Mit einem maßstabsgetreuen Modell des Kometen 67P/C-G sitzt Mark McCaughrean vor dem Bildschirm in seinem Büro, dreht und wendet es, und erklärt seinem Gegenüber ausführlich, ohne in wissenschaftliche Komplexität abzugleiten, warum und wie man mit einer Sonde, die eigentlich gar nicht für eine Landung gebaut ist, nun auf diesem Kometen landen möchte. Mark McCaughrean ist leitender wissenschaftlicher Berater in der Direktion für Wissenschaft der Europäischen Weltraumbehörde ESA und hat sich für uns Zeit genommen, die bevorstehenden Missionen anschaulich und leicht verständlich zu erklären. Im ersten Teil des Interviews stellt er unter anderem auch das ESTEC in den Niederlanden vor – im Rahmen des European Digital Art and Science Network wird hier eine Künstlerin oder ein Künstler die Gelegenheit haben, ihre oder seine Residency zu verbringen, bevor es dann weitergeht ins Ars Electronica Futurelab. Sie sind selbst daran interessiert? Dann bewerben Sie sich noch bis zum 20. Juni 2016 unter ars.electronica.art/artandscience!
Das ESTEC in den Niederlanden, Credit: ESA-Anneke Le Floc’h
Die art&science@ESA-Residency wird im ESTEC in Noordwijk stattfinden, dem technischen Herz der ESA. Welche Einrichtungen und Räume gibt es dort und welche Möglichkeiten wird der oder die KünstlerIn im Europäischen Weltraumforschungs- und Technologiezentrum haben?
Mark McCaughrean: ESTEC ist das Herz von all den technischen Dingen, die wie hier an der Europäischen Weltraumorganisation durchführen. Es ist die größte Einrichtung der ESA. Wir haben viele andere Standorte in anderen europäischen Ländern wie Deutschland, Frankreich, Italien, Spanien, Großbritannien, und in Übersee wie beispielsweise unsere Basis in Kourou, Französisch-Guayana. Aber Noordwijk ist bei weitem das größte Zentrum und hier geschieht auch das meiste an technologischen Entwicklungen und Tests.
Die Projektierung der Satelliten, die wir bauen, findet hier statt, und hier sind auch die sogenannten ProjektwissenschaftlerInnen für unsere Weltraumforschungsmissionen tätig. Ihr Job ist es, sicherzustellen, dass die Satelliten in der Lage sind, die Wissenschaft zu liefern, für die sie gebaut wurden.
Nachdem sie in europäischen Industrien gebaut wurden, kommen viele unserer Satelliten direkt hierher ins ESTEC, um in unseren großen Testanlagen genauer geprüft zu werden. Dazu gehören akustische Kammern und Vibrationsanlagen, um die Kräfte während des Starts zu simulieren, und eine riesige Kryokammer, die den Zustand im Weltraum simuliert. Man pumpt dort die gesamte Luft ab, um ein Vakuum zu erzeugen, und setzt den Satelliten auf einer Seite mit extrem hellem Licht über einen riesigen Spiegel aus, und kann damit das Sonnenlicht nachstellen. Wir können hier zehnmal helleres Licht produzieren als normales Sonnenlicht, um zum Beispiel die Bedingungen auf dem Merkur zu testen: Das ist übrigens auch das Ziel unserer BepiColombo-Mission. Darüberhinaus werden die Wände der Kammer abgekühlt bis zu etwa -170 Grad Celsius. Mit 15 Metern Höhe und 10 Metern Durchmesser ist es die größte Kammer ihrer Art in Europa.
Anschließend kommen die Satelliten von hier weiter nach Kourou in Südamerika, wo sie in den Weltraum befördert werden – über eine Ariane 5, Soyuz oder Vega. Oder sie gelangen zu einer anderen Weltraumbasis wie Baikonur in Kasachstan und starten auf russischen Raketen.
Tests für die BepiColombo-Mission, Credit: ESA–G. Porter, CC BY-SA 3.0 IGO
Wie man sieht, geschieht hier bei ESTEC sehr viel, und der oder die KünstlerIn, die uns hier besuchen wird, bekommt eine Führung durch die Anlage, wird die Gelegenheit haben, einige unserer Raumfahrzeuge in den Testkammern zu sehen, sowie unser Ausstellungszentrum, das einige technische Objekte zeigt, die bereits im Weltraum waren und wieder zurückgekommen sind – wie zum Beispiel Testkapseln oder andere Weltraumhardware. Und sie oder er wird natürlich Zugang zu all den Leuten haben, die hier arbeiten – um mit den WissenschaftlerInnen, mit den IngenieurInnen und anderen MitarbeiterInnen zu reden, um zu erfahren, wie die spannenden Missionen der ESA zusammengesetzt und durchgeführt werden.
Der Komet 67P/C-G. So nahe waren wir einem Kometen noch nie. Credit: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA
Sie sind sehr stark in die Rosetta-Mission involviert. Im September 2016 wird der Satellit auf dem Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko landen. Warum führen Sie dieses Manöver eigentlich durch?
Mark McCaughrean: Rosetta wurde 2004 losgeschickt und reiste zehn Jahre lang durch das Sonnensystem. Dabei passierte Rosetta die Erde drei Mal und den Mars einmal um etwas an Schwung zu gewinnen und um sich dann in die Umlaufbahn des Kometen einzuklinken. Von Mitte 2011 bis Anfang 2014 war Rosetta jedoch außerhalb der Umlaufbahn des Jupiters und da gab es nicht genug Sonnenlicht und Energie, um die Raumsonde sicher zu betreiben. Deshalb versetzten wir sie in einen Winterschlaf, drehten alles ab außer ein paar Heizungen, damit der Treibstoff nicht einfrieren konnte, und setzten eine Art Alarm, um die Sonde wieder zum richtigen Moment aufzuwecken, wenn sie sich wieder mehr der Sonne näherte.
Das alles hat funktioniert und Rosetta wachte am 20. Jänner 2014 wieder auf. Die Sonde erreichte schließlich im August den Kometen und begleitet ihn seitdem, liefert uns wunderschöne wissenschaftliche Daten, und brachte schließlich auch die Sonde Philae im November 2014 auf die Oberfläche des Kometen.
Aber jetzt ziehen der Komet und Rosetta wieder weiter und entfernen sich erneut der Sonne – und das Rosetta-Team musste eine Entscheidung fällen. Jetzt würden Sie vielleicht meinen, na gut, setzen wir die Sonde einfach noch einmal für 2,5 Jahre in den Winterschlaf, warten wir bis sie wieder näher an die Sonne herankommt, um sie dann wieder erneut zu starten. Aber leider gibt es nicht genug Treibstoff an Bord um diese Manöver durchzuführen. Man muss bedenken, dass wir uns nicht nur um den Kometen in seiner Umlaufbahn bewegen. Der Komet ist nicht sehr groß und hat nur eine geringe Gravitation – deshalb nutzen wir eigentlich Treibmittel, um rundherum zu fliegen.
Die Rosetta-Sonde und die 2014 bereits auf dem Kometen gelandete Sonde Philae. Credit: ESA/ATG medialab; Comet image: ESA/Rosetta/Navcam
Und selbst wenn wir genug Treibstoff hätten und wir es schaffen, Rosetta erneut aufzuwecken… die Sonde ist alt geworden und begleitet schon seit fast zwei Jahren diesen staubigen Kometen. Es ist nicht mehr derselbe Satellit, wie er 2014 hierherkam. Rosetta altert und einige ihrer Systeme haben schon die besten Jahre ihrer Lebensdauer hinter sich. Man wird also womöglich nicht mehr viel damit forschen können.
“Eine weitere Möglichkeit wäre, das Ding einfach abzudrehen und es davonziehen zu lassen. Aber das ist keineswegs sinnvoll. Stattdessen haben wir uns entschlossen, die Mission mit einer gezielt langsamen Landung auf der Oberfläche des Kometen zu beenden. Wir hoffen, dass wir den ganzen Weg nach unten noch wissenschaftliche Daten sammeln können mit all den Instrumenten an Bord: Damit wird es vielleicht möglich sein, die Oberfläche noch genauer zu sehen und zu analysieren wie nie zuvor.”
Aber es ist wichtig zu verstehen, dass Rosetta nicht dafür gebaut wurde, um zu landen, und deshalb kann es durchaus sein, dass die Sonde dies nicht überleben wird. Sie hat weder Beine noch Dämpfungssysteme wie Philae; Rosetta hat große zerbrechliche Solarpanele sowie eine große Satellitenschüssel, um mit der Erde zu kommunizieren, Befehle zu erhalten und Daten zurückzuliefern.
Und selbst wenn sie wie durch ein Wunder die Landung überstehen würde – in einer perfekten und vollkommen aufrechten Position – sie würde sich dann auf einem Kometen befinden, der sich alle 12,4 Stunden um die eigene Achse dreht. Sehr bald würde die große Satellitenschüssel nicht mehr zur Erde zeigen und wir hätten dann komplett den Kontakt zu Rosetta verloren.
Deshalb konzentrieren wir uns vor allem auf den Weg nach unten, um dabei noch alles an Wissenschaft herauszuholen, was möglich ist. Wir sind sehr sicher, dass Rosetta das nicht überleben wird. Trotzdem arbeiten die Teams gerade daran, den besten Landeplatz zu finden und zu berechnen, wie man dort hinkommt. Auf einem unregelmäßigen sich rotierenden Kometen zu landen ist nicht einfach. Es liegt noch viel an Arbeit vor uns, aber derzeit sieht es so aus als ob wir das alles Ende September durchziehen werden. Das wird ein großer Tag für alle, die an dieser Mission beteiligt sind – emotional, weil die Mission zu Ende geht, und glücklich, mit all ihren großartigen Leistungen, die daraus hervorgegangen sind.
Die ExoMars-Missionen zielen darauf ab, nach Leben auf dem Mars zu suchen. Im März haben Sie die Mission ExoMars 2016 gestartet, und im Oktober wird der Schiaparelli EDM Lander die Oberfläche des Mars erreichen. Was würde das für die Menschheit bedeuten, wenn die Missionen Beweise für vergangenes oder aktuelles Leben dort finden?
Mark McCaughrean: Das ist eine sehr philosophische Frage, vielleicht eine der grundlegendsten überhaupt. Sind wir alleine? Hat sich Leben nur einmal entwickelt? Oder findet das alltäglich im Universum statt? Es gibt viele Milliarden Sterne in unserer Galaxie und viele Milliarden Galaxien im Universum. Und in den vergangenen 25 Jahren haben wir festgestellt, dass die meisten Sterne Planeten haben. Deshalb betrachten es viele von uns als selbstverständlich, dass es da draußen irgendwo Leben geben muss, aber einen Beweis dafür zu finden, wäre natürlich viel tiefgreifender.
Ein Ausschnitt der Mars-Oberfläche. Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO
Abgesehen von der Erde scheint der Mars der naheliegendste Ort in unserem Sonnensystem zu sein, auf dem es Leben geben könnte. Es gibt eine ganze Menge an Beweisen, die dafür steht. Der Mars hatte in der Vergangenheit enorm viel flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche, vor vielen Milliarden Jahren als es dort noch wärmer war: Man findet ausgetrocknete Seen und Meeresböden, gigantische Täler und Ablaufkanäle. Wir haben Wassereis an seinen Polen entdeckt und wir wissen auch von Bildern und Radarmessungen, dass es eine Menge an Eis an vielen Stellen unter der Oberfläche gibt. Das spricht alles dafür, dass sich hier auf dem jungen Mars primitives Leben geformt haben könnte, genauso wie es auf der Erde geschah. Ob das so war oder nicht, und ob es immer noch da ist, nun, dass ist der Grund, warum wir dort nachschauen.
Die ExoMars-Mission 2016. Credit: ESA/ATG medialab
ExoMars ist ein gemeinsames Programm mit Russland und setzt sich aus zwei Missionen zusammen. Eines der wichtigsten Dinge der ersten Mission, die gerade auf dem Weg zum Mars ist, ist es, Spurengase in der Atmosphäre des Mars zu untersuchen, insbesondere Methan. Wir wissen, dass es eine kleine Menge davon gibt, dank der Messungen unserer Mars-Express-Satelliten, aber wir wissen nicht, woher es kommt. Es könnte von geologischen Prozessen tief unter der Oberfläche zurückzuführen sein oder viel spannender von primitiven Lebensformen stammen, wie die früheren Methanogene auf der Erde, die eine große Menge unseres Methans erzeugt haben. Der ExoMars 2016 Trace Gas Orbiter sollte uns helfen, das herauszufinden.
Dann, im Jahr 2020, wird unsere zweite ExoMars-Mission mit einem Rover starten, der auf der Oberfläche umherfahren und Dinge im Detail untersuchen kann. Das Besondere an diesem Rover ist, dass er zwei Meter in die Tiefe bohren kann, um nach Hinweise über aktuellem oder vergangenem Leben Ausschau zu halten, das unter der Marsoberfläche von der gefährlichen kosmischen Strahlung geschützt ist.
Aber es gibt noch etwas zu berücksichtigen. Erde und Mars sind über eine Art Brücke im Weltraum miteinander verbunden – eine Brücke, die aus Meteoriten besteht. Wenn ein Asteroid oder ein Komet einen Planeten trifft, wird eine Menge an Trümmern in den Weltraum katapultiert und nicht alles davon kommt wieder zurück. Nachdem diese dann im Weltraum für Millionen von Jahren treiben, schlagen sie vielleicht in einen anderen Planeten ein. Und tatsächlich, es gibt eine kleine Zahl an Meteoriten auf der Erde, von denen wir vermuten, dass sie ursprünglich vom Mars sind – das wissen wir anhand ihrer chemischen Zusammensetzung. Gleichzeitig müsste es auch Steine der Erde auf dem Mars geben.
Über einen Mechanismus namens “Transspermie” könnte sehr primitives Leben über diese Art von Brücke eventuell zwischen den Planeten ausgetauscht worden sein. Interessant ist aber, dass der Mars kleiner ist als die Erde und auch weniger Schwerkraft hat. Es ist also einfacher, Dinge vom Mars wegzubekommen als von der Erde. So sonderbar es klingen mag, wir könnten selbst Marsianer sein: Das Leben könnte dort begonnen haben und zu uns gelangt sein.
“Also, wenn wir Leben auf dem Mars finden, wäre das ein gewaltiger wissenschaftlicher Durchbruch und absolut faszinierend! Aber es gibt zumindest die Möglichkeit, dass das Leben auf dem Mars ähnlich dem von uns auf der Erde ist, und dass es an einem Ort begann und an einen anderen Ort weiterwanderte. Das würde jedoch eine fundamentale Frage unbeantwortet lassen: Hat das Leben zweimal begonnen im Universum, unabhängig voneinander?”
Deshalb gibt es ein überaus großes Interesse daran, auch anderswo nach Leben zu suchen. Zum Beispiel wissen wir, dass es große Wassermeere unter den Eiskrusten von einigen der größeren Monde des Jupiters und Saturns gibt. Aber diese Krusten sind viele, viele Kilometer dick – es ist dort unmöglich, dass sich Leben, das von Meteoriten der Erde oder des Mars dorthin transportiert wurde, in diesen Meeren befindet. Jedes Leben dort wäre dann also unabhängig von anderen entstanden.
Ein anderer faszinierender Ort ist Titan, einer der Monde des Saturns. Er hat eine dichte Atmosphäre und die Oberfläche ist von Seen, Flüssen und Regenstürmen gekennzeichnet. Um Wasser handelt es sich dabei aber nicht, denn es ist dort viel zu kalt dafür – eher um flüssigen Kohlenwasserstoff, Methan und Ethan. Wenn also eine Art Leben in dieser flüssigen Umgebung entstanden ist, dann muss es völlig anders sein als das Leben auf der Erde. Wenn wir Leben auf Titan finden würden, wäre das eine eindeutige Antwort auf die Frage, ob sich das Leben im Universum zweimal unabhängig voneinander entwickelt hat, und das würde wiederum bedeuten, dass das wahrscheinlich Hundertmal oder Millionenmal im Universum gesehen ist.
Nach Rosetta und ExoMars, welche großen Wissenschaftsmissionen stehen bei der ESA noch auf dem Plan?
Mark McCaughrean: Wir führen derzeit eine ganze Serie an Missionen durch, wie zum Beispiel Gaia, LISA Pathfinder, Mars Express, Cluster, INTEGRAL, XMM-Newton, SOHO und viele andere mit verschiedenen Partnern, die uns großartiges Wissen über Astronomie und unser Sonnensystem liefern.
Und es gibt eine ganze Reihe an neuen Missionen, die in den Startlöchern stehen. In zwei Jahren werden wir die Mission bepiColombo zum Merkur starten, zu dem Planeten, der der Sonne am nächsten ist. Es ist eine sehr kleine und sonderbare Welt auf diesem Planeten – sehr heiß, weil er der Sonne so nahe ist. Aber einige Teile seiner Pole sehen niemals die Sonne und es gibt dort tatsächlich Eis, was jedoch sehr sonderbar ist: Es kam wahrscheinlich erst kürzlich über Einschläge dorthin.
Es gibt noch einige andere seltsame Dinge über Merkur zu erzählen. Zum Beispiel wurde entdeckt, dass der Planet ein Magnetfeld etwa 1% der Stärke der Erde besitzt, aber das ist ungewöhnlich, denn schließlich wäre Merkur viel zu klein, um einen flüssigen Metallkern wie die Erde zu haben – den Ursprung unseres Magnetfeldes. Venus und Mars sind größer als Merkur und diese haben wenn überhaupt sehr schwache Magnetfelder. Wenn man bedenkt, wie wichtig das Magnetfeld der Erde ist, um das Leben zu schützen, ist es essentiell, die verschiedenen Felder der uns umgebenden Planeten zu erforschen. Deshalb ist es auch das primäre Ziel von BepiColombo, den Planeten Merkur dahingehend zu untersuchen.
Der Solar Orbiter startet 2018. Credit: ESA/AOES
Es läuft auch noch eine andere Mission, die sehr nahe an die Sonne herankommt, um dadurch die Sonne und ihre Sonnenwinde unmittelbar zu studieren. Diese nennt sich Solar Orbiter und wird 2018 starten. Die Erde ist 150 Millionen Kilometer von der Sonne entfernt, aber Solar Orbiter wird sich ihr etwa 42 Millionen Kilometer nähern, um noch ein besseres Bild von ihr zu bekommen. Es wird uns möglich sein, detaillierte Fotos zu machen und die Sonnenwinde zu messen. Dadurch, dass wir uns damit viel schneller um die Sonne bewegen können, können wir die Phänomene der Sonne viel besser beobachten als von der Erde aus. Und wir werden die Pole der Sonne weit besser erforschen können.
Dann gibt es noch weitere neue Astronomie-Missionen, die bevorstehen. Gemeinsam mit unseren Partnern, der NASA und der kanadischen Weltraumbehörde, bauen wir das James-Webb-Weltraumteleskop – das größte Teleskop, das für den Weltraum je entwickelt wurde. Mit einem Hauptspiegel von 6,5 Metern Durchmesser ist sehr riesig und viel größer als das des Hubble-Weltraumteleskops. Derzeit wird es in den USA zusammengebaut und getestet; wir haben zwei wissenschaftliche Instrumente mit an Bord und es wird über eine Ariane-5-Trägerrakete von Kourou im Jahr 2018 starten. Wir arbeiten an einer Mission namens CHEOPS, um Planeten zu beobachten, die andere Sterne umkreisen – eines davon nennt sich Euclid, um die dunkle Materie und dunkle Energie zu untersuchen, und darüberhinaus wird ein großes Röntgenteleskop das Hochenergieuniversum aufmerksam beobachten, und ein Gravitationswellenobservatorium wird Phänomene studieren wie die Verschmelzung von supermassiven schwarzen Löchern. Wir haben eine enorm lange Liste an interessanten Dingen, die wir in den nächsten 20 Jahren durchführen werden.
Infrarotaufnahme des NGC 2174, den sogenannten „Affenkopfnebel“. Credit: NASA/ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
Lesen Sie in den kommenden Tagen den zweiten Teil dieses ausführlichen Interviews mit Mark McCaughrean auf unserem Ars Electronica Blog. Dabei wenden wir uns dem Zusammenspiel von Kunst und Wissenschaft zu – und hier vor allem der Rolle der Kunst, wenn es um das Begreifen des Universums geht. Aber haben wir Menschen eigentlich die Möglichkeit, all das überhaupt jemals zu begreifen? Sind die fernen Galaxien eigentlich wirklich so bunt, wie wir sie von den Fotos kennen? Um diese und um viele andere spannende Aspekte wird sich der zweite Teil des Interviews drehen. Folgen Sie uns!
Und nicht vergessen: Noch bis zum 20. Juni 2016 können Sie sich für eine Residency bei der ESA und am Ars Electronica Futurelab bewerben. Nähere Infos und Einreichung unter ars.electronica.art/artandscience!
Prof. Mark McCaughrean ist leitender wissenschaftlicher Berater in der Direktion für Wissenschaft der Europäischen Weltraumbehörde ESA und zuständig dafür, die wissenschaftlichen Ergebnisse aus den astronomischen, heliophysischen, planetarischen und grundlegenden Physikmissionen zu kommunizieren. Nach seinem PhD an der Universität Edinburgh 1988 arbeitete er in Großbritannien, den USA, Deutschland und in den Niederlanden. Seine persönliche Forschung beinhaltet Beobachtungsstudien mittels hochmodernen Boden- und Weltraumteleskopen über die Entstehung von Sternen und ihren Plantensystemen. Als interdisziplinärer Wissenschaftler arbeitet er in der Science Working Group für das NASA/ESA/CSA James-Webb-Weltraumteleskop.