Starman ist da im Freien, immerhin wir werden ihn wahrscheinlich erst 2047 wieder sehen.

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Vor etwas mehr als einem Jahr brachte SpaceX den persönlichen Tesla Roadster von Elon Musk auf den Markt, komplett mit einer Schaufensterpuppe namens Starman, die einen SpaceX Dragon Raumanzug trägt. Etwa sechs Stunden später feuerte die Oberstufe der Falcon Heavy-Rakete ein letztes Mal ab und schickte Starman in eine Umlaufbahn um die Sonne, mit einem Aphel kurz hinter der Umlaufbahn des Mars. Seitdem habe ich mich, und andere, gefragt, wie das langfristige Schicksal von Starman aussehen wird.

Zuerst war nicht viel über den Standort der Tesla bekannt. Die erste Ahnung von seinen Bahnparametern kam von einem Bild, das Musk getwittert hat. (Später stellte sich heraus, dass dies ungenau war). Die ersten verifizierten und öffentlich zugänglichen Standortdaten stammen vom Joint Space Operations Center (JSpOC), dem Kommando der US Air Force, das mit der Verfolgung von Objekten im Weltraum beauftragt ist. Aber dies betraf nur die Zeit, die es im Erdorbit war, nicht Starmans Position nach der letzten Verbrennung in der oberen Stufe. Mit diesen beiden Informationen habe ich am 7. Februar eine Website erstellt, auf der eine Person sehen konnte, wie weit die Tesla von der Erde entfernt war. Aber diese Daten waren zunächst recht begrenzt.

Die nächsten Informationen kamen von JPL Horizons, einem Tool, das von JPLs Sonnensystem-Dynamik-Organisation entwickelt wurde, die mit der Verfolgung von Objekten im Sonnensystem beauftragt ist. Am 8. Februar nutzte es Daten, die direkt von SpaceX bereitgestellt wurden, um es einem mit entsprechendem Wissen zu ermöglichen, das System abzufragen und genau zu bestimmen, wo sich Starman zu einem bestimmten Zeitpunkt befand. Dies lieferte für einige Monate nützliche Informationen, aber über diesen Zeitraum hinaus konnten die Daten einfach nicht genügend Informationen liefern.
In den folgenden Monaten erhielt JPL Tracking-Daten von optischen Teleskopen, die es ihm ermöglichten, die Trajektorie für Starman zu verfeinern. Einige Leute nutzten diese frühen Informationen sogar, um die langfristige Zukunft von Starman vorherzusagen; die Daten hatten jedoch einen sehr kurzen Bogen und waren bestenfalls für ein paar Jahre wirklich zuverlässig. Die bekannteste Anstrengung prognostizierte, dass Starman 2091 nahe der Erde vorbeikommen würde und führte zu einem Papier mit dem Titel “The Random Walk of Cars and Their Collision Probabilities with Planets”. Aber diese anfängliche 2091-Vorhersage war ungenau, da sich die Trackinginformationen nur auf Beobachtungsdaten im Wert von einer Woche stützten.

JPL Horizons hat Ende März 2019 seine endgültige Lösung vorgelegt. Dies geschah, nachdem das letzte bekannte Teleskop zur Beobachtung von Starman, einem Ein-Meter-Gerät am Las Cumbres Observatorium in der Nähe von Sutherland, Südafrika, am 19. März 2019, dies tat. Danach mussten alle Zukunftsprognosen auf nur sieben Wochen qualitativ hochwertiger Daten basieren.

Diese Vorhersagen werden gemacht, indem man die Position der Beobachtungen am Himmel einnimmt und diese verwendet, um ein Modell des Orbitalwegs um die Sonne herum anzupassen. Mit sieben Wochen Daten können wir eine ziemlich gute Schätzung dieses Pfades erhalten, und die aktuellen Prognosen haben eine berechnete Unsicherheit von nur wenigen Kilometern. Es gibt einige konsistente Fehler, die sich bei der Berechnung solcher Daten zeigen, wobei der häufigste Fehler die stetige Beschleunigung ohne Gravitation ist. Dies kann durch den geringen, gleichmäßigen Druck des Sonnenlichts, Temperaturunterschiede zwischen den Fahrzeugseiten und Ausgasungen verursacht werden. (Die Ausgasung ist ein Effekt des Sonnenlichts, das einige der nichtmetallischen Teile des Fahrzeugs kocht, was mit der Zeit zu einer kleinen Druckdifferenz führt.)

Die Messungen, die an Starman durchgeführt wurden, zeigen, dass es leicht von der Sonne weggedrückt wird. Die Daten sollten etwa 50 Jahre lang sehr genau sein, aber da sie enge Durchgänge mit Planeten, insbesondere der Erde, aufweisen, wird diese Unsicherheit erheblich zunehmen. Nach 100 Jahren wird es viel weniger zuverlässig sein.

Was wir im Moment sagen können
Das nächste Mal, wenn Starman in der Nähe eines Planeten vorbeikommt, wird es am 7. Oktober 2020 zum Mars gehen. Dies wird kein besonders enger Pass sein; er wird etwa 7,4 Millionen Kilometer vom Mars entfernt sein. In dieser Entfernung erscheint der Mars nur als winziger Punkt, wie in dieser Simulation zu sehen ist. Dies wird nicht ausreichen, um die Umlaufbahn der Tesla signifikant zu verändern.

Es gibt viele Instrumente bei Mars-könnte einer von ihnen Starman im Jahr 2020 sehen? Das größte Teleskop in der Nähe des Mars ist das HiRISE-Instrument, das gelegentlich helle Sterne und sogar Jupiter abgebildet hat. Es ist jedoch nicht als astronomisches Teleskop konfiguriert und kann aufgrund seines Designs nur helle Objekte sehen, so dass es nicht funktionieren würde, Starman darzustellen, das voraussichtlich ein Objekt der Größe 22 vom Mars aus im Jahr 2020 sein wird.

Ein viel näher kommender Pass wird am 22. April 2035 auf dem Mars stattfinden. Die Entfernung wird diesmal nur etwa 2,3 Millionen Kilometer betragen und hat eine geringe Chance, viel näher zu sein. Der vorhergesagte Fehler ist umso höher, je weiter man geht, aber an diesem Punkt sind die Dinge immer noch genau genug, um sehr zuversichtlich zu sein, dass es so nahe am Mars innerhalb von drei Stunden nach der Vorhersage sein wird.

Es ist theoretisch möglich, dass bis 2035 ein Teleskop auf dem Mars platziert werden könnte, das Starman beobachten kann. Ein Ein-Meter-Teleskop, wie das südafrikanische Teleskop, das zuletzt Starman beobachtet hat, könnte es leicht tun. Da so viele neue superschwere Raketen geplant sind, könnte eine von ihnen bis dahin möglicherweise eine solche Nutzlast zum Mars transportieren.

(Es ist erwähnenswert, dass Starman, um mehr als einen Punkt aufzulösen, einen Pass innerhalb von 60.000 Meilen (37.000 km) von einem Teleskop mit einem Durchmesser von 10 m (33 Fuß) machen müsste. Dies ist die Größe der größten Teleskope der Erde, so dass wir die Tesla oder den Starman vielleicht nie wieder auflösen werden, es sei denn, das Raumschiff fliegt von Starman als Teil einer Kreuzfahrt durch das Sonnensystem…)

Wie wäre es mit dem nächsten Vorbeiflug an der Erde? Es wird vorhergesagt, dass enge Annäherungen an die Erde etwa alle 30 bis 35 Jahre stattfinden werden, oft zu zweit. Der erste dieser engen Durchgänge findet am 11. Januar 2047 statt. Die Entfernung wird auf etwa 4,8 Millionen Kilometer geschätzt, was so nah ist, dass man sie sicherlich von der Erde aus sehen kann, etwa viermal so nah wie die letzte berichtete Beobachtung von Starman aus Südafrika. Diese neuen Beobachtungen sollten uns genügend Daten liefern, um den Weg durch das Sonnensystem für viele hundert Jahre besser vorherzusagen. Starman wird auch einen zweiten, etwas entfernteren Pass im Jahr 2050 machen.

Nach diesem Zeitpunkt werden die Messungen viel unsicherer. Ein sehr kleiner Fehler wird über so viele Jahre hinweg zu einem viel größeren, und kleine Fehler werden mit großem Abstand vergrößert, wenn sie in der Nähe eines Körpers wie der Erde passieren. Darüber hinaus werden Vorhersagen durch nicht-gravitationale Kräfte wie Sonnenlicht erschwert; wir wissen nicht, wie Starman ausgerichtet ist, was diese Kraft stark beeinflussen wird.

Von 2050 bis 2085 wissen wir, dass Starman in der Region zwischen Erde und Mars sein wird und einige entfernte Vorbeiflüge an Mars machen wird, aber keine besonders nahen, wahrscheinlich nicht näher als 2020. Das nächste Mal, wenn es nahe an der Erde sein wird, ist es um den 1. Januar 2085, aber die Vorhersagen sind viel weniger sicher, dass es weit außerhalb liegt – es könnte um bis zu vier Tage in beide Richtungen ausfallen. Ein zweiter enger Ansatz wird um den 9. März 2088 herum erfolgen.

Jenseits dieses Punktes haben wir einfach nicht viele Daten, aber die aktuellen Vorhersagen sind für Annäherungen in 2119 und 2123 an die Erde. Jenseits dieses Zeitpunkts ist es äußerst schwierig zu wissen, ob es zu diesem Zeitpunkt überhaupt zu einem engen Ansatz kommen wird. Während dieses gesamten Zeitraums wird vorhergesagt, dass Starman in etwa auf der gleichen Umlaufbahn bleiben wird, obwohl es eine große Chance gibt, dass seine Umlaufbahn beginnt, weiter nach außen zu reichen, vielleicht sogar den Asteroidengürtel erreicht, wie Elon Musk ursprünglich sagte.

Neben der einfachen Verfolgung von Autos, die durch den Weltraum rollen, kann diese Art der Analyse auch auf andere Weise hilfreich sein. Die Verfolgung von Asteroiden und Kometen ist äußerst wichtig; sollte man die Erde treffen, könnte dies enorme Schäden verursachen. Mit den gleichen Werkzeugen, mit denen diese Vorhersagen gemacht wurden, können Wissenschaftler und Ingenieure den Weg von erdnahen Objekten vorhersagen, die eines Tages unseren Planeten treffen könnten. Diese Objekte, wie Starman, können nicht ständig gesehen werden, und deshalb müssen wir ihre Wege mit begrenzten Daten vorhersagen – manchmal für viele Jahre in die Zukunft.

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