Einfach erklärt
Die NASA schickt zwei kleine Raumsonden zum Mars – aber sie fliegen nicht auf direktem Weg dorthin. Erst drehten sie eine große Runde durchs All und kamen zurück in die Nähe der Erde. Dort zündeten sie ihre Triebwerke und nahmen Kurs auf den Mars. Unterwegs untersuchten sie auch den langen magnetischen Schweif der Erde.
Eine Reise, die erst nach dem idealen Startfenster begann
Wann eine Reise von der Erde zum Mars starten kann, hängt davon ab, wo sich beide Planeten auf ihren Bahnen befinden. Eine günstige Konstellation gibt es nur etwa alle 26 Monate. Deshalb richten Raumfahrtagenturen ihre Startpläne gewöhnlich nach einem begrenzten Zeitfenster aus. ESCAPADE sollte ursprünglich im Oktober 2024 starten, als die Bahnverhältnisse für die Reise besonders günstig waren. Doch Verzögerungen bei der Rakete New Glenn von Blue Origin machten diesen Plan zunichte.
Statt die Mission am Boden zu lassen, bis sich wieder ein herkömmliches Startfenster öffnete, entschieden sich die Verantwortlichen für einen anderen Weg. Die beiden Sonden starteten im November 2025 mit dem zweiten Flug der Rakete New Glenn. Anschließend begaben sie sich auf eine lange Bahn, auf der sie im All warten und später in die Nähe der Erde zurückkehren konnten. Dieses Vorgehen nennt man orbitales Warten oder Verweilen. Die Flugbahn war wie eine große, bohnenförmige Schleife angelegt und führte an der Region des zweiten Lagrange-Punkts zwischen Erde und Sonne vorbei, kurz L2 genannt.
Die Sonden umkreisten dabei nicht wie üblich die Erde auf einer nahen Umlaufbahn. Stattdessen flogen sie auf einer weiten Bahn um die L2-Region und kehrten Anfang November 2026 in Richtung unseres Planeten zurück. Die Wartezeit wurde so zu einem echten Teil der Mission und nicht zu einer nutzlosen Pause. Sie gab den Ingenieurinnen und Ingenieuren die Möglichkeit, die Erdanziehung zum passenden Zeitpunkt zu nutzen. Außerdem konnten die Sonden Regionen des Weltraums durchqueren, die sich zur Untersuchung der magnetischen Umgebung der Erde eignen.
Triebwerkszündung beim Vorbeiflug an der Erde
Als die beiden Sonden wieder in die Nähe der Erde kamen, stand ein entscheidender Schritt bevor. Der Vorbeiflug an einem großen Planeten kann die Flugbahn einer Sonde durch dessen Schwerkraft verändern – ein Effekt, den Raumfahrtmissionen bei sogenannten Vorbeiflugmanövern nutzen. ESCAPADE verließ sich jedoch nicht allein auf die Erdanziehung: Während des Vorbeiflugs musste jede Sonde auch ihr Triebwerk zünden. So sollten die Wirkung der Schwerkraft und der zusätzliche Schub zusammenwirken.
Die erste Sonde führte das Manöver am 7. November aus, die zweite zündete ihr Triebwerk am 9. November. Die NASA teilte mit, dass beide Vorgänge wie geplant gelungen seien. Damit nutzte die Behörde bei einer Marsmission erstmals einen Vorbeiflug an der Erde, der von einem Triebwerkschub begleitet wurde. Asal Naseri, kommissarische stellvertretende Leiterin für Flugbetrieb in der Abteilung für Sonnenphysik der NASA, erklärte, dass zwei erfolgreiche Manöver innerhalb von zwei Tagen für die NASA eine Premiere seien.
Besonders an diesem Schritt ist, dass die Sonde nicht einfach durch die Schwerkraft von ihrer Bahn abgelenkt wird. Stattdessen verändert sie während des Vorbeiflugs mit gezieltem Schub die Wirkung des Manövers. Dafür müssen Position, Geschwindigkeit und Flugrichtung genau bekannt sein, und die Triebwerkszündung muss zum berechneten Zeitpunkt erfolgen. Das Triebwerk arbeitet nicht unabhängig von der Umlaufbewegung: Sein Schub kommt zur Bewegung der Sonde im Gravitationsfeld der Erde hinzu. So verlässt sie die Umgebung unseres Planeten auf einer neuen Bahn, die zu einem weit entfernten Ziel führt.
Nach dem aktuellen Plan sind noch kleinere Korrekturen der Flugbahn nötig. Die Ankunft der beiden Sonden am Mars wird für September 2027 erwartet. Der Erfolg der Manöver im November bedeutet also nicht, dass die Mission abgeschlossen ist. Vielmehr begann die Reise zwischen den Planeten erst, nachdem ein wichtiger Navigationstest gelungen war. Bis die Sonden den Roten Planeten erreichen, bleiben die genaue Flugbahn und die fortlaufende Überwachung der beiden Raumfahrzeuge entscheidend.
Was wollen die Sonden über den Mars herausfinden?
Am Ziel soll ESCAPADE das Magnetfeld des Mars untersuchen. Es ist keine einheitliche Hülle, die den ganzen Planeten wie ein einziger Schutzschild umgibt. Ein großräumiger Einfluss entsteht durch die Wechselwirkung geladener Teilchen von der Sonne mit der Marsatmosphäre. Daneben gibt es örtlich begrenzte Bereiche in der Marskruste, die starke magnetische Eigenschaften haben. Wer diese Struktur versteht, kann besser beschreiben, wie die Umgebung des Mars mit dem Weltraum in seiner Nähe wechselwirkt.
Die Mission besteht aus zwei ähnlichen Sonden. Jede ist ungefähr so groß wie zwei Kühlschränke und trägt drei wissenschaftliche Instrumente sowie mehrere Kameras. Zwei Sonden statt nur einer erlauben es, Messungen zu vergleichen, die zur selben Zeit an unterschiedlichen Orten aufgenommen wurden. Wenn Vorgänge schnell ablaufen oder sich über ein großes Gebiet erstrecken, kann der Vergleich zeigen, ob eine Veränderung nur vorübergehend an einem einzelnen Ort auftrat oder Teil einer größeren Bewegung war.
Auf dem Weg zum Mars konnten die Sonden außerdem ein Thema untersuchen, das die Erde betrifft: das Magnetfeld unseres Planeten. Das Erdmagnetfeld ist stärker als das des Mars und entsteht im Inneren der Erde. Trotzdem wird es ebenfalls vom Sonnenwind beeinflusst – einem stetigen Strom geladener Teilchen, der von der Sonne ausgeht. Die Teilchen drücken auf die der Sonne zugewandte Seite des Magnetfelds und ziehen es auf der anderen Seite in die Länge. Hinter der Erde entsteht dadurch eine lang gestreckte Struktur, der sogenannte Magnetschweif.
Der Magnetschweif der Erde: ein Labor weit draußen im All
Dieser Schweif bleibt nicht unverändert wie eine gezeichnete Form. Er bewegt sich und verändert sich; in seinem Inneren strömt Plasma, also Materie aus geladenen Teilchen. Verschiedene Raumfahrtmissionen haben Teile des Magnetschweifs bereits bis in eine Entfernung von fast 800.000 Meilen – etwa 1,27 Millionen Kilometer – von der Erde beobachtet. Was in noch weiter entfernten Bereichen geschieht, war weniger gut bekannt: Eine Sonde dorthin zu bringen und über riesige Entfernungen direkt zu messen, ist mit erheblichen Herausforderungen verbunden.
Die beiden ESCAPADE-Sonden flogen durch einen weit entfernten Teil dieses Schweifs, in einer Entfernung von rund 1,19 Millionen Meilen beziehungsweise 1,91 Millionen Kilometern von der Erde. Sie hielten sich etwa zehn Tage in dieser Region auf. Statt die Messungen nur mit einer Sonde aufzunehmen, konnten die Forschenden gleichzeitig Daten von beiden Zwillingssonden sammeln und ihre Beobachtungen von verschiedenen Positionen aus vergleichen. Rob Lillis, Forscher für Planeten- und Weltraumphysik an der University of California, Berkeley und wissenschaftlicher Leiter der Mission, sprach von einer beispiellosen Möglichkeit zur Beobachtung. Die Daten könnten neue Einblicke in Aufbau und Bewegung des weit entfernten Magnetschweifs sowie in die Plasmaströme darin geben.
Gleichzeitige Messungen sind wichtig, weil eine einzelne Beobachtung nicht immer verrät, wie sich ein Vorgang im Raum verändert. Registriert eine Sonde eine Veränderung des Magnetfelds, könnte sich die Struktur selbst bewegt haben. Es könnte aber auch sein, dass die Sonde innerhalb der Struktur an einen anderen Ort gelangt ist. Zwei Sonden zur selben Zeit bieten zwei Blickwinkel und helfen so, die Bewegung des Raumfahrzeugs von tatsächlichen Veränderungen des Magnetfelds und der geladenen Teilchen zu unterscheiden.
Im Sommer ergab sich eine weitere Gelegenheit, den Magnetschweif zu untersuchen. Der Mond durchquerte diese Struktur ebenfalls, und die beiden ESCAPADE-Sonden konnten ihre Beobachtungen mit denen der beiden ARTEMIS-THEMIS-Raumsonden in Mondnähe abstimmen. Dadurch ließen sich gleichzeitig Messungen von vier Standorten aus sammeln, statt sich auf einen oder zwei Messpunkte zu beschränken. Je mehr Orte gleichzeitig Daten liefern, desto genauer lässt sich rekonstruieren, wie die Feldlinien verlaufen und sich bewegen und wie sich das Plasma in verschiedenen Regionen verhält.
Warum Beobachtungen aus der Ferne nicht ausreichen
Manche astronomischen Vorgänge lassen sich aus großer Entfernung messen. Für die Untersuchung des Magnetfelds und des umgebenden Plasmas ist es jedoch oft nötig, Messgeräte direkt in die betreffende Region zu bringen. Eine Sonde, die durch die Umgebung fliegt, kann die Eigenschaften der Teilchen und des Magnetfelds unmittelbar an ihrem Standort erfassen. Sie muss diese Informationen nicht erst aus Licht ableiten, das aus großer Entfernung bei ihr ankommt. Da sich der Magnetschweif außerdem mit der Zeit verändert, sind gleichzeitige Messungen besonders hilfreich: Sie zeigen mehrere Bereiche desselben Vorgangs zur selben Zeit und nicht getrennte Momentaufnahmen, zwischen denen wichtige Veränderungen stattgefunden haben könnten.
Die lange Schleife vor dem Flug zum Mars war damit mehr als eine Notlösung nach der Startverzögerung. Die gewählte Route brachte einen zusätzlichen wissenschaftlichen Nutzen, weil sie Untersuchungen weit entfernter Bereiche des Magnetschweifs der Erde ermöglichte. Zusammen mit den ARTEMIS-THEMIS-Sonden konnten die Forschenden die Struktur zudem aus vier Richtungen betrachten. Das ursprüngliche Ziel der Mission – die magnetische Umgebung des Mars zu untersuchen – steht aber noch aus. Die Ankunft der beiden Sonden wird für September 2027 erwartet.
Wichtig ist, zwischen den bisherigen Erfolgen und den noch ausstehenden Ergebnissen zu unterscheiden. Die gelungenen Triebwerkszündungen zeigen, dass die Manöver wie vorgesehen ausgeführt wurden. Sie sind aber noch kein Ergebnis über den Mars: Die Sonden sind weiterhin auf dem Weg dorthin. Auch die Daten zum Magnetschweif der Erde stammen aus einer früheren Etappe der Reise. Die Untersuchung der Marsumgebung beginnt erst, wenn die Raumfahrzeuge ihr Ziel erreicht haben und dort mit den Beobachtungen starten.
Fazit
ESCAPADE verbindet ein neuartiges Navigationsmanöver mit einem Wissenschaftsprogramm, das sich über mehrere Phasen erstreckt. Nachdem der ursprünglich für Oktober 2024 geplante Start – passend zu einem günstigen Zeitfenster, das sich etwa alle 26 Monate wiederholt – nicht stattfinden konnte, starteten die beiden Sonden im November 2025. Sie flogen zunächst auf einer langen Bahn durch die L2-Region und kehrten dann in die Nähe der Erde zurück. Am 7. und 9. November 2026 zündeten sie während eines Vorbeiflugs an unserem Planeten erfolgreich ihre Triebwerke. Nach Angaben der NASA war dies ein Novum für eine Marsmission.
Auf der Reise lieferten die beiden Sonden gleichzeitig Messungen des Magnetschweifs der Erde aus einer Entfernung von 1,19 Millionen Meilen oder 1,91 Millionen Kilometern. Außerdem beteiligten sie sich gemeinsam mit den beiden ARTEMIS-THEMIS-Sonden in Mondnähe an Beobachtungen von vier Standorten aus. Nach den noch vorgesehenen kleineren Kurskorrekturen sollen die Raumfahrzeuge im September 2027 den Mars erreichen. Dann beginnt die eigentliche Hauptaufgabe der Mission: das Magnetfeld des Planeten und seine Umgebung zu untersuchen, die durch die Wechselwirkung des Mars mit den Teilchen von der Sonne geprägt wird.