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Gewählte Kategorie Astronomie
Das Universum im langwelligen Infrarotlicht
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Weltraumteleskop Herschel beobachtet Sternentstehungen
Erstmals ist es Astrophysikern möglich, das Weltall bis zehn Milliarden Jahre zurück im extrem langwelligen Licht zu beobachten. Dessen Ursprung: die kältesten uns bekannten Strahlungsquellen wie galaktische Gasnebel. Keine Weltraum-Mission vorher konnte so langwelliges Licht erfassen. Nur aus dem Weltraum können wir diesen Spektralbereich analysieren. Für erdgebundene Teleskope bleibt die Sicht auf das langwellige Infrarot aufgrund der Absorption in der Atmosphäre verschlossen.
Link-Empfehlung der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
- mehr Infos zum Projekt Herschel bei der ESA – Link
Mehr zum Inhalt des Videos:
Möglich macht das das 2009 gestartete Weltraumteleskop Herschel; sein 3,5-Meter großer Spiegel ist der größte, der jemals im Weltraum stationiert wurde. Durch dessen Beobachtung der infraroten Strahlungsquellen ist unser astrophysikalisches Wissen bereits in vielen Facetten bereichert worden.
Astrophysiker nutzen diese Infrarot-Beobachtungen von Himmelsobjekten und verbinden sie mit den Erkenntnissen anderer Missionen, die den Himmel in anderen Frequenzbereichen analysieren. Dazu gehören beispielsweise das Weltraumteleskop Hubble, das Strahlungsquellen im sichtbaren Licht sieht, oder die Sonde XMM-Newton, die derzeit Röntgen- und Gammaquellen im kurzen Frequenzspektrum erfasst. Himmelsobjekte sehen abhängig vom beobachteten Frequenzbereich sehr unterschiedlich aus. Ein gutes Beispiel ist der Andromedanebel. Sein Infrarot-Bild zeigt die Strahlung von großen Gaswolken und Staub, der vor allem in den Spiralarmen zu finden ist. In dieser Zone entstehen neue Sterne. Im Röntgen-Licht, aufgenommen von XMM-Newton, offenbart sich eine ganz andere Sicht der uns nächst gelegenen Galaxie. Der Röntgenbereich zeigt erloschene Sterne. Die in diesem Wellenlängenbereich sichtbaren älteren Sterne stehen entweder kurz vor ihrem Lebensende oder sind bereits explodiert. Sie senden dann gewaltige Druckwellen durch den Weltraum.
Die wissenschaftliche Basisauswertung der Daten wird im spanischen ESA-Zentrum für Astronomie vorgenommen. Anschließend steht der wissenschaftliche Schatz aus Terabytes von Daten Wissenschaftlern aus der ganzen Welt für weitere Forschungen zur Verfügung.
© mce mediacomeurope GmbH 2012
Curiosity auf dem Weg zum Mars
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Landung mit kompliziertem Schwebeverfahren geplant
Am 26. November um 16.02 Uhr MEZ trat der amerikanische Mars-Rover „Curiosity“ an der Spitze einer Atlas-V-Rakete seine Reine zum roten Planeten an. Im August 2012 soll er im Gale-Krater, der einen Durchmesser von 150 Kilometern hat, seine Erkundungsfahrt starten, die ihn im Durchschnitt 200 Meter pro Tag voranbringt.
Link-Empfehlungen der Redaktion zu weiterführenden Informationen:
- MSL-Informationen des JPL für Wissenschaftler – Link
- Mars-Rover für Studenten – Link
- ESA-Mars-Rover Exomars – Link
Mehr zum Inhalt des Videos:
Der Mars-Rover, der in der offiziellen wissenschaftlichen Projektbezeichnung unter MSL (Mars Science Laboratory) firmiert, ist ein wahres Schwergewicht: Fast eine Tonne wiegt er und soll mit einem komplizierten Schwebeverfahren auf der Marsoberfläche abgesetzt werden. Zwei Mal so lang und fünf Mal so schwer wie die Vorgänger “Spirit” und “Opportunity” wird der fast autogroße Rover unter anderem die Marsoberfläche mit Kameras beobachten, sich mit einem Bohrer in den Boden vorarbeiten und die Zusammensetzung von Boden- und Felsproben bestimmen. Auch die Strahlung am Boden und in der Atmosphäre wird er messen. Ein weiteres Instrument analysiert die kosmische Strahlung, die auf der Marsoberfläche ankommt.
Der RAD – für Radiation Assessment Detector – ist gerade einmal so groß wie eine Schuhschachtel. Es misst zwei Jahre lang die solaren Teilchen, die bei Sonneneruptionen in den Weltraum geschleudert werden, aber auch die sekundären Teilchen, die zum Beispiel bei Teilchen-Kollisionen entstehen. Schon auf dem Weg zum Mars sollen damit Messungen gemacht werden. Sobald der Mars-Rover auf dem Mars aufsetzt, werden die ersten Messungen auf dem Planeten beginnen. Bisher gibt es nur Messungen des Sonnenwindes aus einer Umlaufbahn über dem Mars – Curiosity wird diese Strahlung erstmals auf der Marsoberfläche messen. Mit diesen tatsächlichen Messwerten sollen die bisherigen Modellrechnungen abgeglichen und optimiert werden.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Nachruf auf den Indiana Jones des Mars
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Nach acht Jahren endet die Mission des Rovers Spirit
Ursprünglich für eine Neunzig-Tage-Mission konzipiert, hat der Mars-Rover Spirit sieben Jahre lang auf dem roten Planeten überlebt. Dabei hat er von seiner über sieben Kilometer langen Reise durch die Wüste des Mars 124.000 Bilder zur Erde gefunkt und wichtige Beiträge über unsere Kenntnis des Mars geleistet.
Spirit zeigte sich als erstaunlich robust. Eigentlich war er von den NASA-Ingenieuren nicht dazu gebaut worden, jahrelang zu überleben und dabei etlichen gewaltigen Stürmen und sieben harten Wintern zu widerstehen. Im März 2011 hatte er das letzte Mal Signale zur Erde gefunkt, danach haben die Raumfahrtexperten noch einige Wochen versucht, den verlorenen Kontakt zu ihm wieder herzustellen. Im Mai verkündete die NASA jedoch, dass sie den Mars-Rover für verloren erklärt.
Wir zeigen an dieser Stelle einige visuelle Highlights aus der Spirit-Historie, verbunden mit einer Sammlung von Statements, in der Projektbeteiligte darüber erzählen, welche besonderen wissenschaftlichen und technologischen Leistungen der Rover in seinem Forscherleben vollbracht hat. Sie gewähren schließlich auch einen persönlichen Einblick in die Gefühle der „Hinterbliebenen“, die sieben Jahre ihres wissenschaftlichen Lebens mit Spirit auf dem Mars verbunden blieben. Wir hören den Projektleiter von Spirit, John Callas, sowie die beiden Lenker von Spirit, Ashley Stroupe und Scott Maxwell; sie waren verantwortlich, dass der Rover sicher über den Planeten steuert. Die Raumfahrtexperten fühlten sich „ihrem“ Rover als Teil ihres Teams stark verbunden, der auf vorgeschobenem Posten als Überlebenskämpfer seine einsame Bahn zog, um unser Wissen über die Geologie des Mars voran zu bringen.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Entdeckungsreise zum Mars
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Von Marskanälen, Pionier-Sonden und dem Projekt Exomars
Wie die neue „Space Generation Mars“ von NASA und ESA aussieht und was sie alles kann, das zeigt diese Studiomoderation mit tollen Bewegtbildern. Wir werfen auch einen Blick auf die historischen Erfolge von Marsmissionen und erleben Meilensteine der Marsforschung der Pionier-Sonden oder des Mars-Rovers Spirit noch einmal.
Der rote Planet hat den Menschen seit Jahrtausenden fasziniert. Waren die letzten zwanzig Jahre in der bemannten Raumfahrt vor allem dem Aufbau der Raumstation vorbehalten, rückt jetzt eine bemannte Mission auf den Mars ins Blickfeld der Raumfahrt-Ingenieure von NASA und ESA. Zur Vorbereitung werden Forschungssonden und weiter verbesserte Robot-Rover zum Mars geschickt. Mit dem Projekt Exomars werden zwei Rover schon in den nächsten Jahren Bodenproben sammeln, künftig sollen sie vom Mars auch zur Erde gebracht werden. Am Deutschen Forschungs-Institut für Künstliche Intelligenz in Bremen entwickeln Raumfahrtingenieure autonome Roboter, die Planeten weitgehend selbständig und sogar in extrem steilem Gelände erkunden können.
Welche historischen Forschungserfolge die Raumfahrt in Sachen Mars schon zu verbuchen hat und was künftig auf unserem Nachbarplaneten passieren soll, erläutert Susanne Päch mit vielen Bild- und Filmdokumenten aus unserem Raumfahrtarchiv.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Die dunkle Seite des Universums
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Von MACHO, WIMP und anderen Exoten des Himmels
Wir wissen heute, dass für unsere Instrumente nur etwa zehn Prozent der Materie im Universum sichtbar und damit nachweisbar sind. Der Rest von neunzig Prozent besteht aus für uns nicht beobachtbarer dunkler Materie und dunkler Energie. Der Lösung eines der großen Rätsel wollen Astrophysiker mit Weltraumsonden und erdgestützter Forschung näher kommen. Die Reportage von HYPERRAUM.TV stellt den Stand des heutigen Wissens vor.
Einem Teil dieser bisher unsichtbaren Masse kommen Astrophysiker dank verbesserter Technologien und Detektoren auf die Spur: nur extrem schwach strahlende oder gar dunkle Himmelskörper bevölkern das Universum offenbar in großer Zahl. Dazu gehören die noch hypothetischen miniaturisierten Schwarzen Löcher, aber auch die schon nachgewiesenen Braunen Zwerge und extraterrestrischen Planeten. Astrophysiker rechnen diese Objekte der Klasse der MACHO zu – also Massive Astrophysical Compact Halo Objects. Mit Hilfe des Microlensing-Effektes können diese Objekte aber zunehmend indirekt nachgewiesen werden: schiebt sich ihre Masse – von der Erde aus betrachtet – vor einen sichtbaren Stern, wirkt sie als Gravitationslinse. Eine eigene Forschungsrichtung der Astrophysik ist daraus erwachsen, die in letzter Zeit mit etlichen Entdeckungen, auch im Bereich der Exoplaneten, auf sich aufmerksam machte.
Bei den ebenfalls noch hypothetischen WIMP – für Weakly Interacting Massive Particles – handelt es sich um nur schwach wechselwirkende Elementarteilchen. Sie müssten den Raum in extrem großer Zahl bevölkern. Wie Neutrinos könnten sie Planeten wie alle Körper vollkommen ungestört durchqueren.
Noch spekulativer ist die sogenannte dunkle Energie. Aber auch sie hat eine konkrete Beobachtung zur Ursache: Seit etwa zwanzig Jahren wissen wir, dass die Expansionsgeschwindigkeit des Universums zunimmt. Diese Beobachtung widerspricht der Theorie des gängigen kosmologischen Standardmodells. Ihr zufolge sollte die Geschwindigkeit, mit der sich das Universum aufbläht, seit dem Urknall stetig abnehmen. Warum das nicht so ist, gehört heute noch zu den großen Rätseln der Astrophysik.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Auf der Suche nach der Antiwelt
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Physiker erforschen Antimaterie und suchen sie im Weltraum
Physiker suchen im Weltraum und in großen Teilchenlabors wie dem CERN nach den Ursprüngen des Universums. Beim Urknall entstanden nebeneinander Materie und Antimaterie. Dennoch hat sich die Welt nur aus Materie gebildet – Forscher versuchen, dieses große Rätsel jetzt zu lösen.
Antimaterie unterscheidet sich nur in einem wesentlichen Punkt von der Materie, wie wir sie kennen: sie hat die genau entgegengesetzte Ladung. Besteht das Atom aus einem positiven Kern und negativen Elektronen, ist das in der Antiwelt genau umgekehrt: den negativen Kern umkreisen positiv geladene Elektronen. Physiker suchen mit unterschiedlichen Methoden nach der Entschlüsselung des Rätsels der Antimaterie. Antiteilchen sind seit den dreißiger Jahren bekannt und können auch experimentell erzeugt werden. Da sie aber bei Kontakt mit Materie sofort zerstrahlen, ist es sehr schwer, sie in unserer Welt der Materie existent zu halten. Im CERN hat man jetzt einen speziellen Detektor entwickelt, der Antiteilchen nicht nur kurzfristig erzeugen kann, sondern sie im Vakuum für die weitere Analyse gefangen hält.
Nach der heute gängigen Kosmogonie existierten nach dem Big Bang Materie und Antimaterie, die sich jedoch sofort annihilierten, also in einer gewaltigen Explosion in reine Strahlungsenergie verwandelten. Dieses gigantische kosmische Ereignis ist übrigens heute noch in der das ganze Universum erfüllenden Hintergrundstrahlung nachweisbar. Sie wird derzeit vom Satelliten Planck präzise erfasst. Allerdings muss beim Urknall ein zwar minimales, aber doch entscheidendes Ungleichgewicht zwischen Materie und Antimaterie bestanden haben. Ein Teilchen mehr Materie auf 1 Milliarde Teilchen Antimaterie führte dazu, dass nach der gegenseitigen Vernichtung ein kleiner Rest an Materie übrig geblieben ist. Daraus erst entstand das Universum aus Materie, wie wir es heute kennen.
© mce mediacomeurope GmbH 2011
Stratosphären-Observatorium SOFIA gestartet
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Infrarot-Beobachtung der Sternentstehung in 15 Kilometern Höhe
Das Stratosphären-Observatorium SOFIA, das im Infrarotspektrum von 5 bis 40 Mikrometern arbeitet, ist im November 2010 erstmals gestartet. Mit diesem Gemeinschaftsprojekt der amerikanischen Weltraumbehörde NASA und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt wollen Astrophysiker in mehr als 15 Kilometern Höhe neue Erkenntnisse im Bereich der Sternentstehung gewinnen.
SOFIA startete im kalifornischen Palmdale zu seinem ersten Flug. Hier bietet die Beobachtung im Infrarot-Spektrum aus rund 15 Kilometern Höhe über der Erdoberfläche neue Möglichkeiten der Auswertung. Mit dem in eine modifizierte Boeing 747SP integrierten 2,5 Meter-Teleskop werden astronomische Beobachtungen der Sternentstehung im Infrarot- und Submillimeter-Wellenlängenbereich weit oberhalb der hierbei störenden irdischen Lufthülle durchgeführt. Schwerpunkt der wissenschaftlichen Zielsetzung ist die Erforschung der Entwicklung von Milchstraßensystemen sowie die Entstehung und Entwicklung von Sternen und Sonnensystemen aus interstellaren Molekül- und Staubwolken. Ziel des ersten nächtlichen, 35-minütigen Beobachtungsfluges war das Sternbild Orion mit seinen Sternentstehungsgebieten, deren Infrarotinformationen von der Erde aus aufgrund des Wasserdampfs in der Atmosphäre praktisch nicht beobachtbar sind.
Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft und der Deutschen Forschungsgemeinschaft.
Mit an Bord waren Terry Herter als leitender Wissenschaftler und seine Kollegen von der Cornell University in Ithaca mit ihrer hochempfindlichen Infrarotkamera FORCAST, es steht für „Faint Object InfraRed-CAmera for the SOFIA Telescope“. Sie erfasst Daten im spektralen Bereich von 5 bis 40 Mikrometern. Der Projektleiter Alois Himmes, SOFIA-Projektleiter des DLR, berichtet in diesem Beitrag unter anderem auch über die Ziele des Projektes.
© DLR 2010
CERN – Elementarteilchen auf Kollisionskurs
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Alice-Detektor im LHC untersucht das Quark-Gluonen-Plasma
Wie ist das Universum entstanden? Woher kommt das Leben? Kosmologie wie Evolution – beide haben Ihre Ursache in der Physik der kleinsten Bausteine. Nur wer versteht, was die Welt im Innersten zusammenhält, kann sich der Entschlüsselung der großen Rätsel im Kosmos nähern.
Im europäischen Labor für Teilchenphysik CERN spürt man diesen kleinsten bekannten Bausteinen der Materie nach. Um die atomaren Bausteine der Welt zu analysieren, schießen Wissenschaftler Materie-Teilchen mit ungeheurer Kraft aufeinander und zerbrechen sie dadurch in noch kleinere Einzelteile. Dafür ist Technologie der außergewöhnlichen Art erforderlich.
Der neueste Beschleuniger-Typ im CERN, seit 2000 in Betrieb, ist der LHC-Tunnel. LHC steht für Large Hadron Collider. Als „Hadronen“ bezeichnet man bestimmte Arten von Elementarteilchen wie das Proton, den Kern des Wasserstoff-Atoms. Der LHC besteht aus zwei ringförmigen Vakuum-Strahlröhren mit einer Länge von 27 Kilometern. Hier werden Teilchen innerhalb von 20 Minuten auf 99,99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigt und dann zum Zusammenstoß gebracht.
Diese Kollisionen ereignen sich in einem der vier Hauptdetektoren, die für unterschiedliche Forschungen ausgelegt sind. Der Detektor Alice mit einem Gewicht von 10.000 Tonnen untersucht speziell die Kollision von Blei-Ionen. Damit erhoffen sich Forscher Aufschluss über die Entstehung des Universums, den Big Bang. In den ersten Sekunden danach bestand das Universum aus einem extrem heißen Plasma von Gluonen und Quarks, aus denen sich dann die Atome bildeten. Dieses zu simulieren und damit Erkenntnisse über den Anfang des Universums zu finden, ist eine der Aufgaben der Teilchenphysiker am CERN.
Siehe auch unseren einführenden Beitrag „CERN in drei Minuten“. Zu dieser Kurz-Reportage geht es hier.
© mce mediacomeurope GmbH 2010
CERN – das größte unterirdische Labor der Welt
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“Large Hadron Collider”: Beschleunigter Zusammenstoß
Um die atomaren Bausteine der Welt zu analysieren, beschleunigen Wissenschaftler Materie-Teilchen in einer 27 Kilometer langen Ringbahn annähernd auf Lichtgeschwindigkeit und lassen sie dann kollidieren. Der Beitrag des CERN erklärt in 3 Minuten, wie die Teilchenphysiker des bei Genf gelegenen CERN über den Beginn des Universums forschen.
Der neueste Beschleuniger-Typ im CERN, seit 2000 in Betrieb, ist der LHC-Tunnel. LHC steht für “Large Hadron Collider”. Als „Hadronen“ bezeichnet man bestimmte Arten von Elementarteilchen wie das Proton, den Kern des Wasserstoff-Atoms. Im Ring des LHC sind zudem vier Haupt-Detektoren untergebracht. Sind die im LHC in entgegen gesetzter Richtung laufenden Teilchenstrahlen auf Hochgeschwindigkeit gebracht, kommt es in den Detektoren zu ihrer gezielten Kollision. Dabei entstehen für sehr kurze Zeit Sekundärteilchen. In den Detektoren zeichnen in dieser kurzen Zeitspanne 150 Millionen Messkanäle 40 Millionen Mal pro Sekunde Daten auf. Deren Auswertung gibt Kernphysikern unter anderem Aufschluss über Fragen, die mit der Entstehung von Materie am Anfang des Universums zusammenhängen. Auch der Erforschung der Dunklen Materie gilt ein besonderes Augenmerk der Forscher im CERN.
© CERN 2006
