Mit dem Start des allerersten erdumkreisenden Satelliten Sputnik 1 durch die Sowjetunion am 4. Oktober 1957 begann das Raumfahrtzeitalter. Schon kurz darauf gelang es der damaligen UdSSR und den USA, Raumsonden zum Mond sowie zur Venus und zum Mars zu schicken, den beiden Nachbarplaneten der Erde. Ab den 1970er-Jahren wurden dann weiter entfernte Ziele im Sonnensystem angesteuert. Bei diesen Missionen beteiligten sich auch andere Nationen an der Erforschung der Planeten, Monde, Asteroiden und Kometen sowie der Sonne selbst und an der Untersuchung des interplanetaren Raums und der kosmischen Umgebung des Sonnensystems. Trotz einiger Fehlschläge verliefen die meisten Missionen zu den Körpern unseres Sonnensystems erfolgreich und brachten eine Fülle an neuartigen, oft sogar verblüffenden Erkenntnissen über unsere nähere Umgebung im Weltall mit sich.
Künstlerische Darstellung der Raumsonde Cassini über den Saturnringen (© NASA/JPL)
Eine wesentliche Rolle bei der Erkundung des Sonnensystems spielt dabei die detaillierte Erfassung der Oberflächen der verschiedenartigen fluid-, gesteins- und metallhaltigen Körper und, im Falle der großen Gasplaneten, der äußersten Schichten ihrer Atmosphären. Dies geschieht auf Raumsonden, Landern und Rovern mit zunächst konventioneller, später digitaler und schließlich multispektraler Fotografie sowie mithilfe der abbildenden Spektroskopie, die auch kürzere und längere Wellenlängen erfasst. Gestatten dichte Atmosphären keine direkte Sicht auf die Oberfläche, wie bei dem Planeten Venus oder dem Saturnmond Titan, können Radarexperimente zur Erfassung und Charakterisierung der Oberflächen angewendet werden.
Für die planetare Fernerkundung werden außer Sensoren für den sichtbaren Spektralbereich, die in verschiedenen Kamerasystemen zum Einsatz kommen, auch Detektoren für kurz- oder langwelligere Frequenzbereiche des elektromagnetischen Spektrums in Spektrometern eingesetzt. Bei diesen Detektoren ist die Auflösung teils geringer, sodass deshalb viele Fragen zunächst ungeklärt bleiben und erst durch weiterentwickelte zukünftige Raumfahrtmissionen beantwortet werden können.
Start von Rosetta an Bord einer Ariane-5-Rakete am 2. März 2004 von Kourou (© ESA/CNES/ARIANESPACE-Service Optique CSG, 2004)
Die klassische Erkundung anderer Himmelskörper besteht aus den nachfolgend aufgeführten Stufen. Diese einzelnen Schritte stellen jeweils ein in Technik, Navigation, Kommunikation und Antriebsbedarf komplexeres Missionsszenario dar:
- Start, ggf. kurzzeitiges „Parken“ in der Erdumlaufbahn, Einschuss in eine interplanetare Flugbahn
- Vorbeiflug am Zielkörper oder vorherige „Gravity Assist Manöver“
- Umlaufbahn um den Himmelskörper
- Harte Landung auf der Oberfläche und/oder Absetzen einer Atmosphärensonde
- Weiche Landung auf der Oberfläche und Aktivierung einer Experimentalstation
- Roboterfahrzeuge (Rover), Ballon- und Flugzeugsonden/Drohnen
- Materialprobenrückführung
- Astronautische Expedition
Dieser Ablauf wird nicht immer in der hier aufgeführten Reihenfolge eingehalten. Oftmals werden Schritte zusammengefasst oder übersprungen, wie die Erfahrung aus fast fünf Jahrzehnten Planetenerkundung zeigt. Dafür gibt es sowohl technisch-wissenschaftliche, als auch finanzielle bzw. politisch-gesellschaftliche Gründe.