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

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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.

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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

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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.

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Juri Gagarin startet als erster Mensch ins All

Nachdem am 4. Oktober 1953 der erste Sputnik seine Reise um die Erde angetreten hatte, war endgültig bewiesen, dass sich Flugkörper mit Raketenkraft sicher in eine schwerelose Bahn um die Erde bringen lassen können. Die Raumfahrt war damals ein Prestige-Thema der zwei Machtblöcke von Ost und West, die sich im Zeitalter des Kalten Kriegs mit der Vormachtstellung im Weltraum auch militärische Vorteile versprachen.

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Mehr zum Leben im Weltall von der ESA – Link

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Der Vorsprung, den die russischen Raumfahrtexperten sowohl hinsichtlich theoretischer Erkenntnisse als auch bezüglich praktischer Erfahrungen vor den Kollegen aus dem amerikanischen Westen hatten, hielt sich noch einige Jahre. So gebührt der damaligen UdSSR auch das Verdienst, den ersten Menschen ins All geschossen zu haben. Juri Gagarin startete am 12. April 1961 in seiner Raumkapsel Wostok 1 vom Startplatz in Baikonur zu einer 108 Minuten dauernden Umrundung der Erde. Das Zeitalter der bemannten Raumfahrt war eröffnet, das in den sechziger Jahren mit dem Wettlauf zum Mond fort gesetzt wurde.

Mit den Apolloflügen der amerikanischen Astronauten und ihren spektakulären Landungen auf unserem Trabanten war die weltweite Raumfahrt-Euphorie auf ihrem Höhepunkt. Heute ist die Weltraumstation ISS eine internationale Aktivität, in der Astronauten aus zahlreichen Ländern tätig sind.

Das Video der ESA zum fünfzigjährigen Jubiläum zeigt bedeutende historische Bild- und Filmdokumente aus den Anfängen der bemannten Raumfahrt.

© ESA 2011

50 Jahre bemannte Raumfahrt und der letzte Flug des Raumtransporters

Am 21. Juli 2011 ging das Zeitalter des Space Shuttle zu Ende. So wird dieses Jahr nicht nur als fünfzigster Jahrestag des ersten bemannten Fluges in die Geschichte der Weltraumfahrt eingehen, sondern auch als Ende eines ehrgeizigen amerikanischen Traums. Der wiederverwendbare Raumtransporter sieht einer ungewissen Zukunft entgegen. Der entwicklungstechnische Aufwand und das bestehende Sicherheitsrisiko der Technologie haben sich als zu groß herausgestellt.

Nach den für die USA so erfolgreichen Apollo-Flügen, mit denen Amerika im Zeitalter des Kalten Krieges den Wettlauf zum Mond gewonnen hat, entwickelten die NASA-Ingenieure den Raumtransporter. Er sollte wie eine Rakete starten und wie ein Flugzeug landen. Während Russland bis heute auf konventionelle Wegwerfraketen setzt, war es das Ziel der amerikanischen Weltraumkonstrukteure, mit diesem Konzept ein wiederverwendbares Transportsystem zu entwickeln. Das Space Shuttle war technologisch eine extreme Herausforderung. Beim Eintritt in die Erdatmosphäre heizt sich die Luft durch die Kompression in der Schockfront vor dem Fahrzeug wesentlich stärker auf als bei einer Kapsel vom Typ Apollo. Der Hitzeschild hatte die Aufgabe, diese Wärme möglichst effektiv an die Umgebung abzugeben. Gleichzeitig sollte er durch geringe Wärmeleitfähigkeit Astronauten und Geräte im Inneren des Transporters vor der Hitze schützen. Die wiederverwendbaren Hitzeschutzkacheln des Raumtransporters bestehen aus hochporösen Keramikfaser-Werkstoffen, die durch Sintern gebunden sind. Sie tragen eine dichte, temperaturbeständige dünne Deckschicht aus Borsilikat. Jede der rund 30.000 Kacheln eines Transporters entstand in Handarbeit – einzeln gefertigt und gebrannt. Der Hitzeschild war nach jeder der 135 Missionen so beansprucht, dass ständig Kacheln neu produziert und wieder eingesetzt werden mussten.

Die Katastrophe des Space Shuttle Columbia im Februar 2003, bei der alle sieben Astronauten ums Leben kamen, führte zu einem zweijährigen Stopp amerikanischer Raumflüge. Aufwändige Sicherheitsmanöver wurden erarbeitet, die eine Prüfung der Kacheln durch Astronauten im Orbit ermöglichten. Führte die genaue Inspektion der Unterseite des Transporters zur Entdeckung größerer Beschädigungen an den Kacheln, mussten sie noch in der Umlaufbahn vor der Rückkehr zur Erde ausgetauscht werden. Das Zeitalter des Raumtransporters ist mit der letzten Landung der Atlantis im Sommer 2011 endgültig zu Ende gegangen. Noch sieht die bemannte Raumfahrt der USA einer unbestimmten Zukunft entgegen. Ein eigenes Transportsystem steht bei der NASA derzeit nicht zur Verfügung, man nutzt die russische Trägerrakete Soyuz für den Transport von Astronauten zur internationalen Raumstation. Mit dem “Commercial Crew Development”-Programm will Amerika künftig wieder eigene Transportkapazitäten für bemannte Weltraumflüge aufbauen. 2009 wurde das Projekt gestartet, doch wann das Folgesystem betriebsbereit sein wird, bleibt offen.

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Neue Technologie für wieder verwendbare Raumflugkörper im Test

Die Ära des Space Shuttle ist im Juli 2011 zu Ende gegangen. Die Zukunft wieder verwendbarer Raumgleiter ist ungewiss. In der DLR wird derzeit eine neue Technologie erprobt, die auf scharfe Flügelkanten setzt. Sie sollen bessere Wärmeleitfähigkeit besitzen. Die ersten Tests musste Shefex als Flugmodell im Göttinger Windkanal der DLR bestehen. In Kürze soll das zweite SHEFEX-Flugexperiment starten.

Der Hitzeschild der Raumgleiter hatte die Aufgabe, die beim Wiedereintritt in die Erdatmosphäre entstehende Hitze möglichst effektiv an die Umgebung abzugeben. Die wieder verwendbaren Kacheln bestanden aus hochporösen Keramikfaser-Werkstoffen, die durch Sintern gebunden sind. Sie trugen eine dichte, temperaturbeständige dünne Deckschicht aus Borsilikat. Jede der rund 30.000 Kacheln eines Transporters entstand in Handarbeit – einzeln gefertigt und gebrannt. Dennoch war der Hitzeschild des Raumgleiters störanfällig.

Nach dem Ende der Ära des Space Shuttle sehen bei der NASA wieder verwendbare Raumgleiter einer unbestimmten Zukunft entgegen. Auch die ESA hat ihren früheren Plan, einen wieder verwendbaren Raumgleiter für den Astronauten-Transport zu bauen, wieder verworfen. Dennoch arbeiten europäische Ingenieure an Technologien für wieder verwendbare Transportsysteme. Darunter auch das Konzept SHEFEX für SHarp Edge Flight EXperiment, ein Projekt, das im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt DLR 2005 startete.

Während bisherige Raumfahrzeuge eine abgerundete Außenhaut besitzen, ist SHEFEX mit scharfen Kanten ausgerüstet. Sie sollen den Wiedereintritt in die Erdatmosphäre billiger, sicherer und flexibler machen. Die ersten Tests musste Shefex als Flugmodell im Göttinger Windkanal der DLR bestehen. In der Testanlage entstehen dabei Temperaturen von fast 5000 Grad Celsius – die Temperatur an der Oberfläche unserer Sonne. Das Szenario simuliert den Wiedereintritt des Raumfahrzeuges in die Erdatmosphäre in einer Höhe von etwa 35 Kilometern. Die Testergebnisse im Windkanal zeigen: Die scharfen Kanten von SHEFEX leiten die Wärme besser ab als runde Profile.

Anfang 2012 soll nun nach 2005 eine weitere SHEFEX-Rakete zum Experimentalflug starten – von einer mobilen Abschussrampe, die in Norwegen aufgestellt ist.

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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.

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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.

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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.

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Erstmals Vermessung der Änderungen der globalen Eisdicke

Cryosat vermisst derzeit die Eisdicke über der Arktis und der Antarktis; erstmals entsteht nun eine globale Karte der weltweiten Eislandschaften sowie ihrer jahreszeitlichen Veränderungen.

Neuere Beobachtungen zeigen, dass sich die Polargebiete im Lauf der Jahreszeiten regional schneller verändern als erwartet. Aufgrund der Größe der Antarktis und Grönlands ist jedoch bislang unbekannt, ob die Eismasse global zu- oder abnimmt. Obwohl wir die Ausdehnung des Eises durch Satellitenbeobachtungen seit längerem genau kennen, fehlt bisher eine flächendeckende Übersicht der Dicke der Eisbedeckung der Ozeane und ihre jahreszeitlichen Veränderungen. Bis heute haben wir nur punktuelle Kenntnisse darüber. Sie ist jedoch bezüglich der Wirkung auf das Klima entscheidend.

Mit Cryosat – ein Satellit der ESA, der 2010 startete – werden diese Daten nun erstmals vollständig aus der Umlaufbahn erfasst. Die Basistechnologie der wissenschaftlichen Nutzlast für die glaziale Erkundung ist Radar. Ein Radar-Altimeter sendet kurze Impulse aus und misst die Laufzeit der Signale vom Satelliten zum Boden und zurück. Das Radar-Altimeter von Cryosat wurde speziell für die Mission angepasst und erlaubt erstmals die präzise Messung von scharfen Kanten und Abbrüchen, die für die Ermittlung der tatsächlichen Eisdicke wesentlich ist.

Die mit Cryosat-Daten entwickelte Kartographie des Eises und seiner Massenbilanz bleibt allerdings ein theoretisches Modell. Denn beispielsweise ist die Dichte des Eises nicht homogen, damit können die errechneten Daten faktisch von der Wirklichkeit abweichen. Deshalb sind zusätzlich Expeditionen in die Polargebiete aufgebrochen, die seit dem Start des Satelliten im Eis der polaren Zonen Vergleichsdaten erfassen. Sie präzisieren die Kenntnis der theoretisch abgeleiteten Daten durch Vor-Ort-Messungen im Eis. Das Projekt Cryosat wird unsere Kenntnisse über das irdische Eis erheblich verbessern – und damit auch unsere Klimamodelle mit der Vorhersagbarkeit langfristiger Veränderungen.

Cryosat ist Teil des Earth Explorer Programms, mit dem die ESA in den nächsten Jahren insgesamt 20 Satelliten in Umlaufbahn bringen wird, darunter die Satelliten SMOS, GOCE und SWARM, die unterschiedliche Messdaten von der Wasserzirkulation bis zum Erdmagnetfeld systematisch ermitteln sollen.

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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.

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