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Bedrohung aus dem All: Komet ISON kommt uns nahe

München (ots) – Einst bombardierten Kometen unser Sonnensystem, brachten vermutlich Wasser und Leben auf die Erde und hinterließen bis heute sichtbare Krater. Würde heute ein Komet der Größe von Shoemaker-Levy 9, der 1994 auf Jupiter einschlug, auf die Erde treffen, gäbe es sie nicht mehr. Das schreibt das Weltraum-Magazin SPACE in seiner Ausgabe 1/2014.

Großes Bombardement – so nennt die Wissenschaft den Kometensturm, der vor vier Milliarden Jahren die Planeten und Monde unseres Sonnensystems traf und bis heute sichtbare Krater hinterließ. Wie viele Kometen am Rande unseres Sonnensystems – im Kuipergürtel und in der sogenannten Oortschen Wolke – herumfliegen und jederzeit der Erde gefährlich werden können, lässt sich nicht sagen. Gelegentlich verlässt ein Komet diesen Bereich und fliegt durch das Sonnensystem; das kann man von der Erde aus beobachten. Wenn die Theorie von der Oortschen Wolke stimmt, besteht durchaus Gefahr: “Wenn da 100 Millionen Kometen in der hypothetischen Ooortschen Wolke in einem Lichtjahr Entfernung herumkreisen und es dort zu einer Störung kommt, dann könnte es wirklich zu einem erneuten Großen Bombardement kommen”, meint Astronomie-Experte Nick Howes.

Die Folgen eines solchen Kometensturms auf unser Sonnensystem wären verheerend. Glücklicherweise lenken die Großplaneten wie Jupiter viele der anfliegenden Objekte auf sich, etwa den Kometen Shoemaker-Levy 9, der im Juli 1994 in Trümmer von bis zu zwei Kilometern Durchmesser zerbarst und auf dem Jupiter aufschlug. Würde ein ähnliches Ereignis die Erde treffen, wären die Folgen apokalyptisch. “Solch ein Komet könnte in 100 Millionen Jahren kommen oder nächste Woche. Wir wissen es nicht”, so Nick Howes.

Aktuell ist Komet Ison in Sichtweite gerückt: Seit Ende November 2013 ist er der Sonne besonders nah. Wissenschaftler vermuten, dass er unterwegs in Fragmente zerbersten könnte. Viele gehen davon aus, dass sein Schweif bis Januar hell leuchten und für auch für Hobby-Astronomen am Nachthimmel sichtbar sein wird.

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Gigantische Versuchsanordnung im arktischen Eis findet Geisterteilchen

Neutrino-Jagd im ewigen Eis: Das Bild zeigt einen von 5.160 hochempfindlichen Lichtsensoren, die am Südpol installiert wurden.  (c) Foto: IceCube Collaboration/NSF
Neutrino-Jagd im ewigen Eis: Das Bild zeigt einen von 5.160 hochempfindlichen Lichtsensoren, die am Südpol installiert wurden.
(c) Foto: IceCube Collaboration/NSF

Darauf hat die IceCube-Kollaboration seit Jahren hingearbeitet. Nun deutet alles darauf hin, dass den Forschern im antarktischen Eis Neutrinos von außerhalb unseres Sonnensystems ins Netz gegangen sind. Unter den gefundenen Ereignissen befinden sich Neutrinos mit Energien, die tausendmal höher sind, als man sie auf der Erde selbst erzeugen kann. Diese kosmischen Neutrinos können einzigartige Informationen über den Aufbau von Supernovas, Gamma-Ray-Blitze oder Schwarzen Löchern liefern.

Das Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol ist weltweit einmalig. In einem Kubikkilometer Eis sind insgesamt 5.160 hochempfindliche Lichtsensoren installiert. Wenn doch mal ein Neutrino im Eis wechselwirkt, entstehen geladene Teilchen die mit nahezu Lichtgeschwindigkeiten weiterfliegen. Diese erzeugen ein schwaches bläuliches Licht, das von den Detektoren aufgefangen wird.

„Wir sehen hochenergetische Neutrinos, von denen wir jetzt mit ziemlicher Sicherheit sagen können, dass sie astrophysikalischen Ursprungs sind“, sagt Prof. Dr. Marek Kowalski vom Physikalischen Institut der Universität Bonn. Neutrinos sind ganz besondere Teilchen: Sie können anders als elektromagnetische Strahlung sämtliche Materie durchdringen. Mit ihrer Hilfe lässt sich wie mit einem Röntgenapparat in die verstecktesten Winkel des Universums blicken. Allerdings wechselwirken diese Teilchen kaum und könnten selbst von einer Bleiabschirmung mit 1000 Kilometer Dicke nicht aufgehalten werden. Ihr Nachweis ist deshalb besonders schwierig. Mit der gigantischen Messeinrichtung „IceCube“ in der Antarktis sind nun dennoch zum ersten Mal Hinweise für hochenergetische Neutrinos aus dem Weltall gefunden worden.

Die meisten Neutrinos auf der Erde entstehen bei niedrigen Energien durch Kernfusion in der Sonne, sie können sich aber auch in der Erdatmosphäre bilden. Die Forscher des IceCube Projektes interessieren sich aber besonders für hochenergetische Neutrinos aus astrophysikalischen Quellen – zum Beispiel von Supernovas, Gamma-Ray-Blitzen oder galaktischen Schwarzen Löchern. Denn Neutrinos sind die einzigen Teilchen, die aus dem Inneren dieser Quellen entkommen können und damit einzigartige Informationen über ihren Aufbau liefern.

Morgendämmerung für ein neues Zeitalter der Astronomie

Gelungen ist der Nachweis der Neutrinos einem internationalen Team von rund 250 Wissenschaftlern und Ingenieuren der IceCube-Kollaboration unter Beteiligung der Astroteilchen-Gruppe von Prof. Kowalski. Mit der gigantischen Versuchsanordnung im antarktischen Eis wurden in den vergangenen zwei Jahren insgesamt 28 Neutrinos mit Energien größer als 30 Tera-Elektronenvolt (TeV), darunter zwei Ereignisse mit über 1000 TeV registriert. Dieser Fund war für die Forscher so bedeutsam, dass die Teilchen sogar eigene Namen bekamen: Ernie & Bert – den beiden beliebten Figuren aus der Fernsehserie „Sesamstraße“.

Mit der verbesserten Analyse der Daten, die nun auch die Richtung der Neutrinos liefert, konnten nicht nur diese beiden, sondern ein Großteil dieser Teilchen als potentielle kosmische Fernreisende identifiziert werden. „Das ist der erste Hinweis auf hochenergetische Neutrinos, die von außerhalb unseres Sonnensystems kommen“, sagt Prof. Dr. Francis Halzen, Projektleiter des IceCube-Experiments von der Universität Wisconsin-Madison (USA). „Dies ist die Morgendämmerung für ein neues Zeitalter der Astronomie.“

Ein Rätsel bleiben jedoch noch die Quellen, aus denen die Neutrinos im Weltraum stammen. Eine Möglichkeit sind Supernovas, bei denen die hochenergetischen Teilchen freigesetzt werden. Das Bild, das sich aus dem IceCube-Experiment abzeichnet, stellt sich für die Wissenschaftler noch verschwommen dar. „Wir können die kosmischen Quellen der Teilchen noch nicht nachweisen, weil wir bislang nicht exakt genug bestimmen konnten, aus welcher Richtung die Neutrinos aus dem Weltall in das Eis eindringen“, erklärt Prof. Kowalski. Die Forscher hoffen darauf, demnächst noch mehr Teilchen nachzuweisen, damit sich die Quellen allmählich schärfer abzeichnen.

Publikation: Evidence for High-Energy Extraterrestrial Neutrinos at the IceCube Detector, Science, DOI: 10.1126/science.1242856

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Intelligente Roboter: Horror oder Segen?

Heidelberg. Roboter – das sind doch diese geschwätzigen, blinkenden Blechdosen? Oder tumbe Maschinenmenschen, die nichts können, als mit sehr eckigen Bewegungen dem in sie einprogrammierten Killerbefehl zu folgen? Oder – außerhalb des Kinos – diese überaus beweglichen Geräte, die in der Autoproduktion schwere Arbeiten mit größter Präzision verrichten, aber statt eines Kotflügels mit Gleichmut auch einen Menschen lackieren oder anschweißen würden, der ihnen versehentlich in die Finger gerät?

Alles falsch. Die modernen Roboter sind überaus feinfühlig und krümmen niemandem ein Haar, es sei denn, das wäre ihre Aufgabe; denn sie haben einen perfekten Überblick über ihre Umgebung. So beschreibt es Gerd Hirzinger in einem umfangreichen Artikel in “Spektrum der Wissenschaft” – und er muss es wissen: Hirzinger war 20 Jahre lang Chef des Instituts für Robotik und Mechatronik in Oberpfaffenhofen, das seinerseits zum Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gehört.

Aus seinem Institut stammen so erstaunliche Entwicklungen wie das System MiroSurge, das in der minimal-invasiven Chirurgie die Instrumente präziser und zitterfreier führt, als der Arzt selbst es könnte. Der wiederum bewegt anstelle der Instrumente Handgriffe zur Fernsteuerung – aber die lassen ihn den Widerstand spüren, den das Gewebe auf die echten Instrumente ausübt. Zugleich sieht er auf dem großen Bildschirm, was die Mikrokamera vom Operationsfeld zeigt, und wird damit eingebettet in eine virtuelle Realität, in der er besser sehen und arbeiten kann als in der echten.

Die Roboter aus Hirzingers Werkstatt haben einen menschenähnlichen Oberkörper, und die neuesten Modelle können sogar auf zwei Beinen laufen. Wichtiger noch: Alle ihre “Muskeln” und “Gelenke” sind drehmomentgesteuert. Jede Bewegung wird wie beim Menschen von einem Paar antagonistischer (gegeneinander arbeitender) Muskeln ausgeführt und zugleich die dabei ausgeübte Kraft – genauer: das Drehmoment – gemessen. Dadurch kann der Roboter seine Kräfte so präzise dosieren, dass er ein rohes Ei oder eine gefüllte Kaffeetasse heil von A nach B bringt; und er lässt sich von einem erfahrenen Menschen die Hände führen und lernt dadurch diese Bewegung.

In der Autofabrik muss man ihn nicht mehr in den früher üblichen Käfig stecken; denn aus den beiden Digitalkameras in seinen “Augen” errechnet er in Echtzeit ein räumliches Bild seiner Umgebung und vermeidet mit dessen Hilfe jede Kollision.

Dieselbe Technik verhilft auch einem Elektroauto namens “ROboMObil”, sich ohne Fahrer unfallfrei durch den Verkehr zu bewegen; diesmal mit 18 rundum verteilten Kameras. Und von dort bis zum autonomen unbemannten Fluggerät – Flugzeug, Hubschrauber oder “Quadrocopter” (Rahmen mit vier Propellern) – ist es nicht mehr weit. Ein unter dem Hubschrauber montierter Greifarm liefert Lebensmittel und Verbandszeug an in Not geratene Bergsteiger oder repariert sogar eine Hochspannungsleitung.

Natürlich haben die Robotiker vom DLR derart komplexe Systeme nicht von Grund auf neu entworfen. Es gab einfachere Vorläufer, und deren Arbeitsplatz war – der Weltraum. Dringender als auf der Erde ist dort der Bedarf nach einem “Monteur”, der nicht essen oder atmen muss und dem extreme Hitze oder Kälte nicht viel ausmacht. Aber einigermaßen selbstständig arbeiten muss er schon können, vor allem auf dem Mars. Wenn ein Funksignal hin und zurück eine Viertelstunde unterwegs ist, würde eine Fernsteuerung von der Erde aus eine sehr zähe Veranstaltung.

Für den Einsatz im Weltraum haben die Techniker gelernt, jedes Gramm Gewicht einzusparen – die Kosten für den Transport per Rakete sind immens. Diese Erfahrungen machen sich nun auf der Erde bezahlt. Je leichter der Arm ist, desto eleganter kann der Roboter ihn schwingen. “Aber die Roboter nehmen uns doch die Arbeitsplätze weg!”
Gegen diesen häufig geäußerten Einwand weiß Hirzinger ein schlichtes Gegenargument anzuführen: Der Automobilindustrie, die massiv die mechanischen Helfer einsetzt, geht es hierzulande noch ganz gut, während die Unterhaltungselektronik-Industrie, die solches nie ernsthaft versucht hat, inzwischen fast vollständig nach Fernost abgewandert ist.

Und die Horrorszenarien aus der Science-Fiction, in denen die Roboter dank ihrer überlegenen Körperkraft und Intelligenz die Weltherrschaft übernehmen? Die sind so weit entfernt, dass es darüber nicht nachzudenken lohnt. Oft genügt ein geringfügiger Wechsel der Umgebungsbeleuchtung, um einen Roboter aus dem Konzept zu bringen. (Quelle: Spektrum der Wissenschaft, Oktober 2013)

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Synthetisches Bewusstsein: Wie Bewusstsein funktioniert und Roboter damit ausgestattet werden können

Vorstoß zum Planeten Vesta geglückt.

Heidelberg. Die US-Raumsonde Dawn zeigte, dass Vesta ein Protoplanet aus der Frühzeit unseres Sonnensystems ist und auch wertvolle Informationen über die Entwicklung unseres Planeten enthält. Zudem wissen wir nun, dass einige seltene auf der Erde gefundene Meteoriten von Vesta stammen.

Für rund ein Jahr umkreiste die US-Raumsonde Dawn den Kleinplaneten Vesta im Asteroidengürtel zwischen den Bahnen von Mars und Jupiter. In dieser Zeit funkte die Sonde tausende von Bildern und einen Strom von Messdaten über den rund 530 Kilometer großen Himmelskörper zur Erde. Sie zeigten, dass Vesta eine eigene geologische Entwicklung durchlief und einer Miniaturausgabe eines erdähnlichen Planeten gleicht. Darüber berichten in der Juni-Ausgabe von “Sterne und Weltraum” Ralf Jaumann, Wissenschaftler am Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin-Adlershof, und Thorsten Dambeck, Wissenschaftsautor aus Weinheim. Ralf Jaumann ist am DLR an der Auswertung der Bilddaten von Dawn direkt beteiligt.

Mit Dawn trat im Juli 2011 erstmals eine Raumsonde in eine Umlaufbahn um ein Mitglied des Asteroidengürtels ein. Sie bewies, dass Vesta zu den so genannten differenzierten Asteroiden gehört. Vesta gliedert sich also wie die Erde in eine Kruste und einen Mantel aus silikatischen Gesteinen und einen metallischen Kern aus Eisen und Nickel. Kurz nach ihrer Entstehung vor rund 4,5 Milliarden Jahren war Vesta so heiß, dass sie völlig aufschmolz und ein glühender Ball war. Unter dem Einfluss der Schwerkraft des Kleinplaneten trennten sich die schwereren Metalle von den weniger dichten Silikatmineralen. Auf die Spur dieses von außen nicht erkennbaren inneren Aufbaus kamen die Wissenschaftler, indem sie das Schwerefeld des Himmelskörpers im Zuge vieler Umläufe von Dawn vermaßen.

Eine der wichtigsten Erkenntnisse der Dawn-Mission ist jedoch, dass wir bereits Bruchstücke von Vesta hier auf der Erde in unseren Händen halten können. Es ließ sich beweisen, dass einige seltene Meteoritentypen von Vesta stammen: die so genannten HED-Meteoriten. Sie ähneln in Aussehen und Zusammensetzung vulkanischen und Erdmantelgesteinen. Dawn zeigte, dass die spektralen Eigenschaften der Vesta-Oberfläche denjenigen der HED-Meteoriten bis auf das Haar gleichen. Somit wurden Bodenproben von Vesta in irdischen Laboren bereits untersucht und können nun der durch Dawn ermittelten geologischen Geschichte des Kleinplaneten zugeordnet werden.

Wie die HED-Meteoriten zur Erde gelangen konnten, offenbaren die Bilder, die mit den in Deutschland entwickelten und gebauten Bordkameras zur Erde gefunkt wurden. Auf ihnen lässt sich an Vestas Südpol ein riesiger, rund 500 Kilometer großer Einschlagkrater erkennen. Vor rund einer Milliarde Jahren schlug hier ein kleinerer Himmelskörper mit großer Wucht ein und hätte Vesta beinahe völlig zertrümmert. Der Einschlag beschleunigte viele Trümmerstücke auf derart hohe Geschwindigkeiten, dass sie das Schwerefeld von Vesta verlassen konnten. Sie treiben seitdem im All und umrunden die Sonne auf individuellen Bahnen. Hin und wieder gelangen kleine Trümmer durch Störungen im Asteroidengürtel auf Kurs ins innere Sonnensystem, und einige von ihnen schlagen schließlich als Meteoriten auf der Erde auf.

Dawns Reise zu Vesta war ein Besuch bei einem Protoplaneten. Die Sonde konnte somit einen Zeugen aus der Frühzeit des Sonnensystems unter die Lupe nehmen. Himmelskörper wie Vesta waren das Material, aus dem sich vor rund 4,5 Milliarden Jahren die Erde und ihre Schwesterwelten bildeten. Dawn erlaubte uns dadurch auch eine Zeitreise in die Jugend unseres eigenen Planeten. Vesta wurde bereits im Jahr 1807 vom deutschen Astronomen Heinrich Wilhelm Olbers entdeckt und ist das drittgrößte Objekt im Asteroidengürtel. Zu manchen Gelegenheiten wird er so hell, dass er sich als einziger Kleinplanet sogar mit dem bloßen Auge sichten lässt. Dawn hat nun dem seit rund 200 Jahren nur als Lichtpunkt bekannten Objekt ganz andere Erkenntnisse hinzugefügt. (Quelle: Sterne und Weltraum, Juni 2013)

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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)

Wie Quanten den Alltag infiltrieren

»Alles nur graue Theorie!« So lautet eine häufig geäußerte Meinung über die Quantenphysik. Ergänzend wird hinzugefügt: »Mit dem Alltag hat das nichts zu tun!« Die Meinung ist populär, zeugt aber von Unkenntnis der tatsächlichen Verhältnisse. Die Wissenschaftler sind nicht ganz unschuldig an dem Unwissen, weil sie es versäumt haben, die Allgemeinheit auf verständliche Weise über die Quantenphysik aufzuklären und auf deren enorme wirtschaftliche Bedeutung hinzuweisen. Mehr als ein Drittel der Weltwirtschaft hängt von Produkten ab, die mithilfe der Quantenphysik entwickelt wurden. Wie Quanten den Alltag infiltrieren weiterlesen