Pioneer-Anomalie

Die Raumsonden Pioneer 10 und Pioneer 11 starteten 1972 und 1973, um als erste Jupiter und Saturn aus der Nähe zu erforschen. Nach dem Vorbeiflug verließen beide das Sonnensystem auf nahezu entgegengesetzten Bahnen, und genau dabei zeigte sich etwas Merkwürdiges: Beide wurden ein winziges Stück langsamer, als alle Berechnungen vorhersagten, so als zöge eine schwache Kraft sie zur Sonne zurück.

Die Abweichung war winzig, nur etwa 8,74 mal zehn hoch minus zehn Meter pro Sekunde im Quadrat, aber über Jahrzehnte hinweg messbar und erstaunlich konstant. Festgestellt wurde sie nicht durch direkte Beobachtung, sondern aus der präzisen Verschiebung der Funksignale, mit denen die Sonden ihre Geschwindigkeit verrieten. Dass zwei baugleiche Sonden auf verschiedenen Bahnen denselben Effekt zeigten, machte ihn umso rätselhafter.

Jahrelang grübelte die Fachwelt über die Ursache. Vorgeschlagen wurden unbekannte Gravitationseffekte, der Einfluss dunkler Materie und sogar Modifikationen der Newtonschen Mechanik. Manche Physiker hofften insgeheim auf einen Riss in Einsteins Gebäude, auf neue Physik jenseits des Bekannten, die sich in dieser kleinen, hartnäckigen Zahl verbergen könnte.

2012 präsentierte ein Team um Slava Turyshev die wahrscheinliche Lösung, und sie war erstaunlich prosaisch. Die Sonden strahlten die Wärme ihrer Radionuklidbatterie und ihrer Elektronik nicht gleichmäßig in alle Richtungen ab. Dieser ungleiche Wärmeauswurf wirkte wie ein extrem schwacher, aber stetiger Rückstoß und bremste die Sonden genau im gemessenen Maß. Die Pioneer-Anomalie bleibt ein Lehrstück dafür, wie ernst die Wissenschaft selbst kleinste unerklärte Messungen nimmt und wie sorgfältig sie prüft, bevor sie zu exotischen Schlüssen greift.

Was die Pioneer-Anomalie erzählerisch wertvoll macht, ist das Jahrzehnte lange Offenhalten der Frage. Zwischen ihrer Entdeckung in den 1980er Jahren und der wahrscheinlichen Lösung 2012 lag eine Art wissenschaftliches Mysterium im Umlauf, das Physiker und Kosmologen beschäftigte. In dieser Zeit entstanden Dutzende Papers, die unterschiedlichste Erklärungen vorschlugen, thermische Effekte ebenso wie dunkle Materie und modifizierte Newtonsche Mechanik. Keiner dieser Vorschläge war von vornherein lächerlich, denn die Anomalie war klein, aber real und konsistent.

Die thermische Lösung, die sich schließlich durchsetzte, brauchte eine vollständige digitale Rekonstruktion der Sonde, einschließlich aller Wärmequellen und ihrer Strahlungsrichtung. Dafür mussten Ingenieure und Physiker jahrzehntealte Konstruktionsunterlagen auswerten und die Sonde praktisch neu modellieren. Das ist ein schönes Beispiel für die Sorgfalt, die nötig ist, bevor eine winzige Abweichung als Fenster zur neuen Physik interpretiert werden kann. Im Nachhinein war es kein Fenster, nur eine Wärme.