mini Die Raumsonde Stardust ( für „Sternenstaub“) war eine Mission der NASA von 1999 bis 2011. Ziel der Mission war das Einfangen von Partikeln aus der Koma des vom Schweizer Astronomen Paul Wild entdeckten Kometen Wild 2 sowie interstellaren Staubs. Die Proben wurden im Januar 2006 zur Erde gebracht. Für die Entwicklung und den Bau der Sonde standen im Rahmen des Discovery-Programms zur Erforschung des Sonnensystems 128,4 Millionen Dollar zur Verfügung, weitere 40 Millionen Dollar wurden für die Missionsdurchführung verwendet. Hinzu kamen Kosten für die Trägerrakete.

Missionsziele Kometen entstanden in den äußeren Bereichen des Sonnensystems. In ihnen ist vermutlich auch heute noch die Materie enthalten, aus der die Planeten unseres Sonnensystems entstanden sind. Die Untersuchung von Kometenmaterie erlaubt damit einen Blick in die Entstehungszeit unseres Sonnensystems. Aufgrund der Beschränkungen, die für eine Sondenmission gelten, bietet eine Rückkehrmission mit gesammelten Proben deutliche Vorteile gegenüber Untersuchungen vor Ort. Speziell erwartete man von den kometaren Stardustproben Antworten: über die mineralogische und chemische Zusammensetzung von Kometen auf Submikrometerskalen inwieweit Kometen in ihrer Zusammensetzung Meteoriten oder interplanetarem Staub ähneln bzw. sich von ihnen unterscheiden ob Wasser in Kometen ausschließlich in Eis gebunden ist, oder ob es auch in hydratisierten Mineralien vorkommt über Anomalien der Isotopenzusammensetzung über die Natur von kohlenstoffhaltigem Material und dessen Zusammenhang mit Silikaten oder anderen Mineralien

1993 wurde durch Ulysses erstmals nachgewiesen, dass interstellarer Staub aus der Richtung des Skorpion durch das Sonnensystem hindurchströmt. Dies wurde durch die Galileo-Mission 1994 bestätigt, jedoch kann man aus astronomischen Beobachtungen nur sehr ungenaue Angaben über den Aufbau und die Zusammensetzung der Staubteilchen gewinnen: es handelt sich um kleine, weitgehend unstrukturierte Teilchen. Aus diesem Grund war die zweite Zielrichtung der Mission die Sammlung von interstellarem Staub, um Antworten zu erhalten über die chemische Zusammensetzung über die Isotopenverhältnisse der wichtigen Elemente wie C, H, Mg, Si und O über die mineralische und strukturelle Beschaffenheit ob alle Teilchen Isotopenanomalien aufweisen ob die Silikate eine glasige oder eine kristalline Struktur haben und welches Si:O-Verhältnis sie aufweisen ob Graphit-Partikel häufig genug sind, um die beobachtete 0,22-µm-Extinktion zu erklären ob die Teilchen homogen aufgebaut sind, oder z. B. aus einem Silikatkern mit organischem Mantel bestehen ob die Teilchen weitgehend identisch aufgebaut sind, oder ob es verschiedene Komponenten gibt ob es Hinweise auf Veränderungsprozesse gibt, wie z. B. durch Sputtern, Kollisionen, Aggregation oder chemische Veränderungen

Aus dem Vergleich der Proben kann man sowohl Rückschlüsse auf mögliche Veränderungen der Zusammensetzung des heutigen interstellaren Mediums im Vergleich zur Entstehungszeit des Sonnensystems ziehen als auch Prozesse während der Entstehung des Sonnensystems identifizieren. Die vorherigen Modelle über die Zusammensetzung des interstellaren Staubs waren rein theoretischer Natur – die Stardust-Proben bieten die erste Möglichkeit eines Vergleichs mit der Wirklichkeit.

Missionsverlauf mini|links|Asteroid Annefrank aus einer Entfernung von 3300 km mini|Stardust auf seiner Delta II 7426 Trägerrakete kurz vor dem Start mini|links|Komet Wild 2 aus einer Entfernung von 500 km. (NASA/JPL)

Die Sonde Stardust wurde am 7. Februar 1999 mit einer Trägerrakete des Typs Delta-II-7426 von Launch Complex 17 in Florida gestartet und in einen Sonnenorbit mit zweijähriger Umlaufzeit gebracht. Durch ein Swing-by-Manöver, bei dem sich die Sonde im Januar 2001 durch einen nahen Vorbeiflug an der Erde zusätzlichen Schwung holte, wurde der Orbit auf eine zweieinhalbjährige Umlaufzeit ausgeweitet. Mit diesem Schwung führte die Sonde zwei Sonnenumkreisungen durch, bevor sie bei der erneuten Begegnung mit der Erde im Januar 2006 die Rückkehrkapsel für den Wiedereintritt ausklinkte.

Durch diese Bahncharakteristik mussten zum einen, neben kleineren Kurskorrekturen, nur vier Bahnmanöver durchgeführt werden, so dass die Sonde mit 85 Kilogramm Treibstoff auskam. Zum anderen bestand dabei genügend Zeit, während der ersten beiden Sonnenumläufe ausreichende Mengen interstellaren Staubs zu sammeln.

Am 9. November 2000 geriet Stardust in den viertstärksten Sonnensturm, der seit Beginn der kontinuierlichen Beobachtungen im Jahr 1976 gemessen wurde. Durch eine starke Sonneneruption war der Sonnenwind 100.000-mal stärker als sonst, wodurch die zwölf stärksten Sternenpunke der Navigationskameras, die zur Kursbestimmung herangezogen werden, durch falsch interpretierbare „Punkte“ hochenergetischer Protonen überlagert waren. Daraufhin schaltete sich die Sonde automatisch in einen Standby-Modus und wartete ab. Nachdem sich der Sonnenwind am 11. November wieder auf normale Stärke reduziert hatte, erfolgte ein Reset der Navigationssysteme. Eine Überprüfung der Kamerasysteme ergab keine Schäden durch die harte Teilchenstrahlung, auch die anderen Bordsysteme waren noch voll funktionsfähig.

Während des zweiten Umlaufs erfolgte am 2. November 2002 ein enger Vorbeiflug am Asteroiden 5535 Annefrank in nur 3.300 Kilometer Entfernung. Die Annäherung an Annefrank diente im Wesentlichen der Vorbereitung und dem Test aller Systeme für das eigentliche Missionsziel Wild 2.

Am 2. Januar 2004 flog Stardust schließlich in einer Entfernung von 240 km und mit einer Relativgeschwindigkeit von 6,1 km/s an dem Kometen Wild 2 vorbei, beziehungsweise durch dessen Koma hindurch. Dabei wurde mehrfach der Kometenkern fotografiert, wobei ein Schwenkspiegel vor dem Kameraobjektiv benutzt wurde, um den Kern im Bild zu halten. Der Staubkollektor sammelte Komamaterial ein.

Landung der Kapsel mini|Die Kapsel der Sonde kurz nach der Landung

Nach dem Versagen des Landefallschirms bei Genesis im Jahr 2004 hatte bei der NASA eine intensive Ursachenforschung begonnen, um einen ähnlichen Fehlschlag bei Stardust möglichst zu vermeiden. Nachdem die Untersuchungen einen Montagefehler als Ursache identifiziert hatten, der bei Stardust nicht vorhanden sein sollte, blickte die NASA zuversichtlich der planmäßigen Landung der Stardust-Kapsel entgegen.

Am 15. Januar 2006 um 5:57 Uhr UTC setzte Stardust die Landekapsel in einer Höhe von 111.000 km aus. Sie tauchte einige Stunden später mit einer Geschwindigkeit von 46.400 km/h (12,9 km/s) in die Erdatmosphäre ein und setzte anschließend an einem Fallschirm auf der Erdoberfläche auf. Dabei war dies die höchste Geschwindigkeit, die jemals von einem künstlichen Objekt beim Eintritt in die Erdatmosphäre erreicht wurde. Die Muttersonde selbst zündete kurz nach Abstoßen der Landekapsel ihr Triebwerk und schwenkte ab, um in einem Sonnenorbit zu verbleiben.

Die Landekapsel setzte am 15. Januar 2006 um 10:12 Uhr UTC (11:12 Uhr MEZ) auf dem Gelände einer Militärbasis in Utah auf. Die gelandete Kapsel wurde kurz darauf nachts um 3:55 Uhr Ortszeit (10:55 UTC) von Hubschraubern gefunden, die mit Infrarotsensoren, Peil- und Navigationsgeräten nach der durch die Abbremsung in der Atmosphäre noch heißen Kapsel suchten; die genauen Landekoordinaten waren 40° 21,9' N, 113° 31,25' W ().

Erweiterte Mission Stardust-NExT Am 29. Januar 2006 wurde die Muttersonde in einen „Schlafmodus“ versetzt, in dem sie auf unbestimmte Zeit verbleiben sollte. Dabei wurden lediglich einige notwendige Teilsysteme, wie die Solarpanels und die Empfangsantenne, nicht abgeschaltet, um eine potenzielle Aktivierung der Sonde zu einem späteren Zeitpunkt zu ermöglichen. Im Juli 2007 gab NASA bekannt, dass Stardust in Richtung des Kometen 9P/Tempel 1 gelenkt wird. Diese erweiterte Mission wurde unter der Bezeichnung Stardust-NExT (New Exploration of Tempel) durchgeführt. Dieses Ziel konnte die Sonde lediglich fotografieren und mit Hilfe ihrer Instrumente untersuchen.

Tempel 1 war im Juli 2005 das Ziel der Sonde Deep Impact gewesen. Damals war der Impaktor der Sonde zur Kollision mit dem Kometenkern gebracht worden, er hinterließ einen etwa 20 m tiefen Krater auf seiner Oberfläche. Die zeitgleich am Kometen vorbeifliegende Deep-Impact-Muttersonde sollte unter anderem Aufnahmen des entstandenen Kraters erstellen, konnte diese Aufgabe jedoch nicht erfüllen, da der Krater von einer Wolke ausgetretenen Materials verhüllt wurde. Der Einschlagskrater wurde nun durch die Stardust-Muttersonde fotografiert. Dazu nahm sie am 14. Januar 2009 zunächst bei einem Swing-by-Manöver mit 9.157 km minimaler Höhe um die Erde noch einmal Schwung und zündete am 18. Februar 2010 für 23 Minuten ihre Triebwerke. Der Vorbeiflug an Tempel 1 erfolgte am 14. Februar 2011 EST.NASA-Bericht: Blasting a Hole in a Comet: Take 2, 26. September 2007Flug Revue April 2010, S. 76: Schub für Stardust-NExT Am 15. Februar 04:39 UTC passierte die Sonde den Kometenkern in 181 Kilometern Abstand mit einer Geschwindigkeit von 10,9 km/s und sendete von dem Vorbeiflug über eine Strecke von 5.000 Kilometern insgesamt 64 Bilder.NASA JPL Aufnahmen kurz vor der dichtesten Annäherung zeigen sehr gut das Gebiet um den knapp fünfeinhalb Jahre alten Einschlagkrater des Deep-Impact-Impaktors. Auf den Bildern soll versucht werden, mögliche Veränderungen auf der Oberfläche zu erkennen und den Krater genauer zu untersuchen.

Missionsende Im März 2011 wurden die letzten verbliebenen Treibstoffreserven gezündet, bis sie nach 146 Sekunden verbraucht waren. Da bisher keine zuverlässige Methode zur Messung der Treibstoffmenge in der Schwerelosigkeit entwickelt wurde, erhoffte man sich aus den dadurch gewonnenen Daten zum Treibstoffverbrauch Optimierungsmöglichkeiten für zukünftige interplanetare Missionen ableiten zu können. Am 25. März 2011 um 0:33 Uhr MEZ (d. h. 24. März 2011 um 23:33 Uhr UTC) brach der Funkkontakt zur Sonde schließlich ab. Sie befand sich zu diesem Zeitpunkt etwa 312 Millionen Kilometer von der Erde entfernt und hatte in den mehr als zwölf Jahren ihrer Missionsdauer einen Weg von fast sechs Milliarden Kilometern zurückgelegt. Seitdem treibt die Sonde in einer Umlaufbahn um die Sonne.STARDUST: Missionsende nach zwölf Jahren astronews.de (25. März 2011)

Ergebnisse Schon nach einer visuellen Sichtung des Aerogels war klar, dass die Mission erfolgreich war. Es waren im ganzen 45 Einschläge mit bloßem Auge sichtbar. Insgesamt fand man über 150 Partikel, die größer als 10 Mikrometer waren. Forscher hatten nur mit einem solchen Teilchen gerechnet. Nachdem die Partikel aus den Aerogels entfernt wurden, begann die systematische Auswertung. Dazu wurden die Aerogels in dünne Scheiben geschnitten und mit Digitalkameras fotografiert und ausgewertet.

Publikationen von Ergebnissen betrafen zuerst die dem Kometenschweif von Wild 2 zuordenbaren Partikel. Besondere Erwähnung verdienen die gefundenen großen Moleküle von Polymeren, insbesondere der Aminosäure Glycin.Jamie E. Elsila et al.: Cometary glycine detected in samples returned by Stardust. Meteoritics & Planetary Science 44, Nr. 9, Seiten 1323–1330 (2009), online (PDF; 1,8 MB) gsfc.nasa.gov, abgerufen am 23. August 2014 Auch Hinweise auf das Vorhandensein von flüssigem Wasser, nicht nur Eis, aus diesem sonnenfernen Raum waren neu.Cecile LeBlanc: Evidence for liquid water on the surface of comet wild-2, Eartsky, 7. April 2011, abgerufen am 23. August 2014 Flüssiges Wasser und Aminosäuren sind Bausteine für das Entstehen von Lebewesen.