Keine Raumsonde hat eine Reise wie Voyager 2 wiederholt. Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun lagen auf ihrer Route – vier gewaltige Welten, die die Sonde innerhalb von zwölf Jahren aus nächster Nähe untersuchte. Was 1977 zunächst als Mission zu Jupiter und Saturn begann, entwickelte sich zu einer Reise durch das gesamte äußere Planetensystem. Uranus und Neptun wurden dabei zum ersten und bis heute einzigen Mal von einer Raumsonde aus der Nähe erforscht.

Am 20. August 1977 startete Voyager 2 von Cape Canaveral. Fast fünf Jahrzehnte später existiert die Sonde noch immer. Ihre Kameras sind längst abgeschaltet, ihre planetare Reise ist Geschichte und die Sonne erscheint aus ihrer Entfernung nur noch als besonders heller Stern. Doch einige der wissenschaftlichen Instrumente arbeiten weiterhin. Voyager 2 befindet sich heute jenseits der Heliosphäre im interstellaren Raum und misst eine Umgebung, die beim Start der Sonde noch kein funktionierendes Raumfahrzeug erreicht hatte.

Warum Voyager 2 vier Planeten erreichen konnte

Hinter der außergewöhnlichen Flugbahn stand eine seltene Konstellation der äußeren Planeten. Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun befanden sich in einer Stellung, die eine Reise von einem Planeten zum nächsten mithilfe sogenannter Swing-by-Manöver ermöglichte. Eine vergleichbare geometrische Anordnung ergibt sich nur ungefähr alle 175 Jahre.

Dabei nutzt eine Raumsonde die Bewegung und Schwerkraft eines Planeten, um ihre Flugbahn zu verändern und zusätzliche Geschwindigkeit zu gewinnen. Voyager 2 musste deshalb nicht den gesamten Weg mit eigenem Treibstoff beschleunigen. Jeder Planet wurde zugleich Forschungsziel und Wegweiser zum nächsten.

Die Möglichkeit einer solchen „Grand Tour“ war bereits vor dem Start bekannt. Finanziert und offiziell geplant wurde zunächst jedoch nur eine wesentlich kleinere Mission zu Jupiter und Saturn. Die Raumsonden Voyager 1 und Voyager 2 waren ursprünglich für eine Lebensdauer von etwa fünf Jahren konstruiert. Mehr als 10.000 mögliche Flugbahnen wurden untersucht. Die schließlich für Voyager 2 gewählte Route ließ eine entscheidende Möglichkeit offen: Wenn die Sonde nach Saturn noch gesund genug war, konnte sie weiter nach Uranus und anschließend nach Neptun geschickt werden. Durch die planetaren Vorbeiflüge ließ sich die Reisezeit bis Neptun von theoretisch rund 30 auf etwa zwölf Jahre verkürzen.

Der Start von Voyager 2 im August 1977

Voyager 2 hob am 20. August 1977 mit einer Titan-Centaur-Rakete ab. Trotz ihres Namens startete sie damit 16 Tage vor Voyager 1. Die Nummerierung orientierte sich nicht an der Reihenfolge des Starts, sondern daran, welche Sonde zuerst Jupiter erreichen würde. Voyager 1 flog auf einer schnelleren Route und überholte ihre Schwestersonde.

Beide Raumfahrzeuge waren nahezu identisch aufgebaut. Voyager 2 hatte eine Masse von rund 722 Kilogramm und trug Instrumente zur Untersuchung von Atmosphäre, Magnetfeldern, geladenen Teilchen, Plasma, Strahlung und anderen Eigenschaften der besuchten Planeten. Hinzu kamen Kameras, deren Aufnahmen später zu den bekanntesten Bildern der frühen planetaren Raumfahrt gehören sollten.

Die Energieversorgung übernahmen Radioisotopengeneratoren. Das war für eine Reise in das äußere Sonnensystem unverzichtbar, denn mit wachsender Entfernung wird das Sonnenlicht immer schwächer. Solarzellen hätten insbesondere bei Uranus und Neptun kaum ausreichend Energie für eine Sonde dieser Art liefern können.

Jupiter – die erste große Begegnung

Am 9. Juli 1979 erreichte Voyager 2 Jupiter und näherte sich den Wolkenobergrenzen des Riesenplaneten bis auf rund 650.000 Kilometer. Voyager 1 war bereits vier Monate zuvor vorbeigeflogen. Gemeinsam verwandelten die beiden Missionen das damalige Bild des Jupitersystems.

Voyager 2 untersuchte die gewaltige Magnetosphäre, die Atmosphäre und zahlreiche Monde. Die Mission lieferte weitere Beobachtungen des dünnen Ringsystems des Planeten und zeigte, wie komplex die Wechselwirkungen zwischen Jupiter und seinen Satelliten sind. Besonders auffällig war der Einfluss des vulkanisch aktiven Mondes Io. Material aus seiner Umgebung wird vom Magnetfeld des Planeten erfasst und bildet einen ausgedehnten Ring geladener Teilchen um Jupiter.

Die Sonde entdeckte zudem einen kleinen Jupitermond, der später den Namen Adrastea erhielt. Entscheidender als einzelne Entdeckungen war jedoch das Gesamtbild: Jupiter erschien nicht mehr nur als großer Gasplanet mit einigen Monden, sondern als eigenes dynamisches System aus Atmosphäre, Magnetfeld, Ringen und zahlreichen miteinander wechselwirkenden Satelliten.

Für Voyager 2 war Jupiter zugleich die erste entscheidende Kursstation. Seine Schwerkraft lenkte die Sonde weiter in Richtung Saturn.

Saturn – die Entscheidung über die weitere Reise

Am 25. August 1981 erreichte Voyager 2 Saturn. Die Sonde flog in einer Entfernung von rund 41.000 Kilometern über den Wolkenobergrenzen des Planeten vorbei und untersuchte dessen Atmosphäre, Magnetfeld, Monde und vor allem das komplizierte Ringsystem.

Die Voyager-Aufnahmen zeigten, dass die Ringe keineswegs aus wenigen gleichmäßigen Bändern bestanden. Sie enthielten zahllose feine Strukturen. Schmale Ringbereiche, Lücken, wellenartige Veränderungen und sogenannte Speichen machten deutlich, dass Saturns Ringsystem weitaus dynamischer war als zuvor angenommen. Kleine Monde beeinflussen durch ihre Schwerkraft die Verteilung des Ringmaterials und können bestimmte Strukturen regelrecht formen.

Auch die Atmosphäre erwies sich als ausgesprochen beweglich. Voyager maß Windgeschwindigkeiten von weit über 1.000 Kilometern pro Stunde. Zugleich untersuchte die Sonde mehrere Saturnmonde und lieferte Hinweise darauf, dass auch diese vermeintlich kleinen und kalten Welten eine komplexe geologische Vergangenheit besitzen.

Nach dem Vorbeiflug kam die entscheidende Frage: Sollte Voyager 2 weiterfliegen?

Die Sonde funktionierte noch so gut, dass NASA und Jet Propulsion Laboratory die Mission verlängerten. Ihre Flugbahn war bereits bei Saturn so gewählt worden, dass die Schwerkraft des Planeten Voyager 2 auf Kurs zu Uranus bringen konnte. Damit begann ein Abschnitt der Mission, für den es kein unmittelbares Vorbild gab.

Uranus – die erste Raumsonde bei einem Eisriesen

Fast viereinhalb Jahre vergingen zwischen Saturn und Uranus. Am 24. Januar 1986 erreichte Voyager 2 schließlich den siebten Planeten und kam seinen Wolkenobergrenzen bis auf etwa 81.500 Kilometer nahe.

Bis dahin war Uranus selbst mit großen Teleskopen nur schwer detailliert zu untersuchen. Der Planet befindet sich im Mittel rund 2,9 Milliarden Kilometer von der Sonne entfernt und erhält nur einen Bruchteil des Sonnenlichts, das die Erde erreicht. Voyager 2 betrat wissenschaftlich weitgehend unbekanntes Terrain.

Die Sonde bestimmte die Rotationsdauer des Planeten auf etwa 17 Stunden und 14 Minuten und untersuchte ein ungewöhnliches Magnetfeld. Dessen Achse ist stark gegenüber der Rotationsachse des Planeten geneigt und zudem nicht genau im Zentrum von Uranus verankert. Dadurch unterscheidet sich die Magnetosphäre deutlich von den einfacheren Vorstellungen, die man zuvor für planetare Magnetfelder entwickelt hatte.

Voyager 2 entdeckte neue Ringe und mehrere bis dahin unbekannte Monde. Besonders wertvoll waren die Aufnahmen der größeren Satelliten Ariel, Umbriel, Titania, Oberon und Miranda. Ihre Oberflächen zeigten Brüche, Täler und andere Strukturen, die darauf hinwiesen, dass diese kalten Welten keineswegs völlig unverändert geblieben waren.

Vor allem Miranda überraschte. Die Oberfläche des kleinen Mondes wirkte wie aus unterschiedlich geformten Landschaftsteilen zusammengesetzt. Gewaltige Strukturen und stark voneinander abweichende Geländeformen ließen eine komplizierte geologische Entwicklung erkennen.

Bis heute ist Voyager 2 die einzige Raumsonde, die Uranus aus unmittelbarer Nähe untersucht hat. Fast alle hochauflösenden Nahaufnahmen des Planeten und seiner großen Monde stammen deshalb aus wenigen Stunden und Tagen im Januar 1986.

Neptun – das letzte planetare Ziel

Nach Uranus dauerte die Reise weitere dreieinhalb Jahre. Am 25. August 1989 erreichte Voyager 2 Neptun. Fast genau zwölf Jahre waren seit dem Start vergangen.

Der Vorbeiflug wurde zum engsten planetaren Rendezvous der gesamten Reise. Voyager 2 kam bis auf ungefähr 5.000 Kilometer an die Wolkenobergrenzen Neptuns heran. Die Sonde bewegte sich zu diesem Zeitpunkt Milliarden Kilometer von der Erde entfernt durch eine Region des Sonnensystems, die niemals zuvor aus der Nähe beobachtet worden war.

Neptun erwies sich als überraschend dynamisch. Obwohl der Planet nur sehr wenig Sonnenenergie erhält, entdeckte Voyager gewaltige atmosphärische Strukturen. Dazu gehörte der Große Dunkle Fleck, ein damals sichtbares Sturmsystem von ungefähr erdähnlichen Dimensionen. Außerdem wurden extrem schnelle Winde gemessen, die in einigen Regionen Geschwindigkeiten von rund 2.000 Kilometern pro Stunde erreichten.

Voyager 2 entdeckte sechs neue Monde und untersuchte das Ringsystem. Beobachtungen zeigten außerdem, dass vermeintliche Ringbögen tatsächlich zu vollständigen, jedoch unterschiedlich dichten und teilweise nur schwer sichtbaren Ringen gehörten.

Besondere Aufmerksamkeit galt Triton, dem größten Mond Neptuns. Voyager fotografierte eine gefrorene Oberfläche und beobachtete dunkle Fontänen, die mehrere Kilometer hoch aufstiegen. Sie werden als geysirartige Ausbrüche interpretiert, bei denen unter anderem Stickstoffgas und dunkles Material freigesetzt werden. Damit zeigte selbst diese extrem kalte Welt Anzeichen gegenwärtiger Aktivität.

Warum Uranus und Neptun bis heute Sonderfälle sind

Der Vorbeiflug an Neptun beendete die planetare Phase der Voyager-2-Mission. Seitdem hat keine andere Raumsonde Uranus oder Neptun besucht.

Das macht die Voyager-Daten ungewöhnlich wertvoll. Moderne Weltraumteleskope und große Observatorien können die beiden Eisriesen inzwischen erheblich genauer untersuchen als zur Zeit des Voyager-Starts. Nahaufnahmen ihrer Monde, direkte Messungen ihrer Magnetosphären und viele andere Daten lassen sich aus großer Entfernung jedoch nicht ersetzen.

Selbst Jahrzehnte später werden die damaligen Messungen deshalb neu ausgewertet und mit modernen Beobachtungen kombiniert. Neue Instrumente können Veränderungen erkennen, doch für den direkten Vergleich bleibt der kurze Besuch von Voyager 2 der historische Ausgangspunkt.

Die Reise zeigt zugleich eine Besonderheit der Planetenforschung: Eine Raumsonde kann an einem Ziel nur wenige Stunden verbringen und dennoch Daten liefern, die eine ganze Forschergeneration beschäftigen.

Voyager 2 erreicht den interstellaren Raum

Nach Neptun wurde die Sonde auf eine Bahn unterhalb der Ebene geschickt, in der die meisten Planeten die Sonne umkreisen. Die Kameras benötigte Voyager 2 nicht mehr. Stattdessen begann die Voyager Interstellar Mission.

Der nächste entscheidende Übergang erfolgte am 5. November 2018. Messungen verschiedener Instrumente zeigten, dass Voyager 2 die Heliopause überschritten hatte. Diese Grenze markiert den Übergang von der vom Sonnenwind dominierten Heliosphäre zum umgebenden interstellaren Medium. Die Sonde befand sich dabei rund 119 Astronomische Einheiten von der Sonne entfernt – also etwa 119-mal weiter als die Erde.

Besonders wertvoll war, dass bei Voyager 2 noch ein funktionsfähiges Plasma-Instrument arbeitete. Dadurch konnte erstmals direkt gemessen werden, wie sich das Plasma beim Übergang durch die Heliopause veränderte. Untersuchungen ergaben unter anderem einen deutlichen Dichteanstieg außerhalb der Heliosphäre. Messungen zeigten außerdem, dass das unmittelbar angrenzende interstellare Plasma komplexer und teilweise heißer war als zuvor erwartet.

Der Begriff „interstellarer Raum“ bedeutet allerdings nicht, dass Voyager 2 das Sonnensystem in jeder möglichen Definition bereits vollständig verlassen hätte. Die Sonde hat den Bereich verlassen, der unmittelbar vom Sonnenwind geprägt wird. Die gravitative Einflusszone der Sonne reicht sehr viel weiter hinaus. Die hypothetische Oortsche Wolke mit ihren zahllosen eisigen Kleinkörpern erstreckt sich vermutlich über enorme Entfernungen, die Voyager erst in vielen Jahrtausenden durchqueren könnte.

Wie lange funktioniert Voyager 2 noch?

Voyager 2 ist auch im Jahr 2026 weiterhin eine aktive Mission. Doch ihre verbleibende Energie wird kontinuierlich geringer. Die Radioisotopengeneratoren erzeugen ihre elektrische Leistung aus der beim radioaktiven Zerfall von Plutonium-238 entstehenden Wärme. Mit zunehmendem Alter sinkt die verfügbare Leistung.

Deshalb wurden im Laufe der Jahrzehnte Instrumente, Heizungen und andere Systeme abgeschaltet. Die Missionsingenieure versuchen, die verbleibende Energie möglichst lange für wissenschaftliche Messungen und die Kommunikation mit der Erde zu nutzen.

Auch die enorme Entfernung stellt besondere Anforderungen. Funksignale benötigen viele Stunden für eine Richtung. Ein Befehl von der Erde erreicht Voyager 2 deshalb erst lange nach dem Absenden, und ebenso lange dauert anschließend die Rückmeldung. Eine unmittelbare Steuerung ist unmöglich.

Dass ein Raumfahrzeug aus den 1970er-Jahren unter diesen Bedingungen noch immer Daten überträgt, war beim Start nicht vorgesehen. Voyager 2 wurde für eine fünfjährige Hauptmission gebaut. Aus ihr ist eine der längsten wissenschaftlichen Expeditionen der Raumfahrtgeschichte geworden.

Eine Reise, die sich nicht wiederholen ließ

Voyager 2 begann ihre Reise als Sonde zu Jupiter und Saturn. Am Ende hatte sie alle vier Riesenplaneten des äußeren Sonnensystems besucht, neue Monde und Ringe entdeckt, unbekannte Magnetfelder vermessen, Stürme auf Neptun beobachtet, fremdartige Landschaften auf eisigen Monden fotografiert und schließlich die Grenze der Heliosphäre durchquert.

Ihr größtes Vermächtnis besteht deshalb nicht in einer einzelnen Entdeckung. Es ist die Verbindung von vier zuvor weitgehend getrennten Planetensystemen zu einer zusammenhängenden Forschungsreise. Jupiter führte zu Saturn, Saturn zu Uranus und Uranus zu Neptun. Jeder Vorbeiflug öffnete den Weg zum nächsten.

Seit dem Neptunbesuch von 1989 hat Voyager 2 keinen Planeten mehr gesehen. Vor ihr liegt auch kein weiteres planetarisches Ziel. Die Sonde bewegt sich weiter in eine Region, in der ihre ursprünglichen Kameras nichts mehr zu erforschen haben, ihre verbliebenen Messinstrumente aber noch immer wissenschaftlich wertvolle Daten liefern können.

Fast ein halbes Jahrhundert nach ihrem Start ist Voyager 2 damit längst mehr als eine historische Planetensonde. Sie ist zu einem Messposten zwischen der Sonne und dem interstellaren Raum geworden – und zugleich zum einzigen Raumfahrzeug, das Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun auf einer einzigen Reise aus der Nähe gesehen hat.

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Quellen
▪︎ NASA Science – Voyager 2 Mission und Missionsübersicht
▪︎ NASA Science – Voyager Mission Fact Sheet
▪︎ NASA – Voyager 2: Historischer Neptun-Vorbeiflug
▪︎ NASA – Voyager 2 erreicht den interstellaren Raum
▪︎ Richardson et al., Nature Astronomy – Voyager 2 plasma observations of the heliopause and interstellar medium
▪︎ Stone et al., Nature Astronomy – Cosmic ray measurements from Voyager 2 as it crossed into interstellar space
▪︎ Gurnett und Kurth, Nature Astronomy – Plasma densities near and beyond the heliopause