Leuchttürme im All

Deutsche Forscher entwickeln Sternen-GPS für Raumfahrer

Seit Jahrtausenden orientieren sich Menschen auf der Erde anhand der Gestirne am Himmel. Deutsche Wissenschaftler haben jetzt eine neue Navigationsmethode vorgestellt, die Raumschiffen und -sonden künftig helfen soll, sich im Weltall zurechtzufinden. Sie funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie das GPS, statt Satelliten sorgen aber sogenannte Pulsare für die Orientierung.

Die von Astronomen am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching bei München entwickelte Navigationsmethode basiert auf den charakteristischen, periodischen Signalen von schnell rotierenden Neutronensternen (Pulsaren), die quasi als kosmische Leuchttürme zur Bestimmung von Position und Geschwindigkeit eines Raumschiffes dienen.

Forscher: "Keine Science-Fiction"
Das, so betonen die Forscher, sei keine Science-Fiction, sondern könnte bereits bei künftigen Missionen ins All zur Anwendung kommen. Derzeitige Navigationssysteme für Raumsonden basieren auf Laufzeitmessungen von Radiosignalen von der Erde aus - doch dazu braucht man zum einen mehrere Antennen auf der Erde und zum anderen werden die Messungen immer ungenauer je größer der Abstand der Raumsonde zur Erde ist. Eine unabhängige und autonome Methode mit Pulsar-Signalen könnte dieses System in Zukunft ergänzen oder sogar ablösen.

Besonders gut für Navigationszwecke würden sich laut Angaben der Wissenschaftler Röntgenpulsare mit Rotationsperioden von zehn bis 30 Millisekunden eignen. Drei von diesen Pulsaren, deren zeitliche Stabilität mit der von Atomuhren vergleichbar ist, müsste man anvisieren, um die Position einer Sonde im Weltall zu bestimmen, so die Forscher um Werner Becker.

Noch sind die Antennen zu groß

Ein Problem gilt es aber noch zu lösen: Um Signale von Pulsaren zu empfangen, sind leistungsfähige Röntgenspiegel notwendig - und die sind derzeit noch einige Meter groß und mehrere Tonnen schwer.

Damit man solche Röntgenspiegel auf einem Raumschiff oder einer -sonde einsetzen kann, müssen sie deutlich kleiner und leichter werden. Solche leichtgewichtige Röntgenspiegelsysteme werden bereits entwickelt und sollen in etwa 15 bis 20 Jahren zur Verfügung stehen. Dann werde auch eine autonome, von einer Bodenstation auf der Erde unabhängige Navigation von interplanetaren Raumsonden möglich, so Becker: "Dies könnte bereits für eine bemannte Mission zum Mars von Interesse sein."

Neutronensterne sind kompakte Überreste von einst massereichen Sternen, die, nachdem sie ihren nuklearen Brennstoff aufgebraucht haben, in einer gigantischen Supernova explodiert sind. Sie besitzen sehr starke Magnetfelder, was dazu führt, dass sie ihre Strahlung entlang schmaler Strahlungskegel aussenden. Weil sie rotieren, streifen diese Strahlungskegel wie die Signale eines Leuchtturms durch den Weltraum. Für einen Beobachter scheinen solche Objekte zu pulsieren; daher auch der Name Pulsar. 

Das Bild zeigt eine künstlerische Darstellung der Navigation einer Raumsonde mit Pulsarsignalen von drei Neutronensternen.