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Potsdams "Pathfinder" auf Entdeckungstour

Sonde misst Gravitationswellen Potsdams "Pathfinder" auf Entdeckungstour

Potsdamer Forscher des Albert-Einstein-Instituts fiebern den ersten Messergebnissen der von ihnen konzipierten Sonde "Lisa Pathfinder" entgegen. Sie soll erstmals die von Albert Einstein in seiner Relativitätstheorie postulierten Gravitationswellen - Erschütterungen des Raum-Zeit-Gefüges - messen.

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Vega heißt der neue kleinere Raumtransporter der Ariane-Raketen-Reihe, der Lisa Pathfinder ins All gebracht hat.
 

Quelle: Esa

Potsdam.  Rund 100 Jahre nachdem Albert Einstein das Phänomen postuliert hat, könnte es bald real entdeckt werden – passenderweise von einem Pfadfinder. „Lisa Pathfinder“ macht sich auf die Suche nach sogenannten Gravitationswellen, die Raum und Zeit stauchen und dehnen. Konzipiert wurde die Weltraumsonde der Europäischen Raumfahrtagentur Esa vom Potsdamer Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Instituts/AEI genannt) und seinem zweiten Standort in Hannover.

 Lisa Pathfinder ist an Bord einer verkleinerten Variante der klassischen Ariane-Rakete der Esa, einer Vega, vom Weltraumbahnhof Kourou (Fanzösisch-Guayana) auf die Reise ins All geschickt worden. „Das könnte völlig neue Perspektiven eröffnen“, zeigt sich Missionsleiter Karsten Danzmann vom AEI begeistert.

Ausgerechnet zwei Würfel aus Gold und Platin sollen an Bord die geheimnisvollen Wellen offenbaren, die selbst heute noch vom Ursprung des Universums, dem Urknall, künden könnten. Einstein, dem der Satz „Gott würfelt nicht“ nachgesagt wird, wäre bestimmt eine passende Bemerkung dazu eingefallen. Die durch ihre Legierung absolut unmagnetischen, frei schwebenden Klötzchen würden – so der Plan – ihren Abstand von eigentlich 35 Zentimetern beim Auftreffen einer Gravitationswelle um Bruchteile eines Millionstel Millimeters ändern. Messen soll das ein Laserinterferometer.

Einstein war durch die Lichtstrahlen ablenkende Wirkung der Gravitation, also der Schwerkraft, auf die notwendige Existenz der Wellen gekommen. Erklärbar ist der Einfluss auf das Licht und auch, wie inzwischen nachgewiesen werden konnte, auf den Zeitablauf nur durch eine kurzfristige Krümmung oder Kräuselung des Raum-Zeit-Gefüges, eine Welle eben.

Suche von der Erde aus

Nach Gravitationswellen wird nicht nur im All sondern auch von der Erde aus gesucht. Seit Jahren betreibt das Albert-Einstein-Institut (AEI) in der Nähe von Hannover GEO 600. Laserstrahlen werden hier durch zwei jeweils 600 Meter lange Röhren geschickt. Laufzeitunterschiede geben möglicherweise Auskunft über Raum-Zeit-Stauchungen. Allerdings ist es schwierig andere Störquellen auszuschließen.

Auch in den USA wird nun – ebenfalls unter Mitwirkung des AEI – mit zwei Observatorien in den Bundesstaaten Washington und Louisiana nach Gravitationswellen gesucht. Bei den Ligo genannten Detektoren sollen wiederum durch Röhren geführte Laserstrahlen Gravitationswellen registrieren. Hier stehen aber unterschiedliche Längen der mehrfach reflektierten Strahlen im Fokus.

Danzmann erwartet sich durch ein eventuell mögliches Messen von Gravitationswellen „das Einfangen eines völlig neuen Sounds des Universums“. Bis dato fußt unsere gesamte Sensorik für den Kosmos auf den Empfang von Strahlung, ob Licht, Temperatur oder Magnetfelder. „Mehr als 99 Prozent des Alls strahlt aber nicht“, weiß Danzmann. Die Zahl basiert auf physikalisch hergeleiteten Denkmodellen, dass 70 Prozent des Universums aus einer für uns bislang nicht bemerkbaren „dunklen Energie“ und weitere 25 Prozent aus augenblicklich nicht messbarer „dunkler Materie“ bestehen müssen. Beides könnte mittels Gravitationswellen erfahrbar sein. Da solche Raum-Zeit-Kräuselungen quasi nie verebben, müsste es also auch noch vom Urknall her messbar schwappen.

 Nicht nur das. Die Wellen müssten nicht nur vom Anfang des Universums künden, sondern auch von den Gravitationsmonstern im All schlechthin, den schwarzen Löchern. Derartige verloschene und in sich zusammengefallene Sterne, die mit ihrer Anziehungskraft das Raum-Zeit-Gefüge derart krümmen, das nicht einmal mehr Licht entweichen kann, würden „den Kern einer jeden ordentlichen Galaxie bilden“, so Danzmann. Auch die heimische Milchstraße hält demnach ein schwarzes Loch im Innersten zusammen. Tiefere Erkenntnisse über Entstehung und auch weiterer Entwicklung der Sternensysteme wären also vor allem über Gravitationswellen möglich.

Doch bis zu deren genaueren Messung dürfte es noch dauern. Das 430-Millionen-Euro-Projekt Lisa Pathfinder soll zwar erste Erfahrungen mit den Wellen möglich machen. Gedacht war es aber vor allem auch als Vorbereitungsmission eines von der Esa auf 2034 terminierten Gravitationswellen-Observatoriums, bis dato „Elisa“ genannt. Die ebenfalls vom AEI konzipierte neben der Erde um die Sonne kreisende Station soll aus drei Raumsonden in Form eines dreiseitigen Dreiecks bestehen. Aus den 35 Zentimetern Abstand der Würfel auf Lisa Pathfinder werden dann eine Millionen Kilometer, was eine entsprechend potenzierte Messegenauigkeit bringt.

Elisa – mit 1,4 Milliarden Euro im Esa-Etat eingeplant – könnte bereits viel früher einsatzbereit sein. Danzmann hofft, dass die Nasa, die sich zwischenzeitlich wegen Problemen an anderen Fronten verabschiedet hatte, wieder einsteigt.

Von Gerald Dietz

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