• vom 07.06.2016, 16:18 Uhr

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Lisa-Pathfinder: dem ungestörten freien Fall nahe




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  • Ab 2034 will die ESA im All ein Gravitationswellen-Observatorium betreiben. Schon jetzt präsentieren Forscher die ersten Ergebnisse.

Lisa wurde Ende 2015 ins All geschickt.

Lisa wurde Ende 2015 ins All geschickt.© apa/esa Lisa wurde Ende 2015 ins All geschickt.© apa/esa

Zürich. Der Satellit Lisa-Pathfinder soll Technologien testen, mit denen die ESA ab 2034 ein Gravitationswellen-Observatorium im All betreiben will. Die ersten Ergebnisse, an denen auch Forscher der Uni und ETH Zürich beteiligt sind, übertreffen die Erwartungen.

Mit der Laser Interferometer Space Antenna (Lisa) will die europäische Raumfahrtagentur ESA dereinst auf Gravitationswellen lauschen, die etwa vom Verschmelzen extrem massereicher Schwarzer Löcher stammen. Seit Dezember letzten Jahres befindet sich der Lisa-Pathfinder-Satellit im All und erlaubt den Forschern und Ingenieuren, die Messtechnologie auf Herz und Nieren zu prüfen.

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Die Tests und Experimente begannen Anfang März und lieferten erste Ergebnisse, die im Fachblatt "Physical Review Letters" publiziert sind. "Die Messungen sind sensationell, unsere Erwartungen wurden übertroffen", ließ sich Philippe Jetzer von der Uni Zürich in einer Mitteilung zitieren. Er ist Mitglied des wissenschaftlichen Komitees von Lisa-Pathfinder.

Die Tests der Messtechnologie werden mit zwei würfelförmigen Testmassen aus einer Gold-Platin-Legierung durchgeführt, die sich im freien Fall befinden: Sie schweben berührungsfrei im Innenraum des Satelliten und sollen durch keine äußeren Kräfte gestört werden. Der Satellit befindet sich aus diesem Grund in etwa 1,5 Millionen Kilometern Entfernung von der Erde an der Position, wo sich die Gravitation der Erde und der Sonne aufhebt.

Tatsächlich erreichte Lisa-Pathfinder einen Rekord: Nie zuvor ist ein von Menschen erzeugtes Objekt dem ungestörten freien Fall so nahe gekommen, wie die American Physical Society schrieb.

Das Team um Domenico Giardini von der ETH Zürich entwickelte das Mess- und Steuersystem des Satelliten, das die Position der Würfel mittels Laser bestimmt und den Satelliten entsprechend steuert, damit sich die Testmassen frei von Störungen allein unter Einfluss der Schwerkraft bewegen.

In einem von der ETH publizierten Interview zeigte sich Giardini zufrieden: "Die beiden Massewürfel bewegen sich zueinander nur um einen Pikometer." Das sei unvorstellbar wenig. Ein Heliumatom messe im Durchmesser rund 32 Pikometer. "Auf der Erde mit normalen Messinstrumenten lassen sich solch winzige Positionsverschiebungen nicht nachweisen."

Diese hohe Auflösung ist sehr vielversprechend. Denn der Pathfinder soll den Weg für Lisa bereiten, das Gravitationswellen-Observatorium, das 2034 starten soll. Dann sollen drei Satelliten mit je zwei Würfeln an Bord in eine Sonnenumlaufbahn gebracht werden und mehrere Millionen Kilometer hinter der Erde herziehen.

Die drei Satelliten sollen in Dreiecks-Formation je ein bis fünf Millionen Kilometer Abstand zueinander haben. Je ein Würfel wird mit einem Würfel im benachbarten Satelliten "in Kontakt stehen": Ein Laser wird laufend zwischen ihnen hin und her gespiegelt.

Läuft eine Gravitationswelle durch diese Anordnung, wird der Raum zwischen den Würfeln gestaucht und gedehnt. Durch diese Distanzänderung kommt es zu einer Interferenz der hin und her geschickten Laserstrahlen, was sich mit einem Interferometer messen lässt. Durch die riesigen Abstände zwischen den Satelliten werden sich Gravitationswellen mit deutlich tieferen Frequenzen nachweisen lassen, als dies mit irdischen Observatorien möglich ist.

Das wohl bekannteste davon, Ligo, hatte im Februar für Schlagzeilen gesorgt. Mit dem "Laser Interferometer Gravitationswellen Observatorium" in den USA war der erste direkte Nachweis der von Albert Einstein vorhergesagten Kräuselungen der Raumzeit gelungen. Experten verglichen die Fähigkeit, Gravitationswellen zu messen, mit einem neuen Sinnesorgan, um das Universum zu erforschen.

Mit Lisa wollen die Forscher auf einen viel tieferen Frequenzbereich solcher Wellen "lauschen". Diese tieffrequenten Wellen gehen etwa vom Verschmelzen extrem massereicher Schwarzer Löcher aus, die sich im Zentrum von Galaxien befinden und mehrere Millionen Sonnenmassen aufweisen.

In den nächsten Monaten sollen weitere Tests und Experimente durchgeführt werden.




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Dokument erstellt am 2016-06-07 16:23:04



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