NASA könnte Sonde zu „potenziell bewohnbarem“ Exoplaneten 4 Lichtjahre von der Erde entfernt schicken

Die NASA könnte eines Tages eine fusionsbetriebene Sonde zu Proxima Centauri b schicken – einem potenziell bewohnbaren Exoplaneten, der etwas mehr als vier Lichtjahre von der Erde entfernt liegt. Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die Mission innerhalb eines Menschenlebens abgeschlossen sein könnte. Proxima b, entdeckt 2016, umkreist den roten Zwergstern Proxima Centauri und ist der unserem Sonnensystem am nächsten gelegene Exoplanet. Wissenschaftler gehen davon aus, dass er sich in der habitablen Zone seines Sterns befindet, also in der Region, in der die Bedingungen die Existenz von flüssigem Wasser ermöglichen könnten – eine Voraussetzung für Leben nach heutigem Verständnis.

Die direkte Erforschung von Proxima b galt aufgrund der enormen Entfernungen lange als technisch nicht realisierbar. Ein theoretischer Missionsentwurf der Luft- und Raumfahrtingenieurin Amelie Lutz von der Virginia Tech geht jedoch davon aus, dass ein 500 kg schweres Raumfahrzeug, angetrieben von einem kompakten Kernfusionstriebwerk, den Planeten in etwa 57 Jahren erreichen und in die Umlaufbahn eintreten könnte.

In ihrer Masterarbeit, die auf der Website von Universe Today besprochen wurde, schrieb Frau Lutz: „Jüngste bedeutende Entwicklungen in der Energieerzeugung durch Kernfusion ermöglichen eine realistische Diskussion über Fusionsantriebssysteme für Raumfahrzeuge. Diese Studie liefert einen Rahmen für groß angelegte Raummissionen zu Proxima b.“

Anders als bei leichten interstellaren Konzepten wie Breakthrough Starshot, bei dem grammgroße Sonden mit bodengestütztem Laserantrieb ins All geschickt werden sollen, konzentrierte sich Lutz‘ Studie auf ein vollwertiges wissenschaftliches Raumfahrzeug, das eine robuste Instrumentenausstattung für orbitale Operationen und detaillierte Beobachtungen an Bord hat.

Die Sonde wäre mit elf Instrumenten ausgestattet, darunter bildgebende Spektrometer, Magnetometer und Instrumente zur Sondierung des Untergrunds, mit denen sich die Atmosphäre, die Oberflächenzusammensetzung und die innere Struktur von Proxima b analysieren lassen. Energie und Antrieb der Raumsonde würden von einem Kernfusionsreaktor bereitgestellt, der mit Deuterium-Helium-3 (D-He3) betrieben wird – einer Kombination, die für ihre hohe Energieeffizienz und relativ geringe Neutronenstrahlung bekannt ist.

Lutz verglich drei Fusionsantriebskonzepte: die Fusionsrakete (FDR), das Trägheitselektrostatische Einschlusssystem (IEC) und den Antimaterie-initiierten Mikrofusionsmotor (AIM). Jedes dieser Konzepte wurde anhand von vier Brennstoffarten analysiert: Deuterium-Deuterium (D–D), Deuterium-Tritium (D–T), Proton-Bor-11 (p–B11) und Deuterium-Helium-3 (D–He3). Die Kombination einer FDR mit D–He3-Brennstoff erwies sich als die praktikabelste.

Sie schloss: „Die Analyse ergab, dass ein langsamer Vorbeiflug und eine begrenzte Umlaufbahn für die Datenerfassung am besten geeignet sind. Diese können nur durch den FDR mit D-He3 und einer Missionsdauer von 57 Jahren unterstützt werden.“

Die Mission würde Gravitationslinsen nutzen, um Daten zur Erde zu übertragen. Durch die Platzierung der Raumsonde auf der Rückseite von Proxima Centauri und ihre präzise Ausrichtung auf die Erde könnten die Signale durch das Gravitationsfeld des Sterns selbst verstärkt werden, was möglicherweise eine Kommunikation mit hoher Bandbreite über interstellare Entfernungen ermöglicht.

Obwohl Helium-3 auf der Erde selten ist, wurde es in größeren Mengen im Mondregolith nachgewiesen. Einige Raumfahrtagenturen und private Unternehmen haben den Mond bereits als zukünftige Helium-3-Quelle für die terrestrische Fusionsenergieerzeugung vorgeschlagen. Die Machbarkeit einer großflächigen Förderung bleibt jedoch ungewiss.

Das in Lutz' Arbeit beschriebene Antriebssystem ist noch theoretisch. Fusionsantriebe müssen im Weltraum noch demonstriert werden, und die D-He3-Fusion wurde unter Betriebsbedingungen noch nicht erreicht. Dennoch bietet die Analyse ein strukturiertes Modell für die Entwicklung interstellarer Langstreckenmissionen basierend auf aktuellen Trends in der Fusionsforschung.

Proxima Centauri b hat etwa die 1,3-fache Erdmasse und umkreist seinen Mutterstern alle 11,2 Erdentage. Er erhält etwa 65 % des Sonnenlichts der Erde. Rote Zwergsterne sind jedoch für starke Sternausbrüche bekannt, die die Atmosphäre eines Planeten zerstören oder seine Oberfläche hoher Strahlung aussetzen können. Ob Proxima b ein Magnetfeld oder eine schützende Atmosphäre bewahrt hat, ist unbekannt.

Trotz dieser Unsicherheiten bleibt Proxima b eines der vielversprechendsten Ziele bei der Suche nach Leben außerhalb unseres Sonnensystems. Er steht auf praktisch allen von Astrophysikern und Planetenforschern zusammengestellten Listen potenziell bewohnbarer Exoplaneten.

Zu den weiteren Kandidaten zählen LHS 1140 b, ein Gesteinsplanet mit etwa 1,7-facher Größe der Erde in 40 Lichtjahren Entfernung; TRAPPIST-1e, einer von sieben erdgroßen Planeten im TRAPPIST-1-System; TOI-700 d, 101 Lichtjahre entfernt im Sternbild Dorado; und Kepler-442b, der einen relativ stabilen K-Typ-Stern in 1.200 Lichtjahren Entfernung von der Erde umkreist.

Jeder dieser Planeten erfüllt grundlegende Kriterien für potenzielle Bewohnbarkeit: eine etwa erdgroße Masse, eine Umlaufbahn innerhalb der bewohnbaren Zone des Muttersterns und erste Hinweise auf eine mögliche Atmosphäre. Aufgrund ihrer Entfernung sind sie jedoch deutlich schwerer zu erreichen, was Proxima b als den am leichtesten zugänglichen Kandidaten für direkte wissenschaftliche Untersuchungen ausmacht.

Obwohl es derzeit keine bestätigten Pläne der NASA für eine Mission zu Proxima b gibt, hat die Agentur im Rahmen ihres Programms „NASA Innovative Advanced Concepts“ (NIAC) eine Reihe fortschrittlicher Antriebsstudien finanziert. Die Studie von Frau Lutz stellt eines der detailliertesten bisher veröffentlichten Missionskonzepte für eine vollständig orbitale interstellare Mission dar.

Sie schloss: „Zukünftige Arbeiten umfassen die Untersuchung der Anforderungen für die Datenübertragung zur Erde und die Implementierung einer autonomen Entscheidungsarchitektur, die das Raumfahrzeug über extreme Entfernungen steuert.“

Bei einem Start innerhalb der nächsten Jahrzehnte könnte eine solche Mission noch vor Ende des 21. Jahrhunderts Daten von Proxima b liefern.