Unser Sonnensystem strotzt nur so vor atemberaubenden Phänomenen: die stürmische Atmosphäre des Jupiter, seine Wolken winden sich wie Sahne in heißem Kaffee. Die zarten Ringe des Saturn, die unzähligen Eis- und Gesteinsbrocken, die sich wie Rillen auf Vinyl aneinanderreihen. Die Aurora Borealis auf der Erde, die Kollision von Sonnenpartikeln und atmosphärischen Molekülen, die den Nachthimmel in ein gespenstisches Grün färben.
Aber einige der faszinierendsten Wunder in unserer kosmischen Nachbarschaft sind tatsächlich völlig unsichtbar.
Es gibt Punkte im Weltraum, wo eine physikalische Eigenart an Zauberei grenzt, wo Erde und Sonne sich verschworen haben, um ein besonderes Gleichgewicht herzustellen. Legen Sie etwas dort hin – einen Asteroiden, ein Raumschiff, sogar eine Staubwolke – und es wird dort mehr oder weniger bleiben, schwebend von den unsichtbaren Kräften der Schwerkraft.
Diese Kräfte haben uns fünf solcher besonderen Punkte in der Nähe der Erde geschenkt, und im Laufe dieses Monats wird das brandneue Weltraumteleskop der NASA zu dem fliegen, der etwa eine Million Meilen entfernt liegt, viermal weiter als der Mond. Zum Vergleich: Hubble, das berühmteste Weltraumteleskop der NASA, das jetzt über 30 Jahre alt ist, kreist nur 540 Meilen über der Erde. Das James Webb-Weltraumteleskop ist die nächste Hubble-Mission, die wichtigste Mission der NASA seit einer Generation, mit der Aufgabe, tiefer als je zuvor in das Universum zu blicken, und es hat einen der besten Parkplätze im Kosmos gefunden. Von hier aus kann das Teleskop alles sehen, von den Planeten unseres Sonnensystems bis zu den entferntesten Galaxien des Universums. Webb wird zu weit weg umkreisen, als dass Astronauten vorbeischauen könnten, wenn das Observatorium kaputt geht. Aber die NASA hat entschieden, dass dieser Aussichtspunkt die Reise wert ist.
Die unsichtbaren Sitzstangen sind als Lagrange-Punkte bekannt und wurden nach einem der Mathematiker benannt, der ihre Existenz Ende des 18. „Normalerweise würden Objekte, die näher an der Sonne als die Erde liegen, schneller umkreisen, während Objekte, die weiter weg als die Erde liegen, langsamer umkreisen würden“, erklärte mir Neil Cornish, Astrophysiker an der Montana State University. “Aber die Kombination der Gravitationseffekte der Erde und der Sonne an den Lagrange-Punkten ermöglicht es den Objekten, mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erde zu umkreisen.” An einem Lagrange-Punkt bringt die Schwerkraft ein Objekt in Gleichschritt mit der Reise der Erde um die Sonne.
Dies ist ein bemerkenswertes Phänomen, von dem die Menschen nicht nur herausgefunden haben, dass es existiert, sondern es auch für ihre eigenen Zwecke nutzen konnte. An den ersten beiden Lagrange-Punkten, kurz L1 und L2 genannt, haben Raumfahrtagenturen im Laufe der Jahre allerlei Missionen verankert. „Es ist eine wirklich schöne Möglichkeit, die Schwerkraft des Sonnensystems zu nutzen“, sagte mir Michelle Thaller, Astronomin am Goddard Space Flight Center der NASA. (L4 und L5, noch weiter entfernt, beherbergen ein paar Asteroiden, die von der Natur dort angestoßen wurden, während L3 auf der anderen Seite der Sonne nach unserem derzeitigen Verständnis leer ist.
L1, das zwischen Sonne und Erde liegt, ist der perfekte Ort für Raumschiffe, die die Sonne studieren, und mehrere hängen gerade dort herum. Damit Webb jedoch richtig funktioniert, muss das Teleskop unter extrem kalten Bedingungen betrieben werden. Daher haben die Ingenieure beschlossen, das Observatorium nach L2 zu schicken, das sich auf der anderen Seite des Planeten von der Sonne befindet, wo es viel einfacher ist, ein Raumfahrzeug vor der Blendung der Sonne zu schützen. Für die Orbitalmechaniker da draußen wird Webb nur geringfügig von der wahren L2 entfernt liegen, die gelegentlich vom Mond beschattet werden kann, ein Szenario, das die NASA vermeiden möchte. Das neue Observatorium hat ab und zu einen vollen Benzintank, um seine Triebwerke zu zünden, und nimmt winzige Anpassungen vor, damit es nicht abdriftet, aber die Schwerkraft wird immer noch den größten Teil der Arbeit erledigen, um es an Ort und Stelle zu halten.
Das Teleskop wird einen der fortschrittlichsten Sonnenblenden tragen, die je gebaut wurden, und teilt das Observatorium in zwei Teile: Die der Erde und der Sonne zugewandte Seite enthält Antriebs- und Kommunikationssysteme, die mit Wärme umgehen können, während die Seite, die dem Weltraum zugewandt ist, die Teleskopspiegel enthält und andere Instrumente, die absolute Kälte erfordern. Die Unterschiede zwischen diesen beiden Teilen des Observatoriums sind so stark, dass, wie die NASA mit Begeisterung für Wissenschaftsfreaks erklärt, „man fast Wasser auf der heißen Seite kochen und Stickstoff auf der kalten Seite einfrieren könnte!“ (Das ist ein Schwung von etwa 600 Grad Fahrenheit.)
Da eine Raumsonde in der Nähe von L2 aus unserer Sicht an derselben Stelle des Himmels bleiben wird, kann die NASA ohne Unterbrechung mit Webb kommunizieren. Aber wenn etwas schief geht, können Ingenieure nur Befehle senden, keine Crew, die hilft. Im Gegensatz zu Hubble, das von Astronauten besucht und repariert wurde, ist Webb mit jeder aktuellen Technologie zu weit entfernt, und es wurde nicht mit astronautenfreundlichen Luken und anderen Teilen entworfen. Aber L2 ist einfach zu gut, um darauf zu verzichten, also ist die NASA bereit, das Risiko einzugehen. Mit der Sonne und der Erde im Rücken haben die vergoldeten Spiegel von Webb einen ungehinderten Blick auf das Universum.
Das Sonnensystem als Ganzes ist mit Lagrange-Punkten bestreut. Alles, was die Natur braucht, um dieses unsichtbare Gerüst zu schaffen, sind zwei Himmelskörper, sei es ein Stern und sein Planet oder ein Planet und sein Mond oder sogar ein Mond und sein Mondstück. Der Mars hält vier Asteroiden an seinen eigenen Lagrange-Punkten, darunter einen mit dem herrlichen Namen Eureka. Tethys, der fünftgrößte Mond des Saturn, hält zwei kleinere Monde auf L4 und L5. Jupiter, immer der Rekordbrecher, hat Tausende von Asteroiden an seinen Lagrange-Punkten gesammelt, und die NASA hat kürzlich eine Raumsonde gestartet, um einige von ihnen zu untersuchen. Der Physiker Gerard O’Neill schlug in den 1970er Jahren vor, dass die Menschheit eines Tages schwimmende Häuser an einem Lagrange-Punkt zwischen Erde und Mond beziehen könnte.
Cornish schlägt eine andere, realistischere Verwendung von Lagrange-Punkten vor. Die besonderen Eigenschaften der Schwerkraft machen es Raumfahrzeugen fast erschreckend leicht, sich von einem Lagrange-Punkt zum anderen zu bewegen, wobei sie sich mit minimalem Antrieb anstoßen. Eine Weltraumbehörde könnte theoretisch ein Teleskop von der weit entfernten L2 zu einem viel näheren Lagrange-Punkt bringen, der von Erde und Mond geschaffen wurde und den Astronauten leichter erreichen könnten. „Wir könnten einen Reparaturladen, einen Wartungsschuppen auf L1 des Erde-Mond-Systems haben und möglicherweise zukünftige Missionen dort warten und sie dann zurück nach L2 schicken“, sagte Cornish. Die NASA hat diese Himmelsstraße schon früher genutzt: In den frühen 2000er Jahren reiste eine Raumsonde zu L1 zwischen Erde und Sonne, sammelte einige Partikel des Sonnenwinds und rutschte dann zu L2, wo sie bis zum Tag in Utah geparkt blieb , als Wissenschaftler bereit waren, es zu empfangen. (Die Sonde zerschmetterte schließlich in der Wüste und zerbrach in Stücke, aber das ist eine andere Geschichte.)
Für Thaller ist die Existenz von Lagrange-Punkten eine viszerale Erinnerung an die grundlegende Natur des Sonnensystems – ein Ort in ständiger Bewegung. „Man fühlt sich wirklich wie auf diesen kleinen Bällen, die durch den Weltraum rasen“, sagte Thaller. “Sie machen diesen schönen Tanz und … während sie tanzen, gibt es diese Punkte, an denen die Schwerkraft ausgleicht.” Und die Tatsache, dass die Menschen herausgefunden haben, wie man diese Punkte nutzt, um ein oder zwei Dinge über das Universum zu lernen – nun, ist das nicht ziemlich wild? Cornish denkt an Leonhard Euler und Joseph-Louis Lagrange, die Mathematiker, die diese kosmischen Parkplätze zuerst verstanden haben. „Stellen Sie sich vor, Sie würden ihnen sagen, dass diese Raumsonde das Universum beobachten würde“, sagte Cornish. “Wenn Sie ihnen vor ein paar hundert Jahren sagen würden, dass wir ihre mathematischen Berechnungen tatsächlich verwenden, würde es sie umhauen.”