Weltraum: Ein einzigartiger Forschungsstandort

Weltraum: Ein einzigartiger Forschungsstandort

 

Mit der durch die Weltraumtechnik ermöglichten Nutzung des erdnahen Weltraums als Ergänzung von erdgebundenen Observatorien und Laboratorien wurden die Forschungsmöglichkeiten erweitert. Damit kann man Objekte und physikalisch-chemische Prozesse wissenschaftlich untersuchen, die auf der Erde wegen der Absorption des einfallenden Sonnen- und Sternenlichts durch die Atmosphäre oder aufgrund der Schwerkraft unzugänglich sind.

 

 Weltraumastronomie

 

Die Erforschung der Umgebung der Erde, des Sonnensystems und des Universums wird irdischen Beobachtern durch Atmosphäre und Ionosphäre erschwert. Elektromagnetische Wellen können die Ionosphäre nur in bestimmten Wellenlängenbereichen durchdringen; insbesondere bei hohen Frequenzen absorbieren die Moleküle der Atmosphäre einfallende Strahlung. Wer also die Sterne und Galaxien im Röntgenlicht, im Licht infraroter Strahlung oder im Mikrowellenbereich sehen möchte, der muss sich über die Atmosphäre erheben — entweder mit Ballons oder mit Satelliten.

 

Ohne Weltraumtechnik wären unsere Informationen über den Kosmos immer auf den sichtbaren Bereich (Wellenlänge zwischen 400 und 800 Nanometer) und auf die Radiostrahlung (zwischen einem Millimeter und 30 Metern Wellenlänge) beschränkt geblieben.

 

Mit Teleskopen im Weltraum dagegen sehen wir unbeeinflusst von der Atmosphäre nicht nur räumlich bis noch in 10²⁰ Kilometern Entfernung hinaus, sondern blicken damit — wegen der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit — auch zwölf Milliarden Jahre in unsere astronomische Vorgeschichte zurück. Der Grund dafür, dass jeder Blick ins All auch ein Blick in die Vergangenheit ist, liegt in der Endlichkeit der Lichtgeschwindigkeit; sie beträgt etwa 300 000 Kilometer pro Sekunde. Die Entfernung, die das Licht in einem Jahr zurücklegt, nennt man ein Lichtjahr (rund 9,5 Milliarden Kilometer). Das Licht eines Sterns, das uns heute erreicht, zeigt uns also den Zustand des Sterns zu einer Zeit, die so weit vor der Gegenwart liegt wie seine Entfernung in Lichtjahren beträgt (und 10²⁰ Kilometer sind gerade zwölf Milliarden Lichtjahre). Unsere Sonne ist etwa acht Lichtminuten entfernt; was wir jetzt sehen, ist demnach der Zustand der Sonne vor acht Minuten. Der Blick mit Teleskopen in die Vergangenheit wird allerdings durch den kosmischen Photonenhorizont begrenzt: Sterne, die so weit entfernt sind, dass das Licht für die Reise zu uns länger bräuchte als Zeit seit dem Urknall, also dem Anbeginn der Welt vergangen ist, sind prinzipiell unbeobachtbar. Abhängig von der Wellenlänge gibt es noch eine weiter gehende Einschränkung: Aufgrund bestimmter physikalischer Prozesse konnten sich Licht und andere elektromagnetische Strahlungsarten erst eine gewisse Zeit nach dem Urknall frei im All ausbreiten, wir blicken also genau genommen jeweils bis zu der Zeit zurück, als das Weltall für die jeweilige Wellenlänge durchsichtig wurde.

 

Ein herausragendes Beispiel für die Erweiterung des astronomischen Horizonts durch Weltraumtechnologie ist der Röntgensatellit ROSAT. Er untersucht die von der Erde aus unsichtbaren Röntgenstrahlquellen des Universums, Neutronensterne und schwarze Löcher; damit hat er ganz neue Einblicke in das kosmische Geschehen eröffnet. Mit »Röntgenaugen« betrachtet, gleicht der Sternenhimmel einem Feuerwerk.

 

Tief in die Vergangenheit blicken auch das Hubble-Weltraumteleskop und ab 2007 der Infrarot-Satellit FIRST. Mit der Beobachtung im infraroten Licht wird es möglich, auch Galaxien zu sehen, von denen gar keine optische Strahlung mehr zur Erde gelangt: Durch die Expansion des Weltraums verändert sich die Wellenlänge. Diese Rotverschiebung ist umso größer, je weiter die Galaxie von der Erde entfernt ist.

 

Die Entwicklung der Weltraumastronomie folgte stets einer systematischen Forschungsstrategie: Erst werden neue »Fenster« für einen bestimmten Spektralbereich geöffnet, der vom Boden aus nicht zugänglich ist. Solche ersten Messungen leistete beispielsweise für die Röntgenastronomie der Röntgensatellit Uhuru in den Sechziger- und Siebzigerjahren des 20. Jahrhunderts. Es folgen systematische Messungen (Durchmusterungen) in den neuen Spektralbereichen. Diese Messungen leistete für die Röntgenastronomie in den frühen Neunzigerjahren der Satellit ROSAT. Die Endphase bilden spektroskopische Untersuchungen mit dem Ziel, möglichst gleichzeitig alle Bereiche des elektromagnetischen Spektrums von kosmischen Objekten zu erfassen, um dadurch ein weiter gehendes Verständnis für die Prozesse hinter den strahlenden Fassaden zu bekommen. Für diese Aufgabe sollen in naher Zukunft beispielsweise die Satelliten Abrixas und XMM eingesetzt werden.

 

Die Beobachtungen in verschiedenen Spektralbereichen offenbaren uns sich ergänzende Einsichten in die kosmischen Objekte. Es ist die durch die Weltraumtechnik ermöglichte »Multifrequenz-Astronomie«, die unser heutiges Verständnis der astrophysikalischen Vorgänge prägt.

 

Erst mit den multispektralen Beobachtungen konnte zum Beispiel die Sternentwicklung in ihren Grundzügen nachvollzogen werden. Ihre Anfangsstadien sind nur der Radio- und Infrarotastronomie zugänglich, während die Sterne selbst im Optischen und im Ultravioletten leuchten und die Endstadien als Radio-, Röntgen- und Gammaquellen sichtbar sind. Nur die Summe der Informationen aus allen Spektralbereichen liefert ein Gesamtbild der galaktischen Evolution und des Universums.

 

Mit dem Zugang zum Weltraum ergaben sich in den vergangenen vier Jahrzehnten für die Astronomie Möglichkeiten, unbehindert von den Einflüssen der Atmosphäre Messungen der von Sternen und Galaxien emittiierten Strahlung aus allen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums durchzuführen und damit unser Wissen über den Kosmos drastisch zu erweitern. Da jeder Blick ins All auch ein Blick in die Vergangenheit ist, erweitern wir mit den Beobachtungsmöglichkeiten auch die »Rückblickzeiten«.

 

Zwischen der durch die Mikrowellen-Hintergrundstrahlung gegebenen Photonenbarriere und unserem augenblicklichen Horizont liegt noch eine weite »Terra incognita« der Raum-Zeit. Auf dieses Gebiet wird Weltraumastronomie im 21. Jahrhundert ihre Bemühungen konzentrieren, um beispielsweise Galaxien im Entstehungsprozess zu untersuchen.

 

 Erforschung von Sonne und Planeten

 

Vor Beginn der Raumfahrt um 1960 war die Planetenforschung ein kleiner Zweig der Astronomie. Heute ist sie zu einer wichtigen Disziplin (»Planetologie«) herangewachsen. Sie beschäftigt sich mit vergleichenden Untersuchungen der Planeten (einschließlich der Erde) und bemüht sich, den Ursprung und die frühe Entwicklung des Sonnensystems zu verstehen.

 

Satelliten und Sonden haben unsere Kenntnisse über den interplanetaren Raum und die anderen Planeten und Körper unseres Sonnensystems erweitert und haben es ermöglicht, sie aus der Nähe (wie den Halley'schen Kometen, Jupiter, Neptun, Uranus usw.) oder gar direkt (Erdmond, Venus, Mars, Jupiter) zu erforschen. Die von Satelliten und Sonden aus dem Weltraum übermittelten Bilder zählen zu den spektakulärsten Wissenschaftszeugnissen unseres Jahrhunderts.

 

Im Zuge dieser Forschungen wurde augenfällig, wie sehr sich die Erde von den anderen Planeten unterscheidet. Insbesondere zeigt sich, dass man das Leben, die atmosphärischen Prozesse und die Entwicklung des Erdkörpers nicht getrennt betrachten darf; sie sind miteinander wechselwirkende Teile eines komplexen Systems. Venus, die fast die gleiche Masse wie die Erde aufweist, unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht erheblich von der Erde. Vermutlich ist dies die Folge einer auf beiden Planeten anders verlaufenden Entwicklung durch eine starke Treibhauserwärmung der Venusatmosphäre.

 

Andere offene Fragen der Planetologie betreffen die Entstehung der Monde, die Erzeugung planetarer Magnetfelder sowie die Entwicklung der Atmosphäre und Hydrosphäre der Venus und des Mars.

 

Für Fortschritte in der Planetologie muss unser Sonnensystem entsprechend einem »Dreistufenplans« weiter erforscht werden:

 

Die Erkundung durch Vorbeiflug (»Fly-by«) ist von der Zielsetzung her eine Entdeckungsmission. Bedingt durch die sich rasch ändernden Verhältnisse beim schnellen Vorbeiflug sind in erster Linie hohe Anforderungen an die Geschwindigkeit der Datenerfassung unter ganz verschiedenen Geometrien zu stellen. Dies erfordert auch eine hohe geometrische Stabilität. Die sich anschließende nähere Erforschung durch langlebige Satelliten (Orbitermissionen) soll große Teile der Oberfläche und der Atmosphäre von planetaren Körpern zusammenhängend abbilden. Dabei sollen räumliche Details mit einer Größe von 10 Metern oder besser zu erkennen und alle Spektralbereiche abgedeckt sein. Durch schnelle Bildfolgen soll auch eine hohe zeitliche Auflösung erzielt werden. Für die Erkundung potenzieller Landestellen fordert man lokal eine höchstmögliche Auflösung. Der letzte Schritt der planetarischen Untersuchung ist das Herabfliegen eines Landegerätes, das direkt auf der Oberfläche misst (»In-situ-Messung«) sowie Proben entnimmt und zur Erde zurückbringt.

 

Gegenwärtig umkreist die Raumsonde Galileo die Jupitermonde, und die 1997 gestartete Raumsonde Cassini mit der Messsonde Huygens ist auf dem Weg zum Saturn und seinem Mond Titan. Innerhalb der nächsten zehn Jahre könnten eine Probenrückführung vom Mars und ein seismisches Netz auf diesem Planeten Wirklichkeit werden.

 

Die Erforschung des Planetensystems hat zwei wichtige Aspekte. Die Kenntnis unseres Sonnensystems ist ein Schlüssel zum Verständnis, wie Planeten bei anderen Sternen entstehen, und für Fragestellungen der Exobiologie, die die Möglichkeit von extraterrestrischen (intelligenten) Lebensformen untersucht. Aus den gewonnenen Messdaten ergeben sich im Rahmen der vergleichenden Planetologie wichtige Hinweise zum Verständnis unserer Erde, ihrer bisherigen Entwicklung und ihres weiteren planetaren Schicksals.

 

Die Erkundung anderer Planeten des Sonnensystems ist also gleichsam die extraterrestrische Fortsetzung der Erdbeobachtung. Mit den Ergebnissen können wichtige Fragen der vergleichenden Planetologie beantwortet werden, etwa die unterschiedliche Entwicklung von Erde und Mars: Wie wurde aus dem ursprünglich erdähnlichen Mars, einem vielleicht sogar belebten Planeten, ein mondähnlicher toter Himmelskörper, umgeben nur von einer sehr dünnen Atmosphäre, die keinen Schutz bietet gegen die UV-Strahlung der Sonne und das Auftreten von Wasser in flüssiger Form nicht mehr ermöglicht? Warum wurde der Mars zu einem lebensfeindlichen Planeten, und was hat im Unterschied dazu den »glücklichen« Entwicklungsgang der Erde bedingt?

 

 Mars

 

Von besonderem Interesse ist die Erforschung unserer planetarischen Nachbarschaft, der terrestrischen Planeten Mars, Venus und Merkur.

 

Mars, der »Rote Planet«, ist der Erde am ähnlichsten. Seit Mitte der Sechzigerjahre haben ihn mehr als ein Dutzend Raumsonden angesteuert. Am 4. Juli 1997, mehr als zwanzig Jahre nach der ersten Mars-Sonde Viking, landete erstmals wieder eine Raumsonde auf dem Mars: Die Sonde Pathfinder mit dem Erkundungsfahrzeug Sojourner (»Besucher«), ein kleiner fahrbarer Roboter, der mit einer Kamera, einem Sensor zur Ermittlung der Masse des Marsstaubes sowie einem Alpha-Spektrometer ausgestattet war, mit dem die chemischen Elemente des Marsgesteins bestimmt werden konnten.

 

Der Mars ist für die Planetenforschung nicht irgendein beliebiges Ziel. Er gilt als der Ort im Sonnensystem, an dem extraterrestrisches Leben in der Vergangenheit am ehesten möglich gewesen sein könnte, da es Hinweise gibt, dass es einmal Wasser auf dem Mars gab — die Grundlage für Leben, wie wir es kennen. Auch die Pathfinder-Mission (1997) hat bestätigt, dass der Mars eine feuchte Vergangenheit hatte; seit rund zwei Milliarden Jahren aber ist der Planet trocken und wüstenartig, und nur noch der Wind verändert die Landschaft langsam. Ob der Mars in einer frühen Phase von einer dichten, kohlendioxidreichen Atmosphäre umgeben war und auf ihm ein feuchtwarmes Klima herrschte, ist aber auch nach der Pathfinder-Mission unklar. Seit 1998 ist die japanische Raumsonde Nozomi unterwegs zum Mars, und die von der NASA gestartete Sonde Global Surveyor befindet sich in einer Marsumlaufbahn. Bis 2009 will die NASA alle 26 Monate ein Sondenpaar zum »Roten Planeten« schicken und im Jahr 2005 erstmals Gestein vom Mars zur Erde holen. Vielleicht lässt sich dann die Entwicklungsgeschichte des Wassers auf dem Mars aufklären.

 

 Jupiter

 

Die interplanetare Mission Galileo, ein Projekt der NASA mit deutscher Beteiligung, ist 1989 zum Jupiter und seinen Monden gestartet. Nach einem komplizierten Swing-by-Manöver flog sie an der Venus und deren Mond Ida vorbei, beobachtete im Juli 1994 den Einschlag des Kometen Shoemaker-Levi 9 auf Jupiter und schwenkte 1995 in eine Umlaufbahn um den Planeten ein. Eine Eintauchsonde übermittelte die chemische Zusammensetzung sowie die dynamische Struktur der Atmosphäre und Magnetosphäre von Jupiter. Der Nachweis von Wasser auf dem Jupitermond Europa und aktivem Vulkanismus auf dem Mond Io gehören zu den wissenschaftlichen Höhepunkten der Mission, die noch bis in den Winter 2000 fortgesetzt wird.

 

 Sechs Jahre Reisezeit zum Saturn: Cassini/Huygens auf dem Weg

 

Einen noch weiteren Weg als Galileo hat die Raumsonde vor sich, die im Oktober 1997 startete und im Jahr 2003/2004 den Saturn erreichen wird. Cassini/Huygens ist ein gemeinsames Vorhaben der ESA, die sich mit der Sonde Huygens zur Erforschung des Mondes Titan beteiligt, und der NASA, die den Orbiter Cassini stellt. Benannt wurde das Projekt nach dem Entdecker des Titan, Christiaan Huygens, und dem Entdecker der Hauptteilung zwischen den Ringen, Giovanni Domenico Cassini.

 

Von besonderem wissenschaftlichen Interesse ist jedoch der Saturnmond Titan, für den allein vierzig nahe Vorbeiflüge vorgesehen sind. Außerdem ist Titan einer der wenigen Monde, dessen Oberfläche bei den Voyager-Vorbeiflügen aufgrund eines Wolkenschleiers nicht abgebildet werden konnte. Titan ist neben dem Mars einer der seltenen Orte unseres Sonnensystems, an dem sich primitives extraterrestrisches Leben entwickelt haben könnte.

 

 Die Außenposten unseres Sonnensystems

 

Die am weitesten entfernten Himmelskörper, die je von einem irdischen Raumfahrzeug besucht wurden, sind der Planet Neptun und sein Mond Triton, etwa 4,5 Milliarden Kilometer von der Erde entfernt. 1989 passierte die Raumsonde Voyager 2 den Neptun in einem Abstand von rund 5000 Kilometern. Dann nahm sie Kurs auf den Rand des Sonnensystems und die Weite des interstellaren Raums, aus dem sie sich jetzt noch meldet. Eines der letzten von Voyager übermittelten Bilder zeigt den Aufstieg des Mondes Triton über dem Neptun.

 

 Rosetta

 

Kometen stammen aus der Entstehungszeit unseres Sonnensystems. Während sich aber die Urmaterie, aus dem sich Kometen und die Planeten — also auch unsere Erde — formten, auf den Planeten durch chemische, geologische und biologische Prozesse im Lauf von Milliarden Jahren ständig verändert hat, sodass alle Informationen aus der Urzeit vernichtet sind, blieb das Kometenmaterial unverändert. Kometen sind zu klein für geologische Prozesse, da ihre Schwerkraft zu gering ist, und zu kalt für sonstige Veränderungen. Als »kosmische Tiefkühltruhen« bewahren sie die Anfangsbedingungen unseres Lebens mit unendlicher Haltbarkeitsdauer. Mit der Raumsonde Rosetta soll Kometenmaterial untersucht werden; dies ist die Suche nach den Wurzeln unserer eigenen Existenz.

 

Der Start der Rosetta-Mission mit der Trägerrakete Ariane 5 ist für Januar 2003 geplant; die Sonde soll im Jahr 2011 am Kometen Wirtanen ankommen. Danach wird der Orbiter den Kometen für etwa zwei Jahre umkreisen, und ein Landungsgerät soll auf der Oberfläche des Kometen niedergehen und sie untersuchen.

 

 Untersuchungen der Sonne und ihrer Einflusssphäre

 

Die Sonne ist nur einer von 100 Milliarden Sternen unserer Galaxis. Da sie aber buchstäblich der uns nächste Stern ist, können wir ihre Zustandsgrößen besonders genau bestimmen. Damit ist die Sonne ein ideales Testobjekt für Theorien über den inneren Aufbau und die Entwicklung der Sterne.

 

Die Sonnenoberfläche gleicht einem »kochenden« Magneten, und das Wechselspiel von Magnetfeldern und heißem Plasma führt immer wieder zu gewaltigen Eruptionen auf der Sonnenoberfläche, zu Ausbrüchen elektromagnetischer Strahlung und Schauern schneller geladener Teilchen. Dieser »Sonnenwind« ist selbst in Erdnähe intensiv genug, um Kommunikations- und Navigationssatelliten oder Computer- und Stromnetze zu beschädigen. Um die Sonnenaktivität und die nachfolgende Beeinflussung der irdischen Hochatmosphäre vorherzusagen, müsste aber die Physik der Sonne noch besser bekannt sein. Die dazu nötigen Daten sind nur mit Raumsonden zu gewinnen.

 

Die Erde, und mit ihr die meisten anderen Planeten unseres Sonnensystems, besitzt ein eigenes Magnetfeld, das weit in die Umgebung des jeweiligen Planeten hinausreicht und vom Sonnenwind verformt wird. Die Struktur, die sich ausbildet, wenn der dichte, kalte Sonnenwind mit Überschallgeschwindigkeit auf diese Magnetosphären (heißes, dünnes ionisiertes Gas) trifft, ist das Forschungsziel zahlreicher Raumsonden gewesen.

 

In einer Welt, die sich immer mehr auf Satellitentechnologie stützt, werden die Kenntnis und die Vorhersage des »Weltraumwetters« zu einer Notwendigkeit. Allerdings fehlt noch eine eingehende Untersuchung der Wechselwirkung mit der Magnetosphäre der Erde. Dies ist Aufgabe der Cluster-Mission der ESA, die im Jahr 2000 starten soll.

 

Gegenwärtig sind zwei Sonnenobservatorien im Weltraum: der Satellit SOHO, von NASA und ESA gemeinsam betrieben, und die Raumsonde Ulysses.

 

Das Sonnenobservatorium SOHO (Solar and Heliospheric Observatory) vermittelt uns Erkenntnisse über die Sonne als Ganzes, bis in Tiefen nahe an ihrem Kern, wodurch ein zusammenhängendes Bild über Aufbau und Verhalten der Sonne gezeichnet werden kann. Was uns als ruhig glühende Gaskugel erscheint, ist in Wahrheit ein heftig brodelndes Gebilde. Die Sonne schwingt wie eine angeschlagene Glocke, und das Muster der Vibrationen, das sich auf der Sonnenoberfläche zeigt, erlaubt Rückschlüsse auf ihren inneren Aufbau, vielleicht auch auf ihr »zentrales« Geheimnis — das Neutrinodefizit.

 

Die Ulysses-Mission ist Bestandteil des Wissenschaftsprogramm der ESA und wird in enger Kooperation mit der NASA realisiert. Ulysses ist die erste Raumsonde, die die Ebene der Ekliptik verlassen und die Pole der Sonne überflogen hat. Sie soll die Heliosphäre erforschen, den interplanetaren Raum, der die Sonne umgibt und der vom Sonnenwind geprägt wird.

 

 Forschung unter Weltraumbedingungen

 

Weltraum-Laboratorien wie das Spacelab, die Raumstation Mir oder die Internationale Raumstation ISS und Plattformen (zum Beispiel Eureca) im erdnahen Orbit bieten eine Umgebung, in der nahezu Schwerelosigkeit herrscht. Solche Bedingungen lassen sich zwar auch auf der Erde erzeugen, jedoch nur für Zeiträume bis maximal 20 Sekunden. Weltraum-Laboratorien erweitern daher ganz wesentlich die Experimentiermöglichkeiten. Man untersucht unter »Mikrogravitation« physikalisch-chemische und biologische Prozesse, um die Auswirkungen von Effekten zu identifizieren, die sonst durch die Schwerkraft überdeckt werden, oder umgekehrt den Einfluss der Gravitation insbesondere auf biologische Systeme, um beispielsweise Fragen über die Evolution von Leben nachzugehen. Auch der Einfluss schwacher Gravitationskräfte auf komplizierte Systeme kurz vor dem Umschlag in chaotisches Verhalten lohnt die Untersuchung.

 

Doch nicht nur die Mikrogravitation, auch die andersartigen Strahlungsbedingungen, die Änderung des 24-Stunden-Rhythmus und das veränderte Magnetfeld tragen zu einem erweiterten Forschungsspektrum bei.

 

 Mikrogravitation in Raumschiffen

 

Um den Einfluss verminderter Gravitation auf physikalische oder chemische Phänomene und biologische Systeme herauszufinden, bieten das Spacelab und die Raumstation ISS vorzüglich geeignete Plattformen.

 

Welches sind die Konsequenzen, wenn die Schwerkraft verschwindet? Als Wichtigstes stellt man Folgendes fest: Bei einem Festkörper (beispielsweise einem langen Balken), der sich sonst unter seinem Eigengewicht verbiegt, entfallen diese Deformationen. In Gasen oder Flüssigkeiten tritt kein Auftrieb mehr auf, »schwere« Partikel in einem Gemisch setzen sich nicht länger am Boden ab, und es gibt keinen hydrostatischen Druck. Als Folge davon verschwinden auch sekundäre Prozesse: Wenn sich beispielsweise ein Gas beim Erwärmen zwar ausdehnt, aber nicht »leichter« wird, so steigt es nicht nach oben, und damit entfallen Prozesse wie Stoff- und Energietransporte durch Konvektion.

 

Erst unter den Bedingungen verminderter Schwerkraft kann man also nicht gravitationsabhängige, sonst durch die Gravitation »maskierte« physikalisch-chemische Grundprozesse ungestört untersuchen. In solchen Experimenten sucht man Antworten auf Fragen wie diese: Wie bilden sich Schichten in Flüssigkeitsgemischen oder in flüssig-gasförmigen Systemen am kritischen Punkt aus? Wie geht der Stoff- und Wärmeaustausch nur durch Diffusion und Strahlung und ohne Konvektion vor sich? Wie verändern sich Phänomene, die von Adhäsion und Kohäsion abhängen, zum Beispiel die Oberflächenspannung oder die Kapillarität? Welchen Einfluss haben äußere elektrische und magnetische Felder auf Stoffbewegungen?

 

In biologischen Systemen kommt hinzu, dass alle aktiven Leistungen von Organismen entfallen, welche die Form und Position gegen die Kräfte des Eigengewichts stabilisieren. Das zieht auch eine größere Zahl von stoffwechselabhängigen adaptiven Prozessen nach sich.

 

Die dargestellten Auswirkungen der physikalischen Bedingungen unter Schwerelosigkeit führen in zahlreichen Systemen — unbelebten wie belebten — zu Vorgängen, deren Studium neue Informationen über diese Systeme liefern kann; dementsprechend lässt sich die Mikrogravitation in vielen Gebieten der Naturwissenschaft und Technologie gezielt als Forschungsinstrument anwenden.

 

 Schwerelosigkeit als Mittel der Forschung

 

Neue Erkenntnisse in der Physik hängen wesentlich von Fortschritten in der Messtechnik ab, und zwar sowohl qualitativen — beispielsweise durch Einführung neuer Verfahren — als auch quantitativen, nämlich durch Steigerung der Empfindlichkeit und Messgenauigkeit. In Studien über die Perspektiven von Experimenten unter Mikrogravitation sind einige Projektvorschläge aufgeführt, die beispielhaft belegen, welche Möglichkeiten sich der physikalischen Grundlagenforschung bieten: Untersuchungen zur Laser-Kühlung einzelner Atome, zum thermischen Strahlungsdruck in Flüssigkeiten, zu Plasmakristallen oder zur Aggregation (Zusammenballung) von Staub in Schwerelosigkeit.

 

Solche Experimente sind in der vorgeschlagenen Form wegen Störung durch gravitationsbedingte Effekte auf der Erdoberflä- che nicht durchzuführen. Die physikalischen Themen, auf die sie sich beziehen, betreffen die ultrapräzise Zeitmessung, die Kopp- lung temperaturgetriebener Transporte von Energie und Substanz in Flüssigkeiten, das Studium der Aggregatzustände und Dynamik der Phasenübergänge fest-flüssig-gasförmig, die Partikelaggregation in verdünnten Stäuben und Aerosolen sowie nicht zuletzt Aus- sagen über Genauigkeit und Gültigkeit der Allgemeinen Relativitätstheorie.

 

Prof. Dr. Hans-Joachim Blome und Dr. Jens Fromm

 

Weiterführende Erläuterungen finden Sie auch unter:

 

Raumfahrttechnik: Aufgaben der bemannten Raumfahrt

 

Grundlegende Informationen finden Sie unter:

 

Raumfahrttechnik: Raketen, Trägersysteme, Raumtransporter

 

Literatur:

 

Aschenbach, Bernd u. a.: Der unsichtbare Himmel. Astronomie mit ROSAT. Basel u. a.1996.

 Barth, Hans: Weltraumtechnik für die Umwelt. Umweltsatelliten, Weltraumenergie, Katastrophenschutz, Klima und Wetter, Marsökologie, künstliche Sonnen, soziale Umwelt. Esslingen u. a. 1997.

 

Die Eroberung des Sonnensystems. Die Erforschung der Sonne, Planeten und Monde mit den modernsten Raumfahrzeugen. Aus dem Italienischen. Klagenfurt 1998.