten bedeckende Pflanzen? Lebewesen, die sich durch die in purpurrot getauchten Gebirge winden?

Möglich, doch leider würde die Raumsonde davon nicht viel mitbekommen. Denn derzeit ist uns keine Technologie bekannt, die eine Raumsonde in hinreichend kurzer Zeit von solchen Geschwindigkeit bremsen kann, sodass sie in einen Orbit einschwenken oder sogar landen könnte. Vermutlich würde die Sonde also einfach im Vorbeiflug Bilder aufnehmen. Nach wenigen Minuten wäre es dann vorbei.

Nur die Ausgangsbasis

Das kann natürlich unmöglich alles sein. Doch es wäre ein erster Schritt und zwar ein gewaltiger. Mit dieser Technologie ließen sich noch ganz andere Dinge anstellen. Der Mars wäre etwa in wenigen Tagen erreichbar. Man könnte automatisierte Schwärme an Raumsonden in die Tiefen des Alls schicken. Man könnte mir irdischem Leben beladende Sonden schicken, die das Leben auf andere Planeten verbreitet.

Man könnte die Technik auch zur Asteroidenabwehr nutzen und eines fernen Tages auch Menschen auf die Reise ohne Wiederkehr schicken. Der Photonenantrieb kann unsere Galaxie ein Stückchen kleiner werden lassen.

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