Rätsel um Abbremsung der Raumsonden Pioneer gelöst

Ungleichmäßige Wärmeabstrahlung erklärt die seltsame Anomalie

Pioneer-Sonde
Pioneer-Sonde

Lissabon (Portugal) - Eine bislang unerklärliche Abbremsung der amerikanischen Raumsonden Pioneer 10 und 11 hat eine einfache Ursache: Die Raumfahrzeuge strahlen ihre Wärme ungleichmäßig ab. Insbesondere reflektiert die große Parabolantenne für die Kommunikation mit der Erde einen Teil der Wärmestrahlung gerade so, dass die Sonden abgebremst werden. Zu diesem Ergebnis kommt ein Team portugiesischer Forscher auf der Basis neuer Computersimulationen.

"Das Rätsel der anomalen Abbremsung kann endlich zu den Akten gelegt werden", erklären Frederico Francesco vom Instituto Superior Técnico in Lissabon und seine Kollegen. Die 1972 und 1973 gestarteten Sonden waren die ersten, die den Asteroidengürtel durchquert und die äußeren Planeten erreicht hatten. Der Kontakt zu Pionier 11 riss 1995, zu Pionier 10 im Jahr 2003 ab. Doch die bis dahin übermittelten Daten bereiteten den Forschern bis heute Kopfzerbrechen: Sie zeigten, dass die Raumfahrzeuge ein kleines bisschen stärker abgebremst werden, als sich mit der Anziehungskraft der Sonne erklären lässt.

Das öffnete die Tür für allerlei Spekulationen: Stimmt vielleicht das Gravitationsgesetz nicht? Oder gibt es eine bislang unbekannte zusätzliche Kraft, die dort draußen auf die Sonden wirkt? Bodenständigere Erklärungen wie etwas Gaslecks wurden Stück für Stück ausgeschlossen. So zeigte 2002 eine Arbeitsgruppe am Jet Propulsion Laboratory der Nasa, dass die Wärmestrahlung der Sonde lediglich sechs Prozent der rätselhaften Abstrahlung erklären kann. Dieses Ergebnis korrigierte das Team vom "Pioneer Anomaly Project" 2008 allerdings mit genaueren Modellen des Aufbaus, der Wärmeproduktion und der Wärmeleitung der Raumsonde auf 30 Prozent.

Die Analyse von Francisco und seinen Kollegen schließt nun die Lücke. Mit einem neuen Modell der Wärmeabstrahlung und insbesondere der Reflektion der Wärmestrahlung an den unterschiedlichen Bauteilen der Sonde gelang es den Forschern, die beobachtete Abbremsung vollständig zu erklären. Die Wissenschaftler verwendeten dazu ein in den 1970er Jahren für dreidimensionale Computergrafiken entwickeltes Verfahren, das so genannten "Phong-Shading". Das Verfahren soll nun auch am JPL in das Modell des "Pioneer Anomaly Projects" integriert werden um das Ergebnis der portugiesischen Forscher unabhängig zu überprüfen.