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Privater Raumgleiter im All

Illustration: Sierra Nevada Corporation

Fünf Firmen arbeiten derzeit daran, für die USA ein neues bemanntes Raumschiff zu entwickeln, das in einigen Jahren in eine niedrige Erdumlaufbahn und zur Internationalen Raumstation fliegen soll. Darüber berichtet Eugen Reichl, Mitarbeiter bei einem großen europäischen Luft- und Raumfahrtkonzern, in der Novemberausgabe von “Sterne und Weltraum”

Kleiner Raumgleiter

Die Arbeiten laufen mit finanzieller Unterstützung der US-Raumfahrtbehörde NASA im Rahmen des Programms CCDev. Das Kürzel steht für „Commercial Crew Development” und dient dazu, die kommerzielle Entwicklung und den Betrieb bemannter Raumfahrzeuge in niedrigen Erdumlaufbahnen in Gang zu bringen. Dazu stellt die NASA nur Startkapital zur Verfügung, um Privatunternehmen freie Hand bei der Umsetzung ihrer Ideen zu geben. Bei den geförderten Firmen wird aber erwartet, dass sie zusätzlich zu diesem staatlichen “Saatgeld” in erheblichem Umfang Eigenmittel einsetzen. Bewusst fördert die NASA hierbei völlig verschiedenartige Lösungsansätze, um die technologische Vielfalt zu erhöhen.

Derzeit stehen den USA und damit der gesamten westlichen Welt für mehrere Jahre kein eigenes Transportsystem zur Verfügung, mit dem sich vom eigenen Territorium aus die Internationale Raumstation erreichen ließe. Stattdessen nutzen die westlichen Raumfahrer hierfür die Raumkapsel Sojus, deren Flüge sich die russische Raumfahrtbehörde Roskosmos gut bezahlen lässt. Privater Raumgleiter im All weiterlesen

Schneefall auf dem Saturnmond Enceladus

Dünne Streifen von hellem, eisigem Material erstrecken sich über Tausende von Kilometern von den Eisgeysiren am Südpol des Enceladus in den E-Ring des Saturns. Diese Gegenlichtaufnahme im sichtbaren Licht wurde mit der Weitwinkelkamera der Raumsonde Cassini aus einer Entfernung von 2,1 Millionen Kilometern gewonnen. NASA/JPL/Space Science Institute
Forscher finden heraus, wie die Eisgeysire auf dem Mond den E-Ring um Saturn speisen und obendrein für leichten Schneefall sorgen

Der Saturnmond Enceladus ist verblüffend aktiv. Vor nicht allzu langer Zeit entdeckte man Hinweise auf einen Ozean unter seiner Kruste. Außerdem schleudern Eisgeysire in der Südpolregion Teilchen ins All. Dabei entkommen die schnellen Partikel der Anziehungskraft des Mondes, landen im E-Ring von Saturn und werden zum Großteil von Enceladus wieder eingesammelt; die langsameren Eisteilchen dagegen sorgen für leichten Schneefall in der Umgebung der Geysire. Das fanden Forscher des Max-Planck-Instituts für Kernphysik mit ihrem Staubdetektor an Bord der NASA/ESA-Raumsonde Cassini heraus. Dazu verglichen sie Modellrechnungen mit Messungen der Raumsonde (Icarus 206, 446-457, 2010).

Enceladus stößt Fontänen von mikroskopischen Eispartikeln und Wasserdampf aus, die den diffusen äußeren E-Ring um Saturn speisen. Durchflüge von oben nach unten durch diesen Ring ermöglichten Messungen seiner Dicke und Struktur. Das wichtigste Instrument war der Staubdetektor CDA des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Kernphysik. “Die Daten lieferten unerwartete Details darüber, wie der Ring mit Material versorgt wird”, sagt Sascha Kempf. “Mit unseren Modellrechnungen und Simulationen konnten wir auch den Teilchenausstoß einzelner Eisgeysire ableiten.”

Sowohl die Produktionsraten der Eisgeysire als auch die dynamischen Eigenschaften der Eispartikel variieren erheblich. Die meisten der ausgestoßenen Teilchen werden von Enceladus während der folgenden zwei Umläufe um Saturn wieder eingesammelt, während die restlichen Teilchen vermutlich 50 bis 400 Jahre im Ring bleiben.

Bei ungefähr senkrechten Durchflügen durch den E-Ring fanden die Wissenschaftler auf den ersten Blick die erwartete glatte Glockenkurve für die Verteilung der Teilchen mit dem Maximum in der Mitte und Ausdünnen nach oben und unten. Unerwartete Spitzen in der Verteilung – vor allem in der Nähe von Enceladus – erwiesen sich bei genauerer Untersuchung nicht etwa als statistische Fluktuationen, sondern als echt: Sie spiegeln den Teilchenausstoß einzelner Eisgeysire wider. Die Aktivität jedes einzelnen Geysirs ist in der vertikalen Struktur des Rings abgebildet. Die Stärke der Spitzen zeigt, dass einige Geysire mehr ausstoßen als andere; dadurch verraten sich ihre Auswürfe auch noch in großer Entfernung.

Die Berechnungen der Teilchenflugbahnen ergaben, dass größere Partikel mit Durchmessern über 0,7 Mikrometer (tausendstel Millimeter) nur dauerhaft von Enceladus in den E-Ring entkommen können, wenn sie deutlich schneller sind als 207 Meter pro Sekunde – der Fluchtgeschwindigkeit von der Enceladusoberfläche. Dagegen werden kleinere Teilchen von den elektromagnetischen Kräften im rotierenden Magnetfeld des Saturns mitgerissen und können auf diese Weise leichter von Enceladus entkommen; dort vorhandene Ionen laden die zunächst neutralen Teilchen auf.

Das Modell liefert auch Aussagen darüber, wo und wie viel des Auswurfmaterials der Eisgeysire als “Schneefall” auf der Enceladusoberfläche niedergeht: Unabhängig von ihrer Größe landen die meisten Eispartikel in unmittelbarer Nähe der Schlote in der sogenannten Tigerstreifenregion im Südpolargebiet. Dort wächst die Schneedecke jährlich allerdings nur um einen halben Millimeter.

Frühere optische Messungen der Raumsonde Cassini ergaben, dass die Eiskörnchen auf der Enceladusoberfläche am Südpol erheblich größer sind als die von den Geysiren ausgestoßenen Teilchen. Außerdem nimmt ihre Größe mit zunehmendem Abstand von den Tigerstreifen ab. Das lässt sich durch physikalische Vorgänge auf der Oberfläche erklären: Kleine Körnchen wachsen durch Umkristallisieren oder Zusammenbacken unter dem Einfluss lokaler Wärme; andererseits schlagen Mikrometeoriten Körner aus der Eisoberfläche.

Weitere Messungen bei Durchflügen durch den E-Ring und nahen Vorbeiflügen an Enceladus während der verlängerten Cassini-Mission sollen den Forschern helfen, mögliche Variationen in der Aktivität der Eisgeysire zu entdecken. Sie schlagen vor, mit den Kameras und Spektrometern die Farben der einzelnen Fontänen zu analysieren, um die Größenverteilung der Eispartikel darin zu bestimmen. Quelle: idw, Foto:

Dünne Streifen von hellem, eisigem Material erstrecken sich über Tausende von Kilometern von den Eisgeysiren am Südpol des Enceladus in den E-Ring des Saturns. Diese Gegenlichtaufnahme im sichtbaren Licht wurde mit der Weitwinkelkamera der Raumsonde Cassini aus einer Entfernung von 2,1 Millionen Kilometern gewonnen. NASA/JPL/Space Science Institute

Supernovae-Explosion: Wie das Weltall vermessen wird

NASA / Tod Strohmayer, GSFC / Dana Berry, Chandra X-Ray Observatory
NASA / Tod Strohmayer, GSFC / Dana Berry, Chandra X-Ray Observatory

Vom genauen Mechanismus hängt es ab, wie gut wir das Verhalten unseres Universums verstehen
Manche Sterne beenden ihr Dasein mit einem enormen Knall: Binnen Stunden steigern sie ihre Helligkeit um das Millionen- oder gar Milliardenfache und leuchten für einige Tage so hell wie eine ganze Galaxie. Astronomen entdecken jedes Jahr mehrere hundert solcher Supernovae, die zumeist in entlegenen Winkeln des Universums aufleuchten.

Supernovae künden aber nicht nur vom gewaltsamen Ende eines Sterns, sondern erweisen sich auch als wichtige Hilfsmittel für die Vermessung des Weltalls. Denn ein spezieller Typ dieser Sternexplosionen, genannt Ia, erreicht stets die gleiche Maximalhelligkeit. Gelingt es, dieses Maximum zu beobachten, dann folgt aus der gemessenen Helligkeit der Supernova direkt ihre Entfernung. Denn so, wie der fernere zweier gleich heller Autoscheinwerfer einem Beobachter lichtschwächer erscheint, verhält es sich auch mit Supernovae: Je größer ihre Distanz zur Erde ist, umso weniger hell erscheinen sie.

Die Entfernungsbestimmung mit Supernovae vom Typ Ia klappt so gut, dass sie sich als Maßstab oder Standardkerze zur Auslotung des Universums verwenden lassen. Seit rund achtzig Jahren ist bekannt, dass sich das Weltall ausdehnt. Aber erst vor wenigen Jahren fanden die Astronomen heraus, dass sich diese Ausdehnung sogar beschleunigt– ein Befund, der sich anhand der Distanzen der Supernovae vom Typ Ia ergab. Um diese Beschleunigung zu erklären, mussten die Wissenschaftler die Existenz einer ominösen »Dunklen Energie« annehmen, die das Universum beschleunigt auseinandertreibt.

Wegen der kosmologischen Bedeutung dieses Supernova-Typs interessieren sich die Astronomen für die Ursachen und den Ablauf der Sternexplosionen. Zwei Arten von Explosionen sind bekannt, in denen jeweils so genannte Weiße Zwerge eine Rolle spielen. Weiße Zwerge bilden das Endstadium verbrauchter Sterne ähnlich unserer Sonne. Bei der einen Art saugt ein Weißer Zwerg Materie von seinem Partnerstern ab. Er macht dies solange, bis er sich gewissermaßen überfressen hat und er von einer thermonuklearen Explosion zerrissen wird. Dies passiert stets mit der gleichen Maximalhelligkeit. Bei der anderen Art bilden zwei Weiße Zwerge ein Doppelsternpaar und verschmelzen schließlich, wobei es ebenfalls zur Supernovaexplosion kommt. Hier hängt die Maximalhelligkeit von der jeweiligen Masse der Weißen Zwerge ab. Die Astronomen besaßen Hinweise darauf, dass die erste Art deutlich häufiger vorkommt und sich Supernovae vom Typ Ia deshalb als Standardkerzen verwenden lassen.

Neue Untersuchungen von Astronomen des Max-Planck-Instituts für Astrophysik in Garching bei München belegen nun, dass nur fünf Prozent aller Supernovaexplosionen vom Typ Ia in elliptischen Galaxien auf Materie aufsammelnde Weiße Zwerge zurückgehen. Offenbar geht der größte Teil der gewaltigen Sternexplosionen auf die Vereinigung zweier Weißer Zwerge zurück, wie der Physiker Jan Hattenbach im aktuellen Mai-Heft der Zeitschrift “Sterne und Weltraum” berichtet. Dieser Befund schränkt allerdings die Verwendung der Supernovae vom Typ Ia als Standardkerzen ein. Denn nun erwarten die Astronomen, dass die Maximalhelligkeiten wegen der unterschiedlichen Massen der Weißen Zwerge bei ihrer Verschmelzung unterschiedlich ausfallen. Spannend ist jetzt, wie sich diese Erkenntnis auf die Messung der beschleunigten Expansion des Raums auswirkt. Quelle: Sterne und Weltraum, Mai 2010 – Bild: Zwei weiße Zwerge, die sich zunehmend enger umkreisen, verschmelzen schließlich was eine Supernova-Explosion zur Folge hat. (c) NASA / Tod Strohmayer, GSFC / Dana Berry, Chandra X-Ray Observatory

Riesige Wasservorkommen im All aufgefunden

Wasser im All

Wasser gilt als Elixier des Lebens – und das Weltall ist voll davon. Jetzt haben Wissenschaftler das kostbare Element in einer Scheibe um einen jungen Stern vom Typ unserer Sonne gefunden. Die Scheibe, in der später vermutlich Planeten geboren werden, beinhaltet hundertmal mehr Wasser als alle Ozeane der Erde zusammen. Die Beobachtungen gelangen mit dem IRAM-Interferometer und werfen ein Licht auf die rätselhafte Herkunft von Wasser in unserem eigenen Sonnensystem (The Astrophysical Journal, 10. Februar 2010).

Ein Großteil des Wassers in den irdischen Ozeanen stammt sehr wahrscheinlich aus einer überaus instabilen molekularen Wolke, aus der einst unser Planetensystem entstand. Wo sich das Wasser allerdings genau gebildet hat und wie die einzelnen Moleküle schließlich vor ungefähr 4,5 Milliarden Jahren ihren Weg von der riesigen Wolke auf einen so winzigen Himmelskörper wie die Erde fanden, zählt zu den wichtigsten Fragen unserer Ursprungsgeschichte. Riesige Wasservorkommen im All aufgefunden weiterlesen

Lebensbausteine im Kometenstaub entdeckt

NASA-Wissenschaftler haben Glycin, einen grundlegenden Baustein des Lebens, in den Proben entdeckt, welche die Raumsonde Stardust vom Kometen Wilde 2 zur Erde zurückgebracht hat.
„Glycin ist eine Aminosäure, die von lebenden Organismen verwendet wird, um Proteine zu bilden. Es ist das erste Mal, dass eine Aminosäure in einem Kometen gefunden wurde,” sagte Dr. Jamie Elsila vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Md. „Unsere Entdeckung stützt die Theorie, dass die Bausteine des Lebens im Weltraum gebildet wurden und vor langer Zeit durch Meteoriten- und Kometeneinschläge auf die Erde gelangten.”
Die Forschungsergebnisse wurden am 16. August während der Sitzung der amerikanischen chemischen Gesellschaft im Marriott Metro Center in Washington, DC, von dem auf dem Fachgebiet führenden NASA-Forscher Elsila präsentiert.
„Die Entdeckung des Glycins in einem Kometen stützt die Theorie, dass die grundlegenden Bausteine des Lebens im Raum weit verbreitet sind und verstärkt das Argument, dass Leben im Universum eher häufig vorkommt, als selten,”, sagte Dr. Karl Pilcher, Direktor des Instituts der NASA-Astrobiologie, eines der Initiatoren des Forschungsprojekts.
Glycin ist ein wichtiger Bestandteil nahezu aller Proteine. Die Proteine wiederum sind praktisch die Moleküle des Lebens. Sie kommen in allen lebendigen Strukturen vor, vom Haar bis zu den Enzymen. Als Katalysatoren beschleunigen oder regulieren sie die chemischen Reaktionen. Genauso wie die 26 Buchstaben des Alphabetes grenzenlos kombiniert werden können, um Wörter zu bilden, benutzt das Leben 20 verschiedene Aminosäuren in einer riesigen Vielfalt an Zusammenstellungen, um Millionen verschiedener Proteine zu bilden.
Stardust durchquerte am 2. Januar 2004 den dichten Gas- und den Staubschweif, der den Eiskern von Wild 2 umgibt. Während das Raumfahrzeug durch das Material flog, füllten die aufgefangenen Gas- und Staubpartikel ein Rasterfeld aus speziellem Aerogel, welches zu mehr als 99 Prozent aus leerem Raum bestand. Das Rasterfeld wurde danach in einer Kapsel verstaut. Diese wurde vom Raumfahrzeug getrennt und am 15. Januar 2006 mit einem Fallschirm zur Erde befördert. Seitdem sind Wissenschaftler aus aller Welt bemüht, die Proben zu analysieren, um die Geheimnisse des Kometen zu entschlüsseln und die Geschichte unseres Sonnensystems zu erforschen.
„Wir entdeckten, dass das von der Stardust zurückgebrachte Glycin eine außerirdische Struktur hat. Dies zeigt uns, dass das Material von dem Kometen stammt,”, sagte Elsila.
„Die Entdeckung der Aminosäuren in der zurückgebrachten Materialprobe des Kometen ist aufregend und fundamental,”, sagte Stardust-Hauptforscher Professor Donald E. Brownlee von der Washington-Universität in Seattle. „Es ist auch ein bemerkenswerter Triumph, der zeigt, wie die Fähigkeit ursprünglich außerirdisches Material zu analysieren, zugenommen hat.” (Quelle: NASA)