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ESA feiert mit Lisa Pathfinder Erfolge

Moderne Astrophysik ESA feiert mit Lisa Pathfinder Erfolge

Ein bisschen wie eine goldene Suppenschüssel schwebt Lisa Pathfinder derzeit durchs das All. Doch diese Schüssel hat es in sich. Raffinierte Messinstrumente, zu deren wichtigsten Bestandteilen zwei Metallwürfel gehören, wurden im Weltall frei gelassen. Die nun geschickten Daten beweisen: Das Gerät wäre optimal dazu geeignet, Gravitationswellen zu messen.

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Der Lisa Pathfinder flog der Sonne schon 1,5 Millionen Kilometer entgegen. Inzwischen hat das Gerät sein ganzes Potenzial enthüllt

Quelle: ESA

Hannover/Potsdam. Lisa hat es einfach drauf. Nach einem Bilderbuchstart am 3. Dezember vergangenen Jahres und einer Reise von rund 1,5 Millionen Kilometern in Richtung Sonne, vermeldet die europäische Raumfahrtorganisation ESA Riesenerfolge. Der Lisa Pathfinder ist der Prototyp eines kosmischen Observatoriums, das die Möglichkeit des Einfangens von Gravitationswellen im Weltall erkunden soll. Schon nach drei Monaten hat das zylinderförmige Objekt belegt, dass die an ihm erprobte und für die Gravitationswellen vorgesehene Messtechnologie sogar besser funktioniert als erwartet.

Die Ergebnisse zeigen, dass zwei für künftige Messungen entscheidenden Massen im Herzen eines Satelliten frei im Weltall schweben und nur dem Einfluss der Gravitation unterliegen. Genau auf diesen Einfluss kommt es beim Messen von Gravitationswellen an. Die Isolation von äußeren Störkräften ist fünfmal besser als ursprünglich erwartet. Die Gravitationsmessgeräte auf der Erde sind dagegen ständig diversen Störkräften ausgesetzt. Dort werden die empfindlichen Laseranlagen zum Beispiel praktisch ununterbrochen von Erschütterungen des Erdbodens irritiert. Allerdings gibt es auch im Weltall Störquellen. Dort wirkt zum Beispiel der Sonnenwind und der Strahlungsdruck des Sonnenlichts. Vor diesen Faktoren konnte der Satellit die beiden Massen schützen.

Zwei goldene Würfel

Die beiden Massen im Herzen von Lisa Pathfinder sind zwei Würfel mit je 46 Millimetern Kantenlänge aus einer Gold-Platin-Legierung. Die zwei Kilogramm.schweren Würfeln schweben, umgeben von einem Käfig aus Elektroden, im Abstand von genau 38 Zentimeter im Inneren des Satelliten. Sie berühren den Satelliten auch nicht, denn dieser korrigiert ständig seine Position, um den Würfeln zu folgen. Die Messung dafür übernimmt dabei ein sogenanntes Laserinterferometer zwischen den Würfeln, das deren Positionen und Ausrichtung relativ zum Satelliten und zueinander bestimmt. Ergebnis: Die Würfel blieben in der Bahn und ungestört: „Wir zeigten damit, dass wir einen großen Detektor bauen können“, sagte Paul McNamara, führender ESA-Wissenschaftler der Lisa-Pathfinder Mission in dieser Woche vor Journalisten.

Gerhard Heinzel, Leiter der Forschungsgruppe Interferometrie im Weltraum am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover, weist gegenüber der MAZ darauf hin, dass mit der Steuerungseinheit im Lisa Pathfinder auch zum ersten Mal ein Laserinterferometer im Weltall gearbeitet habe. „Es hat vom Stand weg wie im Bilderbuch funktioniert“, sagt Heinzel. Die Präzision des Instruments sei schier unvorstellbar: „Wir können den Abstand der beiden frei fallenden Testmassen genauer als ein Tausendstel des Durchmessers eines einzelnen Atoms bestimmen“, erläutert Heinzel. Mit dem erfolgreichen Einsatz eines Interferometers im All sei auch gesichert, dass die Folgemission von „Grace“ funktionieren werde. Die neue Generation der „Grace“ Forschungssatelliten, an der auch das Deutsche Geoforschungszentrum (GFZ) in Potsdam beteiligt ist, sollen mit solchen Interferometern ausgestattet und dadurch noch genauer werden. Sie werden noch präziser das Schwerefeld der Erde und damit insbesondere die Verteilung von Wasser messen können. Damit werden sie Neues über die Auswirkungen des Klimawandels herausfinden.

Ein Weltraumobservatorium für Gravitationswellen

Die Gravitationsphysiker interessiert natürlich noch mehr die Möglichkeit eines Weltraumobservatoriums für Gravitationswellen. Die Lisa Pathfinder-Mission hat bewiesen, dass solch ein Observatorium in Form von Satelliten prinzipiell möglich ist. Irdische Detektoren für Gravitationswellen bestehen aus zwei rechtwinklig aufeinandertreffenden, mehrere Kilometer langen Armen, in denen Laserlicht hin- und hergeleitet wird. Phasenverschiebungen der Laserstrahlen zwischen diesen Armen deuten auf Gravitationswellen hin. Ziel der Lisa-Mission ist es, die irdischen Arme durch drei Satelliten zu ersetzen, die hinter der Erde gleichmäßig durchs All fliegen und dabei die Sonne umkreisen. Die Arme irdischer Detektoren würden durch die weit voneinander entfernten Satelliten auf mehrere Millionen Kilometer verlängert, die Detektoren damit um ein Vielfaches empfindlicher.

Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik am Standort Hannover, sieht dank des Erfolgs von Lisa Pathfinder den Weg bereitet für die Entwicklung eines solchen großen Weltraum-Observatoriums. Dieses würde Gravitationswellen von einer Vielzahl von Objekten im Weltall nachweisen können und so zu einer völlig neuen Form der Astronomie führen.

Exotische Objekte entdecken

Irdische Gravitationsmessgeräte können nämlich nur Gravitationswellen mit einer hohen Frequenz von 10 bis zu mehreren 1000 Hertz wahrnehmen. Das Verschmelzen zweier schwarzer Löcher war solch ein Gravitationswellenereignis im hohen Frequenzbereich. Entsprechend war es von Detektoren aufgefangen worden. Es gibt aber im Weltall noch viele andere exotische Objekte und Ereignisse, die ebenfalls messbare Gravitationswellen erzeugen. Diese liegen im niederen Frequenzbereich von 0,1 Millihertz bis zu einem Hertz

„Mit Lisa Pathfinder haben wir den ruhigsten der Menschheit bekannten Ort geschaffen“, sagt Danzmann. „Die Leistung der Mission ist spektakulär und übertrifft alle unsere Erwartungen bei weitem.“ Danzmanns Team konnte inzwischen belegen, dass auf die beiden schwebenden Würfel im Satelliten weniger als die Gewichtskraft eines Virus auf der Erde wirkt. Da bliebe noch viel Spielraum übrig, für Veränderungen durch eintreffende Gravitationswellen.

Von Rüdiger Braun

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