Raumzeit

Die Astronomie scheint ein Spielfeld für Physiker zu sein, doch Chemie spielt im Kosmos auf allen Ebenen einen Rolle: Von der Entstehung protoplanetarer Scheiben, der Zusammenballung junger Planeten, über die Herausbildung planetarer Schalen bis zur Entstehung der Bausteine des Lebens: Kosmische Chemie ist unerlässlich, um das Universum zu verstehen. Astrochemiker ergründen das All auf verschiedenen Wegen: Spektrale Analysen erlauben schon lange, chemische Elemente auf fernen Sternen, in Gaswolken oder auf Planeten zu bestimmen. Gesteine von Meteoriten oder vom Mond erlaubten Laborexperimente. Zunehmend reisen auch verkleinerte Massenspektrometer ins Sonnensystem. Bei kleinen Körpern wie Kometen und Asteroiden geht es dabei um die Suche nach unserem Ursprung: Woher kamen Wasser und Bausteine des Lebens auf die Erde?

Die "New Horizons"-Sonde der NASA war das schnellste Raumfahrzeug, das je die Erde verlassen hat. Ihr Auftrag: in Rekordzeit den Weg zum Zwergplaneten Pluto zu finden, im raschen Vorbeiflug möglichst viele Bilder und Meßdaten zu sammeln und diese im weiteren Verlauf an die Erde zu senden. Dies alles verrichtete das Gerät mit Bravour und versorgt nun zahlreiche Wissenschaftlerinnen und die Öffentlichkeit mit neuen Erkenntnissen über diese bisher nur in Ansätzen bekannte Welt. Da danach noch genug Treibstoff vorhanden war konnte die Mission sogar noch verlängert werden und so konnte später noch ein Vorbeiflug an einem kleinen Objekt namens "Ultimate Thule" realisiert werden. Jetzt strebt New Horizons in Richtung der Grenze unseres Sonnensystems und die Wissenschaft sucht fleissig nach weiteren Objekten, die vielleicht auf diesem Weg noch einmal genauer betrachtet werden können. In dieser Sendung berichten wir von Planung und Verlauf der Mission und den ersten Erkenntnissen, die wir über den ehemaligen Planeten Pluto schon gewinnen konnten.

Pflanzenzucht war von Anfang an ein Thema der Raumfahrt. Waren die Ergebnisse anfangs noch mager, wurde in den folgenden Jahrzehnten bei weiteren Missionen, in der Antarktis und in Biosphären-Projekten versucht, die Prozesse vollständiger Biokreisläufe weiter zu erkunden und ihre Abhängigkeit von Atmosphäre, Licht und Gravitation zu ergründen. Es entsteht ein zunehmendes Wissen über diese Vorgänge doch sind die Herausforderungen für die Zucht von Nahrungsmitteln an Bord einer Langzeitmission oder die Nutzung von Pflanzen zur Luftreinigigung noch hoch.

Seit 5 Jahren sammelt die Raumsonde Gaia detaillierte Daten über die Position, Bewegung und Art der Sterne und anderer Objekte in unserer Milchstraße und benachbarten Galaxien. Die Ergebnisse dieser überaus erfolgreiche Mission wurden nun in einem Sternkatalog zusammengefasst und liefern Wissenschaftlerinnen eine äußerst wertvolle Basis für ihre astronomische und astrophysikalische Arbeit.

Über Jahrhunderte hat die Menschheit sich Erkenntnisse und wissenschaftliche Methoden erarbeitet, um das Alter der Erde und eine Einteilung ihrer Lebenszeit in wichtige Zeitalter vorzunehmen. Die Ergebnisse zahlreicher Raumfahrtmissionen haben diese in Korrelation mit der Entstehung des Monds und anderer Planeten in Synchronisation zu bringen. Die Geologie ist dabei Profiteur und Treiber weiterer kosmologischer Forschung. Einige Fragen bleiben offen, doch blicken wir bereits auf eine dichte Informationslage.

Schwarze Löcher sind seit langer Zeit ein mystischer Ort. An der Stelle eines kollabierten Sternes entsteht ein besonderer Ort, eine Singularität, so dicht und massereich, dass sie die Raumzeit so stark krümmt, dass selbst das Licht nicht mehr entkommen kann und uns damit die Möglichkeit nimmt, das innere zu beobachten. Doch gab es in den letzten Jahren wichtige wissenschaftliche Fortschritte, die uns das Mysterium der Schwarzen Löcher neu zugänglich gemacht haben. So konnten erstmals Gravitationswellen gemessen werden, die ihren Ursprung in der Verschmelzung Schwarzer Löcher mit ihresgleichen und auch mit Neutronensternen haben. Und in diesem Jahr konnte das Event Horizon Telescope Projekt erstmals auch den unmittelbaren Raum um ein Schwarzes Loch konkret abbilden: das Umfeld eines supermassiven schwarzen Lochs, das in 55 Millionen Lichtjahren Entfernung in der Galaxis M87 sein Unwesen treibt, konnte nun aus tausenden von Einzelbeobachtungen visualisiert werden und erlaubt neue Einblicke und Überprüfungen gängiger Theorien zu Entstehung und Wesen dieser Orte.

Neben der Vermessung der Welt durch die Beobachtung von Licht- und anderer elektromagnetischer Strahlung fügte die jüngst geglückte Messung von Gravitationswellen eine neue astronomische Disziplin dem wissenschaftlichen Werkzeugkasten hinzu. Doch auch eine weiterer Ansatz könnte das zur Verfügung stehenden Instrumentarium künftig noch erweitern: schon zwei Jahre vorher gelang es dem IceCube-Experiment am Südpol erstmalig kosmische Neutrinostrahlung nachzuweisen und wie die Gravitationswellen könnte diese Methode einen ganz neuen Blick auf das Universum eröffnen, der mit klassischen Methoden nicht möglich ist bzw. diese in Kombination noch weiter verbessern.

Die bemannte Raumfahrt beschränkt sich derzeit auf die Forschung auf der Internationalen Raumstation und deren Wartung. Doch es zeichnet sich ab, dass künftig komplett neue Missionen starten werden. Wir sprechen über die Möglichkeiten und Herausforderungen vor denen die bemannte Raumfahrt steht, welche Rolle der Mond vermutlich spielen wird und mit welchen neu zu entwickelnden Technologien und Prozessen eine Reise zum Mars (und zurück) realisierbar wäre. Dazu kommen auch ganz neue Bedrohungen auf die Raumfahrt zu: im Kontext der notwendigen künftigen Entsorgung von Weltraumschrott spielen auch militärische Aspekte mit rein.

Die Erde ist ein zartes Pflänzchen im All, wird aber durch ihr Magnetfeld und die Atmosphäre gut vor den täglichen Einflüssen der Sonne und kleinerer Meteoriten gut geschützt. Doch wie sich regelmäßig zeigt, sind größere Asteroiden ein potentielles Problem. Schon oft haben Asteroiden in der Vergangenheit der Erde mit ihren Einschlägen kleine und große Katastrophen ausgelöst. Wie gehen wir als Menschheit damit um und welche Möglichkeiten bietet unsere Technik, einem möglicherweise in der Zukunft drohenden Einschlag eines größeren Himmelskörpers zu begegnen?

Das Weltraumrecht bietet den rechtlichen Rahmen für die Erforschung und Nutzung des Weltraums durch Staaten. Entwickelt auf Basis des Völker- und Luftrechts ist das Weltraumrecht ein globales Recht, dass durch die Vereinten Nationen entwickelt und veröffentlicht wurde. Heutzutage steht das Weltraumrecht vor neuen Herausforderungen durch die geplante private Nutzung des Mondes und Asteroiden.

Schon in Ausgabe Nr. 42 haben wir einen Blick auf das umfassende Erdbeobachtungsprogramm Copernicus (damals noch unter dem Namen GMES geführt) geworfen. Seitdem ist viel passiert: die ersten Sentinel-Satelliten sind gestartet und das gesamte System liefert Daten am Fliessband. Genauer: täglich liefern alle Systeme Terabyte-weise Daten über unseren blauen Planeten, die der Auswertung bedürfen. Dass dies nicht allein von einer kleinen wissenschaftlichen Gemeinde geleistet werden kann und sollte war früh klar und so stehen alle diese Daten zur freien Verfügung.

Das Fernrohr und dann auch bald Spiegelteleskope waren die Basis für die frühen Erkenntnisse in der Beobachtung und das Verständnis des Universums – noch lange bevor an Raumfahrt zu denken war. Doch mit den Großspiegelteleskopen seit den 1990er Jahren wurde die Beobachtungsqualität noch einmal signifikant gesteigert und lieferte noch tiefere Einblicke in die Tiefen des Alles. Neuartige Steuerungssysteme erlauben nun die Konstruktion noch viel größerer Spiegelteleskope und in wenigen Jahren wird diese neue Generation die bisher schon beeindruckende Bildqualität noch um ein vielfaches steigern. Ich spreche mit dem Astrophysiker und Professor für Beobachtende Astronomie an der Universität Hamburg Jochen Liske über Voraussetzungen für die Beobachtung des Alls, die Entwicklung der Teleskop-Technologie über die Zeit, die Herausforderungen der Astronomie als solcher, die Europäische Südsternwarte und ihre Großteleskope, künftige Projekte wie dem Extremely Large Telescope und dem kommenden Zeitalter der Multi-Messenger-Astronomie.

Das Ende normaler Sterne ist oft unspektakulär: sie blähen sich zu einem Roten Riesen auf und am Schluß bleibt nur ein schwarzer Klumpen Materials zurück. Sehr große Sterne wiederum zerplatzen im Finale durch Ihrer eigener Masse in einer Supernova und verteilen ihre Bestandteile im umliegenden Raum und erzeugen nebenbei noch ein paar seltene, schwere Elemente, die nur unter diesen Bedingungen überhaupt entstehen können. Und am Schluß bleibt eine mysteriöse hochkompakte Restmasse, deren genauen Zustand man heute nur erahnen kann und die intensiv strahlt: ein Neutronenstern ist entstanden, der eine nahezu unvorstellbare Dichte aufweist und nicht selten ebenso unvorstellbar intensiv rotiert. Ihre Zusammensetzung und Struktur genau zu erforschen ist ein Ziel der Kernphysik.

Eine effiziente und sichere Datenübertragung ist das A und O der Raumfahrt. Die gewonnenen Datenmengen steigen allerdings stetig an und die Kommunikation zum Boden entwickelt sich zu einem Flaschenhals in den Systemen. Die optische Kommunikation mit Lasern entwickelt sich daher zu einem wichtigen Feld, um Bandbreiten zu erhöhen und Latenzen zu reduzieren.

Nachdem Google vor einigen Jahren den Lunar X Prize ausgelobt hat, machten sich Teams rund um die Welt an die gestellte Herausforderung, einen Rover zum Mond zu schicken und von dort Live-Bildern zur Erde streamen zu lassen. Eines dieser Teams waren die Part Time Scientists in Berlin und nach Jahren harter Arbeit kommen sie ihrem Ziel immer näher. Voraussichtlich 2018 wird der Lander ALINA mit zwei Rovern an Bord den Weg zum Mond und dort zur Landestelle der Apollo-17-Mission antreten. Das komplett privat finanzierte Projekt wäre bei einem Erfolg vielleicht wegweisend für künftige Exploration des Monds und des Weltalls.

Im Schnitt alle drei Monate wird das Personal auf der Internationalen Raumstation auf drei Positionen durchgewechselt und die Astronauten bleiben dann ein halbes Jahr im Weltraum an Bord des einzigen permanenten Stützpunkts der Menschheit im All. Mit der Expedition Nr. 42 kam unter anderem die Astronautin Samantha Cristoforetti erstmalig zum Einsatz auf der ISS.

Das Universum ist eine große Anlegenheit. Wie groß wurde auch den Astronomen erst vor gut 100 Jahren klar, als sie begannen, Sterne unterschiedlichen Galaxien zuzuordnen. Das Wissen um die Struktur des Universums hat seitdem rasant zugenommen, der Erkenntnisgewinn nahm aber besonders in den letzten zweiten Jahrzehnten richtig Fahrt auf. Noch gibt es viele Unbekannte, doch langsam nimmt das Verständnis des Wesens des Kosmos Formen an.

Albert Einsteins Werk ist fester Bestandteil des wissenschaftlichen Erbes des 20. Jahrhundert und die von ihm entwickelte Allgemeine Relativitätstheorie auch im 21. Jahrhundert die bestimmende Basis unserer Sicht der Welt und des Universums. Sein Leben ist aber auch geprägt von einer verantwortlichen, grunddemokratischen und politisch engagierten Einstellung gegenüber der Gesellschaft.

Lange Zeit waren Gravitationswellen nicht viel mehr als eine Voraussage der Allgemeinen Relativitätstheorie von Albert Einstein. Doch wie so viele andere Details dieses Meilensteins der Wissenschaft konnten nun auch diese speziellen Eigenschaften des Universums experimentell nachgewiesen werden. Eine seit Jahrzehnten engagiert und global arbeitenden Community von Wissenschaftlern hat hartnäckig an Meßmethoden gearbeitet und diese ein ums andere Mal verbessert und dabei Meßgenauigkeiten erreicht, die einem schon absurd vorkommen können. Doch nun wurden nicht nur die Wellen entdeckt: zugleich wurde das energetischste Ereignis gefunden, dass je von einem Menschen im Universum beobachtet wurde. Und nur diese Methode hatte überhaupt die Chance, zwei Schwarzen Löchern beim Aufeinandertreffen zuzuschauen. Damit öffnet die gelungene Messung nicht weniger als das Tor zu einer komplett neuen Form der Weltraumbeobachtung: der Gravitationswellenastronomie.

Noch vor zwei Jahrzehnten herrschte Unklarheit über die Existenz von Planeten in anderen Sternensystemen. So hielt man sie zwar für wahrscheinlich, doch fehlte eine konkrete Beobachtung. Durch neue Missionen und Beobachtungsmethoden konnten 1995 erstmals ein Planet nachgewiesen werden dem dann immer mehr Planeten folgen sollten. Heute ist es klar, dass nahezu jeder Stern in der Galaxis von Planeten umgeben ist. Die weitere Erforschung brachte dabei allerlei erstaunliches zu Tage, was unser bisher vom eigenen Sonnensystem geprägtes Weltbild an vielen Stellen widerlegte und ergänzte.

Kleinsatelliten wurden zunächst aus Forschungsinteresse der Nutzlast großer Satelliten-Missionen hinzugefügt. Größer noch als der Nutzen aus der besseren Auslastung der Raketen waren die Auswirkungen für die Bildung. Kleine Studentengruppen waren auf einmal in der Lage, den kompletten Zyklus von der Planung über Bau, Start und Betrieb eines Satelliten im Rahmen des Studiums zu erlernen. Später wurden die Kleinsatelliten selbst Objekte der Forschung neuer Raumfahrtsysteme, da sie sich günstig produzieren und betreiben lassen. Das Institut für Raumfahrt an der TU Berlin war hier einer der Pioniere und plant und betreibt auch heute noch zahlreiche Kleinsatelliten.

Die Rosetta-Misson zum Kometen Tschurjumow-Gerassimenko (67P) war ein voller Erfolg und wurde zum einem weltweit beachteten Ereignis. Nicht nur konnte die Sonde den Kometen erreichen und mit zahlreichen Instrumenten wissenschaftlich untersuchen und kartografieren, es gelang auch den Lander Philae auf dem Komenten selbst abzusetzen und direkt auf dem Grund eine Reihe von Experimenten durchzuführen.

Die Frage, "wieviel Sternlein stehen", ist gar nicht so einfach zu beantworten. Schon früh beschäftigte sich die Menschheit damit, die sichtbaren Sterne zu katalogisieren und obwohl die moderne Raumfahrt es später durch Missionen wie Hipparcos schaffte, dieses Wissen spürbar auszudehnen, weiß man heute vor allem dass man eigentlich nichts weiß. Die Gaia-Mission hat sich nun zum Ziel gesetzt, einen neuen Sternenkatalog zu schaffen, der deutlich umfangreicher und vor allem viel genauer sein soll als alle bisherigen Verzeichnisse. Neben der genauen Position und Entfernung werden dabei auch die dem Licht entlockbaren Informationen über die Zusammensetzung der Sonnen mit aufgenommen. Auf 100 Milliarden Sterne wird unsere Galaxie grob geschätzt, gut ein Prozent davon möchte Gaia vermessen. Mit großer Präzision wurde für die Mission ein Kamerasystem geschaffen, das über einen Zeitraum von ca. 5 Jahren alle sichtbaren Sterne der Milchstraße bis zu 70 mal erfassen soll. Der daraus resultierende Sternenkatalog wird in der Zukunft die Basis für viele neue Missionen und neue wissenschaftliche Erkenntnisse über die Beschaffenheit unseres Universums sein.

Die Internationale Raumstation umrundet die Erde alle 90 Minuten und ist für den kundigen Betrachter sogar regelmäßig mit bloßem Auge auszumachen — doch die tatsächliche Arbeit an Bord und ihre Bedeutung für die Wissenschaft bleibt dem einfachen Betrachter meist verborgen. Dabei spielt die ISS eine wichtige Rolle in der modernen Forschung und ist derzeit die einzige Möglichkeit, Langzeitforschung in der Schwerelosigkeit durchzuführen.

Das Planck-Weltraumteleskop ist ein ambitioniertes Projekt der ESA, das sich der Beobachtung der Kosmischen Hintergrundstrahlung verschrieben hat, die als Überbleibsel des Urknalls das erste zu beobachtende Ereignis des Universums ist. Das 13 Milliarden alte, ausgesprochen schwache Licht wird dabei aus allen Richtungen empfangen im Mikrowellenbereich empfangen. Durch massiv heruntergekühlte, langsam rotierende Instrumente gelang es Planck, eine hochauflösende, lückenlose Karte von der Entstehung unseres Universums zu erzeugen. 2013 konnte die 2009 in Betrieb gegangene Sonde ihren Auftrag erfolgreich abschließen.

Die Raumfahrt stößt mit raketenbasierten Starts von Raumfahrzeugen auf große und bislang unüberwindliche Probleme. Um Orbits zu erreichen oder gar den Einfluss der Erdanziehung komplett zu verlassen ist der Anteil der Nutzlast bei dem tatsächlich beschleunigten Material nur sehr gering. Das macht die Raumfahrt teuer, aufwändig und gefährlich, setzt die Raumfahrzeuge schon beim Start großen Belastungen aus und wie auch viele gescheiterte Starts immer wieder gezeigt haben, sind hier dem Forschungstrieb der Menschheit große Grenzen gesetzt. Doch eine Idee treibt die Wissenschaft von Anbeginn an um: was wäre, wenn man einen Fahrstuhl bauen könnte, der Material und Personen über ins All gespanntes Seil in die Höhe bringen könnte, das nur durch die Fliehkraft der Erde senkrecht über der Oberfläche steht? Die Beschränkungen der Raketenraumfahrt wären damit Geschichte, doch stellte das Konzept die Wissenschaft bislang noch vor unlösbare Herausforderungen. Doch es gibt Licht am Ende des Tunnels und es scheint, als ob wir uns einer Zeit nähern, in der die notwendigen Schlüsseltechnologien für einen Weltraumfahrstuhl langsam zusammen kommen. Dies würde dann in der Folge der Menschheit einen direkten Zugang zum All ermöglichen, die nahezu alle heutigen technischen Realitäten in eine neue Dimension überführen könnten.

Wie vor einiger Zeit angekündigt fand am 8. April 2013 in der Centralstation in Darmstadt unser erstes Live-Event statt und 400 Besucher füllten die Halle bis auf den letzten Platz und sorgten von Anfang an für gute Stimmung und bis zu letzt für eine lebendige Atmosphäre. Thematisch haben wir dieses Mal einen anderen Weg genommen und einen unterhaltsamen Talk mit einem sehr breiten Ansatz angestrebt. Tim Pritlove sprach mit Rainer Kresken (ESA) und Volker Schmid (DLR) über den Mythos Raumfahrt, die Rolle der Science Fiction und über die kommenden Herausforderungen der Raumfahrt und Wissenschaft im Allgemeinen. Das Event hat gezeigt, wie groß doch das Interesse an der Raumfahrt im allgemeinen und den Themen von Raumzeit im besonderen ist. Es war schön, so viele Hörer auf einmal zu treffen und für das vielfältige Feedback vor Ort bedanken wir uns auch ganz artig. Der Abend war ein großer Erfolg und wir hoffen, das zu gegebener Zeit ein mal wiederholen zu können.

Die Sonne ist als Quell all unserer Energie und Zentrum unseres Daseins von größtem wissenschaftlichen Interesse, doch gab es bislang nur wenige Missionen, die dem Gestirn wirklich nahe gekommen sind. Voraussichtlich 2017 startet daher die ESA die Mission Solar Orbiter. Solar Orbiter wird sich der Sonne auf Höhe des Merkurs annähern und in einer rotierenden, stark elliptischen Bahn zahlreiche Nah- und Fernuntersuchungen vornehmen.

Das Röntgen-Weltraumteleskop XMM-Newton ist nicht nur eine wichtige Mission für die Wissenschaft, sie ist auch eine der technisch erfolgreichsten und langlebigsten Missionen der ESA überhaupt. Obwohl der Satellit jetzt schon länger im Betrieb ist als geplant, könnten bestimmte Maßnahmen die Laufzeit sogar noch deutlich verlängern. Mit Hilfe von XMM-Newton können Wissenschaftler mit sehr zielgerichtet und mit hoher Präzision ferne Sterne und Galaxien im Frequenzbereich der Röntgen-Strahlung untersuchen. Nachdem der Satellit ROSAT als Pionier der Röntgenastronomie eine Landkarte der Röntgenstrahlung im Universum geliefert hat, hebt XMM-Newton die Forschung in diesem Bereich auf eine neue Stufe. Im Gespräch mit Tim Pritlove berichtet der für den Flugbetrieb von XMM-Newton zuständige Spacecraft Operations Manager Marcus Kirsch über Ziele und Aufgaben des Röntgen-Weltraumteleskops und erzählt auch von den großen Herausforderungen, vor dem das Team stand, als der Satellit einmal eine Woche nicht mehr zu erreichen war.

Die Robotik ist schon seit langem ein vertrautes Forschungsfeld der Wissenschaft, jedoch stehen noch viele Durchbrüche der Technologie in diesem Feld aus. Beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wird Robotik für eine Vielzahl von Anwendungen erforscht. Nachdem wir in Raumzeit #014 schon einmal auf die Anwendungsfelder in der Raumfahrt geschaut haben, wollen wir in der aktuellen Ausgabe die Robotik als Gesamtforschungsfeld betrachten - mit einem Schwerpunkt auf humanoide Roboter.

Der Mars ist derzeit das begehrteste Objekt der Raumfahrt und der Planetenforschung. Zahlreiche Missionen haben das Wissen um den Roten Planeten in den letzten Jahren erheblich erweitert. Heute weiß man, dass der Himmelskörper nicht nur Wasser in Form von Eis vorrätig hat, sondern auch vor nur wenigen hunderttausend Jahren und vielleicht sogar noch heute von geringen Mengen flüssigen Wassers geformt wurde. So kann die Wissenschaft mit der Erkundung des Mars viele Erkenntnisse über die Entstehung und Entwicklung unseres Sonnensystems und auch der Erde zusammentragen.

Mars Express ist die erste Mission der ESA zum Mars, die in nur wenigen Jahren konzipiert und auf Basis der technischen Plattform der Rosetta-Mission auf den Weg gebracht wurde. 2003 erfolgte der Start und seit 2004 umkreist die Sonde den roten Planeten und liefert wichtige Daten, die bereits jetzt zu vielen neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen und Entdeckungen geführt haben, die zur Suche nach Leben auf dem Planeten beitragen. Besonders die hochauflösenden Stereobilder der HRSC-Kamera und die Bodenuntersuchungen des MARSIS-Radar-Instruments haben Aufmerksamkeit erregt und einen neuen Blick auf den der Erde so ähnlichen Himmelskörper erschlossen.

Nachdem wir in der letzten Raumzeit die Herausforderungen eines Fluges zur Venus besprochen haben, rücken wir in dieser Ausgabe den Planeten selbst in den Mittelpunkt: die Venus. Der „höllische Nachbar der Erde“, mit seiner tödlichen Atmosphäre und umgedrehter Rotationsrichtung, gibt der Wissenschaft noch viele Rätsel auf. Obwohl die Venus außerhalb der habitablen Zone liegt, mag der Planet einmal die Voraussetzungen für Leben geboten haben. Aus diesem Grund ist die Venus für die Forschung auch besonders interessant: können Rückschlüsse auf eventuelle Folgen einer Erderwärmung gezogen werden? Dem Planeten fehlen verschiedene Schutzmechanismen und Voraussetzungen, die auf der Erde Leben ermöglichen. Die Oberflächentemperatur von ungefähr 500 Grad Celsius und ein atmosphärischer Druck von 92 bar machen es schwierig, sich dem Planeten zu nähern. Bisher hat noch kein Landesystem mehr als ein paar Minuten auf der Vesus-Oberfläche überlebt.

Die Venus ist trotz ihrer Nähe zur Erde ein vergleichsweise wenig erforschter Planet, der die Wissenschaft aber trotzdem vor große Fragen und die Raumfahrt vor große Herausforderungen stellt: die extreme Atmosphäre des Planeten verspricht Erkenntnisse in der Klimaforschung und macht jede Annäherung eines Raumfahrzeugs zu einem riskanten Manöver. Um die wissenschaftliche Erkundung voranzubringen hat die ESA 2005 die Mission Venus Express gestartet, um mit einer Vielzahl an Instrumenten neue Daten und Erkenntnisse zu gewinnen. Venus Express baut auf für die Missionen Rosetta und Mars Express entwickelten Technologien auf und konnte daher in Rekordzeit auf die Beine gestellt werden: nur drei Jahre vergingen von der ersten Planung bis zum Start der Mission, die seit 2006 erfolgreich die Venus umrundet.

Eine gute Ausbildung spielt in der Raumfahrt eine große Rolle - und so engagieren sich DLR und ESA auch darin, Studenten noch während des Studiums eine Vielzahl von Einstiegsmöglichkeiten zu geben. Das DLR bietet dabei Studententeams sogar die Möglichkeit, eigene Experimente in der Schwerelosigkeit zu planen, entwickeln und durchzuführen. Die Programme REXUS und BEXUS (Raketen- und Ballon-Experimente für Universitäts-Studenten) sind umfangreiche Kampagnen, in deren Rahmen Teams über einen Zeitraum von rund einem Jahr eigene wissenschaftliche und technische Experimente auf Höhenforschungsrakete und -Ballonen unter speziellen Atmosphärenbedingungen durchführen. Die Missionskampagnen bzw. -starts finden im Raumfahrtzentrum Esrange bei Kiruna in Schweden statt. Das DLR begleitet und unterstützt die deutschen Teilnehmer während der gesamten Projektzeit, sodass hier auch über das eigene Experiment hinaus umfangreiche Kenntnisse - beispielsweise in Bezug auf die Zusammenarbeit mit einer Raumfahrtagentur wie dem DLR - gewonnen werden können.

Der Merkur stellt die Wissenschaft noch vor große Rätsel. Trotzdem haben die Mariner- und MESSENGER-Missionen für einen grundlegenden Erkenntnisgewinn gesorgt. Die in der letzten Raumzeit-Folge besprochene Mission BepiColombo soll in naher Zukunft die Grundlage für weitere Forschungserfolge schaffen. Anhand der Ergebnisse der bisherigen Missionen zeichnet sich bereits ein Bild ab, doch existieren verschiedene Theorien zu seiner Entstehung: Der Merkur - unserem Erdmond in Erscheinung und Gestalt recht ähnlich - ist vor allem von seiner großen Nähe zur Sonne geprägt. Dazu weist er eine Reihe von sonderbaren Eigenschaften auf, die die Planetenforschung umtreiben: ein merkwürdiges Magnetfeld, rätselhafte 'Löcher' auf der Oberfläche und einen ungewöhnlich großen Eisenkern.

Der Merkur hat im Vergleich zu anderen Planeten bislang eher selten Besuch von der Menschheit erhalten. Die Gründe dafür sind offensichtlich: die Nähe des Himmelskörpers zur Sonne stellt die Raumfahrt vor große Herausforderungen, da ihre Hitze und Gravitation einen Anflug zu einer kniffligen Angelegenheit machen. Trotzdem befinden sind die Vorbereitungen der ESA für die nächste Merkur-Mission BepiColombo auf der Zielgeraden, denn im August 2015 soll der Doppelsatellit (in Zusammenarbeit mit der japanischen Raumfahrtagentur JAXA) sich auf den langen Weg machen, um ab Januar 2022 den Merkur mit den modernsten Instrumenten zu untersuchen.

Die Erdbeobachtung ist heutzutage eine der wichtigsten Aufgaben der Raumfahrt, ist sie doch die Basis der Umweltforschung als auch zunehmend entscheidende Informationsquelle für die Landwirtschaft und viele andere Anwendungen hinaus. Mit GMES steht jetzt ein ganz neues Konzept der Erdbeobachtung an, in das die gesammelte Erfahrung der letzten Jahrzehnte eingeflossen ist und das demnächst mit dem Start des ersten Sentinel-Satelliten seinen offiziellen Beginn einleitet. Neben der schnell zu schließenden Lücke in der Versorgung der wissenschaftlichen Forschung mit umfangreichen Messdaten, die durch das Missionsende des Envisat entstanden ist, öffnet GMES auch vollständig neue Anwendungsbereiche. Mehr als nur die Forschung soll auch die Gesellschaft und Wirtschaft von einer kontinuierlichen Versorgung zahlreicher Datenströme profitieren. Dabei geht GMES auch in der Zugänglichkeit der Daten selbst neue Wege und setzt erstmalig auf ein komplett freien Zugang.

Der Erdbeobachtungssatellit Envisat war nicht nur einer der größten seiner Art, er war auch ein Tausendsassa in seiner Disziplin. In seiner zehnjährigen Betriebsphase - doppelt so lang wie ursprünglich geplant - hat er die Erdbeobachtung maßgeblich geprägt und für vollkommen neue Forschungsfelder und Nutzungen erschlossen. Durch Envisat konnte erstmals ein umfangreiches Bild der Erde geschaffen werden und es wurde die Grundlage für die moderne Umweltforschung gelegt: Ozeanverschmutzung, Tropenwaldabholzung oder die Luftverschmutzung durch die Industrie - die hochentwickelten Instrumente an Bord des Satelliten lieferten vollkommen neue Einblicke in die globalen Auswirkungen unserer modernen Zivilisation. Doch auch für die Vermessung der Erde und die wissenschaftliche Forschung im Allgemeinen war Envisat ein Durchbruch, konnte man mit ihm nun beobachten, wie sich Städte durch den U-Bahn-Bau um Zentimeter absenkten und ganze Länder durch Erdbeben um Meter verschoben. Envisat konnte Vulkanen beim "Atmen" zuschauen und erlaubte die Beobachtung des Ozonlochs. Die hohe Qualität der Daten eröffnete auch schrittweise den Weg von der wissenschaftlichen Forschung hin zu einer wissenschaftlichen Dienstleistung für die Welt.

Die Vermessung der Welt ist keine leichte Aufgabe, da es sich bei der Erde um ein Objekt permanenter Bewegung handelt. Flüssiges Magma im Inneren und schwimmende Kontinente auf dem Erdmantel formen die Gestalt der Erde und bestimmen das Erdschwerefeld, das sich unregelmäßig über den Planeten verteilt. Dieses Gravitationsfeld allgemeingültig und mit einer bisher unerreichten Präzision zu vermessen ist die Aufgabe der Mission GOCE. Für den Satelliten wurde ein neuartiges Gravitations-Gradiometer zur Messung des Schwerefelds entwickelt und durch den Einsatz eines Ionenantriebs eine bisher unerreichte Bahnstabilität erreicht. Die Ergebnisse der Mission sind die Grundlage eines neuen geodätischen Referenzmodells auf dessen Basis andere Erdbeobachtungskonzepte miteinander kombiniert werden können. Im Gespräch mit Tim Pritlove erläutert Prof. Reiner Rummel von der Technischen Universität München einerseits die Geschichte der Geodäsie, die Technik des Satelliten und die Aufgabenstellung der Mission und andererseits die Bedeutung der Messergebnisse für die Wissenschaft und die Gesellschaft. Dabei geht es auch um mögliche Auswirkungen von GOCE auf künftige Fernerkundungsmissionen zu Planeten und anderen Himmelskörpern.

Manche Planeten haben viele, manche haben keine, die Erde hat nur einen: einen Mond. Der Erdmond ist der nächste Himmelskörper und der einzige, der bisher von Menschen erreicht wurde. Der Mond ist Forschungsobjekt und Traumgestalt in einem und hat die Menschheit seit jeher fasziniert. Nach der explosiven Frühphase der Raumfahrt, die durch den Wettlauf zum Mond und letztlich den ersten erfolgreichen Besuch eines Menschen auf seiner Oberfläche gekennzeichnet war, ging das Interesse am Mond zunächst stark zurück. Erst in den letzten Jahren gibt es ein Wiederaufflammen des Interesses, geprägt vom bahnbrechenden Nachweis von Wasser auf dem Mond und der potentiellen Nützlichkeit des Trabanten für künftige Missionen in unser Solarsystem.

In den letzten zehn Jahren hat sich das Verständnis des Universums grundlegend gewandelt. Durch zahlreiche wissenschaftliche Entdeckungen und Erkenntnisse wurden die bisherigen Annahmen auf den Kopf gestellt. Um die Fragen nach dem Wesen von Dunkler Materie und Dunkler Energie zu beantworten müssen neue Wege gegangen werden. Dabei spielt das auf der Internationalen Raumstation installierte Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS) eine Schlüsselrolle. Das vom DLR geförderte und von zahlreichen Wissenschaftlern in kurzer Zeit entwickelte neuartige Messsystem beobachtet und analysiert rund um die Uhr eintreffende kosmische Strahlung und sucht dabei nach Atomen und Elementarteilchen, die weiteren Aufschluss über die genaueren Umstände des Urknalls und der generellen Beschaffenheit des Universums geben sollen.

Die Doppelmission TerraSAR-X und TanDEM-X besticht durch ihre ungewöhnliche Konstellation und technische Innovation in der Satellitensteuerung. Zunächst als einfache Radarmission unter dem Namen TerraSAR-X geplant, wurde dem einzelnen Satelliten bald ein nahezu gleicher Zwilling nebenangestellt. TanDEM-X ergänzt das erste Raumfahrzeug mit identischer Messtechnik, aber anders gelagerter Steuerung. Seit Oktober 2010 fliegen die beiden Systeme in helixförmiger Flugbahn um die Erde und kombinieren ihre Messergebnisse. Dadurch wird eine bislang nicht gekannte Genauigkeit in der Höhenmessung erzielt, die die Erdbeobachtung auf eine neue Basis stellt.

Das Deutsche Raumfahrt-Kontrollzentrum (GSOC) mit seinem Hauptsitz in Oberpfaffenhofen ist für die Steuerung von Raumfahrzeugen aller Art zuständig und begleitet unter anderem die Columbus-Mission an Bord der ISS sowie zahlreiche Erdbeobachtungssatelliten und andere Missionen. Das GSOC betreibt außerdem die Bodenstation des DLR in Weilheim und ist für die Steuerung der Lander-Mission der Rosetta-Raumsonde zuständig.

Technologietransfer verbindet Raumfahrtforschung und Wirtschaft indem es eine bidirektionale Brücke zwischen diesen Entitäten baut. Der Transfer von Wissen und Forschungsergebnissen in die Wirtschaft verspricht in der Zukunft eine ökonomischere Nutzung der Anwendung in der Raumfahrt. Neugegründete Firmen könnenwiederum ihre Startphase auf Basis solider, sonst selten profitabler Forschung aufbauen. Das Technology Transfer Program der ESA versucht genau diese Wechselwirkung anzustossen, die für beide Seiten außerordentlich hilfreich ist. Dazu kommen wertvolle Erkenntnisse der Raumfahrt so schneller in die wirtschaftliche und damit auch gesellschaftliche Nutzung.

Der Bedarf an einer umfassenden Beobachtung und Katalogisierung der unmittelbaren Umgebung der Erde im Weltraum wird täglich größer. Zunehmender Satellitenverkehr und Weltraumschrott aber auch wechselnde Sonnenaktivität und erdnahe Asteroiden erfordern unsere Aufmerksamkeit, um Raumfahrtmissionen und kritische Infrastrukturen auf der Erde zu schützen. Seit ein paar Jahren baut die ESA daher eines umfassendes System zur Beobachtung des Erdumfelds auf. Das Space Situational Awareness Program (SSA) fasst eine Vielzahl an Beobachtungsmethoden und -systemen in einem gemeinsamen Konzept zusammen, um in Echtzeit Entscheidungen über mögliche Objekt-Kollisionen im Orbit, mögliche Eintritte von Asteroiden in die Erdatmosphäre und den Einfluss des Weltraumwetters auf Missionen und Infrastrukturen treffen zu können.

Der Umbau unserer Energieversorgung schreitet weltweit stärker voran als sich dies aus der eigenen Betrachtung und Nachrichtenlage ablesen lässt. Besonders die ursprünglich für die Bedürfnisse der Raumfahrt entwickelte Photovoltaik und besonders die Solarthermie spielen hier eine zentrale Rolle. Doch für eine zuverlässige Energieversorgung, die den Anforderungen der Gegenwart und Zukunft entspricht, kommt es auf eine kluge Kombination von unterschiedlichen erneuerbaren Energiequellen an. Studien des DLR zu einer Nutzung von Solarthermie und anderen erneuerbaren Energieformen und der Errichtung von speziellen Stromtrassen im Mittelmeerraum legten dabei in den vergangenen Jahren die Grundlagen für die DESERTEC-Initiativen, die einen umfassenden und kollektiven Umbau der Energie-Infrastruktur Europas, des Nahen Ostens und Nordafrikas (EUMENA-Region) zum Ziel haben.

Nachdem wir bereits in der 30. Ausgabe von Raumzeit die technischen und organisatorischen Aspekte der Mission Cassini-Huygens im Detail besprochen haben, geht die aktuelle Ausgabe unserer Gesprächsserie auf die wissenschaftlichen Erkenntnisse über das Saturnsystem vor und nach dieser bedeutenden Mission ein.

Die DLR_School_Labs sind eine Nachwuchsförderungsinitiative des DLR und sind in neun Städten teils an DLR-Standorte, teils an Universitäten angeschlossen. In den Schülerlaboren wird Schülern die Möglichkeit gegeben, aktuelle Forschung und gelebte Wissenschaft hautnah zu erfahren und Schulen eine Ergänzung des normalen Lehrprogramms geboten.

Deep Space Missionen gehören zu den größten Herausforderungen der Raumfahrt, da hier stets Neuland betreten wird und die technischen und organisatorischen Anforderungen extrem sind. Reisen zu den Gasplaneten unseres Sonnensystems sind dabei besonders selten und durch die großen Distanzen zusätzlicher Nervenkitzel. Die Mission Cassini-Huygens zum Saturnsystem ist eine dieser besonderen Projekte gewesen, die wir in diesem Podcast ausführlich vorstellen möchten. Cassini-Huygens ist eine Kooperation zweier Raumfahrtagenturen: Cassini (NASA) reiste gemeinsam mit der Sonde Huygens (ESA) zum Saturnsystem und setzte letztere über dem Saturnmond Titan ab. Der Eintritt von Huygens in die dichte Atmosphäre des Titan ist damit auch der erste Kontakt mit einem Himmelskörper unseres Sonnensystem, der trotz grundlegender Unterschiede auch frappierende Ähnlichkeiten mit unserer Erde aufweist. Im Gespräch mit Tim Pritlove erläutert Michael Khan - Missionsanalytiker der ESA beim ESOC in Darmstadt - die Planung, Durchführung und Erkenntnisse dieser außergewöhnlichen Mission und berichtet von den zahlreichen Schwierigkeiten, die im Vorfeld und auch während des Fluges bewältigt werden mussten.