Raumzeit

Ulf Merbold ist der erste westdeutsche im All und bis heute derjenige mit den meisten Ausflügen in den Orbit - drei an der Zahl. Er war sowohl mit den Amerikanern an Bord des Space Shuttle als auch mit den Russen auf der Raumstation Mir über der Atmosphäre. Dazu hat er lange Zeit das Europäische Astronautenzentrum in Köln geleitet und maßgeblich zur Planung des europäischen Forschungsmoduls Columbus auf der Internationalen Raumstation ISS beigetragen.

Nach einem rumpeligen Start mit der "Europa"-Rakete haben sich die führenden europäischen Techniknationen in den 1970er Jahren erfolgreich in dem Ariane-Raketenprogramm zusammengefunden, was dann auch schnell zur Mitgift bei der Gründung der ESA wurde. Besonders die Ariane 5 war dann lange Zeit eine der erfolgreichsten und zuverlässigsten Raketensysteme der Welt. Jetzt ist die letzte Ariane 5 gestartet und in diesem Jahr wird mit dem Jungfernflug der neuen Ariane 6 gerechnet.

Firmen wie OHB in Bremen übernehmen in der Raumfahrt eine kritische Rolle. Als Partner der Wissenschaft und Raumfahrtagenturen begleiten sie die Planung und übernehmen den Bau der Raumfahrzeuge und Nutzlasten. Die von ihnen mit entwickelte Technik erlaubt dabei, die Satelliten immer moderner werden zu lassen und zunehmend kostengünstiger zu betreiben. Aber nicht nur das Zustandekommen von Missionen steht im Fokus dieser Unternehmen. Immer wichtiger wird die Planung des Missionsendes, der Rückführung, Entsorgung und ggf. auch die Verlängerung von Missionen nehmen immer breiteren Raum ein. Die Problematik der Weltraumschrotts stellt die Raumfahrt vor neue Herausforderungen, die künftig mit neuen Lösungen für Planung, Reparatur oder Rettung von Missionen beantwortet werden müssen.

Die geometrische Vermessung des Universums kann eine Reihe von Erkenntnissen liefern, die Aufschluss über seine wahre Größe geben – und damit auch sowohl über seine kontinuierliche Ausdehnung als auch seine innere Beschaffenheit. Diesen Auftrag hat das jüngst gestartete Weltraumteleskop Euclid der ESA, das eine umfangreiche Beobachtung des Weltraums im visuellen sowie dem nahinfraroten Spektrum vornehmen wird. Durch diese Himmelsdurchmusterung erhoffen sich die Astronomen weitere Daten zur Bestimmung der dunklen Energie als auch der dunklen Materie im All. Das gesammelte Datenmaterial wird darüberhinaus in bereitgestellten Katalogen den Forscherinnen und Forschern weltweit noch über Jahre hinaus eine Forschungsgrundlage sein.

Eines der Rätsel der Kosmologie ist das Verhältnis von Materie zu Anti-Materie und warum es im Weltall mehr Materie als Anti-Materie gibt. Und man weiß, dass das Standardmodell der Physik zwar für unsere üblichen Energiebereiche gilt aber in der Dimension des Universums nicht alles erklärt. Um diese Widersprüche aufzudecken hat das CERN mit dem LHCB einen Detektor im Betrieb, der diese Grenzen der Physik ausloten und neue Erkenntnisse liefern soll.

Nach dem CMS-Detektor ist ATLAS das zweite große Detektor-System am Large Hadron Collider am CERN in Genf, dass den Nachweis des Higgs-Bosons geliefert hat und mit seiner aufwändigen Technik auch heute noch weiter Teilchenkoliisionen beobachtet und damit aktiv zur Grundlagenforschung beiträgt.

Der CMS (Compact Muon Solenoid) ist einer der beiden Detektoren, die gemeinsam den Nachweis des Higgs-Bosons ermöglicht haben und ist eine dieser gigantischen Strukturen 100m unter der Erde am CERN and dem die vom LHC beschleunigten Teilchen untersucht werden.

Das ALICE-Experiment ist eines der großen Detektorsysteme am CERN in Genf und nutzt den CERN-Beschleunigerring um die Kollision schwerer Ionen zu beobachten. Dabei entsteht ein sogenanntes Quark-Gluon-Plasma, in dem sich Atom zu einem Teilchenbrei vermengen wie man es vermutlich kurz nach dem Urknalls vorgefunden hat.

Die Beschleunigung von Teilchen ist die Grundlage für die Forschung am CERN. Eine Kaskade von miteinander verbundenen Ringen wird dabei zur Schnellstraße für beschleunigte Elektronen oder Ionen und bauen dabei sukzessive die Energie auf, die letztlich in einer Kollision freigesetzt wird und die Experimente am CERN ermöglicht. Daher sind Aufbau, Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung dieser komplexen Maschine ein sehr wichtiger Bestandteil der Arbeit am CERN.

1954 gegründet, war das CERN von Anfang an Friedens- und Forschungsprojekt in einem. Der aufsteigenden Bedeutung der Kernforschung trug dieser neue Standort in Genf Rechnung und versammelte Wissenschaftler aus Europa und aller Welt, um zu erforschen, was die Welt im innersten zusammenhält. In seiner über 70-jährigen Geschichte konnte das CERN nicht nur grundlegende wissenschaftliche Erkenntnisse liefern sondern machte auch durch nebenläufige Durchbrüche wie die Erfindung des World Wide Webs von sich reden. Als 2012 durch die Experimente am CERN auch noch das lang gesuchte Higgsfeld bestätigt und damit der letzte gesuchte Baustein des Standardmodells der Teilchenphysik gefunden wurde, hatte das CERN die Aufmerksamkeit der ganzen Welt und steht seitdem wie kein anderer Standort für die Bedeutung der Grundlagenforschung in der Wissenschaft.

Der Mensch ist eine Erfolgsgeschichte der Evolution und hat bewiesen, dass er sich an die unterschiedlichsten Extrembedingungen gut anpassen kann. Trotzdem gibt es Grenzen, die schlicht durch die Biologie vorgegeben werden und mit denen man sich arrangieren muss, wenn man den Körper unter hohe Belastung stellt. Was sind die Gründe für diese Beschränkungen und unter welchen Bedingungen können diese Grenzen ausgeweitet oder durch Technologie überwunden werden? Die Beschränkungen auf der Erde sind dann im Weltraum noch einmal deutlich kniffliger und müssen bei Astronauten im Orbit und bei künftigen Mondmissionen bedacht werden.

Die Grundlagenforschung im Bereich der Quantenmechanik ist in den letzten Jahrzehnten weit vorangeschritten und die gewonnenen Erkenntnisse dienen der Entwicklung neuer Technologien, die der Raumfahrt künftig noch genauere Mess- und Steuerinstrumente verspricht. Doch auch auf der Erde werden diese Erkenntnisse und Technologien ihre Spuren hinterlassen, sobald sie sich im All bewährt haben. Das DLR hat gleich mehrere Institute gegründet um in diesem Bereich weitere Fortschritte zu erzielen und ganz konkrete Ansätze für die kommende Produktentwicklung zu liefern.

Die NASA spielt in der Raumfahrt eine herausragende und damit führende Rolle. Keine andere Raumfahrtagentur und Wissenschaftsorganisation steht sowohl innerhalb der Wissenschaft als auch in der Öffentlichkeit so für Erfolg und Exzellenz. Nach einer Reihe sehr erfolgreicher Missionen stehen im Rahmen einer sich ändernden Weltpolitik (die Rolle Russlands verändert sich und die Kooperation mit China bleibt schwierig) und wirtschaftlicher Veränderungen (zunehmende Privatisierung im Raumfahrtbetrieb) alle Agenturen - und damit auch die NASA vor neuen Herausforderungen.

50 Jahre nach der letzten Landung auf dem Mond macht sich die NASA auf wiederum Menschen auf den Mond zu senden. Die Artemis-Mission setzt dabei zunächst auf drei konsekutive Missionen, die sich diesem Ziel schrittweise annähert. Das Projekt ist aber auch eine enge Kooperation mit der ESA, die mit dem European Service Modul eine der wichtigsten Komponenten stellt. Das Modul sorgt für den Antrieb des Raumfahrzeugs und versorgt das Crew-Modul der Astronauten mit allen lebenserhaltenden Funktionen. Die Artemis 1 Mission ist Ende 2022 erfolgreich abgeschlossen worden und alles bereitet sich nun auf den ersten bemannten Flug zum Mond seit einem halben Jahrhundert vor.

Die Sendung ist eine Fortsetzung von RZ076 über den Gaia-Mission und den daraus entstehenden Sternkatalog, dessen Inhalt die astronomische Forschung weltweit mit einer Druckbetankung von Daten versorgt und ganz neue Forschung ermöglicht. Das Data Release 3 diesen Jahres erweitert den bisher schon verfügbaren Datenreichtum um ganz neue Messungen und verbessert dazu die bereits veröffentlichten Daten.

Neutronensterne waren bei Raumzeit bereits ein Thema, jetzt wagen wir einen zweiten Aufschlag, da sich in diesem Feld in den letzten Jahren so einiges getan hat und neue Teleskop-Projekte sowie Forschungstechniken aufgerufen werden. Und insbesondere die direkte Beobachtung einer Kilonova, der Kollision zweier Neutronesterne, hat dieses Wissenschaftsgenre neu durchgemischt.

Gammateleskope suchen im Weltraum schon seit Jahrzehnten nach hochenergetischen Gammastrahlenquellen und erweitern damit unseren Blick auf das Universum. Auch Kosmische Teilchenstrahlung lässt sich so indirekt nachweisen. Da die Erde die Gammastrahlen durch ihre Atmosphäre weitgehend abschirmt, müssen sich bodengestützte Teleskope eines Tricks behelfen: sie beobachten einen Nebeneffekt beim Eintreffen der Strahlung, die sogenannten Tscherenkow-Blitze. Mit zeitlich hochauflösenden Kameras lassen sich diese erkennen. Das Cherenkov Telescope Array ist der Versuch, diese in den letzten Jahren auf La Palma prototypisch betriebenen Beobachtungstechnologien auf eine ganz neue Basis zu stellen. In der Atacama-Wüste soll in Zukunft ein riesiges Feld von drei unterschiedlichen Teleskopgrößen das All auf Gammastrahlenaktivität absuchen.

Die Kanarische Insel La Palma beherbergt ist wie ihre Nachbarinsel Teneriffa Standort zahlreicher Teleskope. Die hohe Bergregion im Norden der Insel bietet für viele Anwendungen einen idealen Platz. Das auffälligste und bekannteste Teleskop ist das Gran Telescopio Canarias, dass seit gut einem Jahrzehnt das größe optische Teleskop der Welt ist.

Hunderte Millionen Sterne bevölkern unsere Galaxis und hunderte Millionen solcher Galaxien mit hunderten von Millionen Sternen sind jenseits Milchstraße im Universum zu entdecken. Die aktive Beobachtung dieser Galaxien dient dem Verständnis der Entstehung des Universums und damit auch unserer Galaxis und der Überprüfung physikalischer Theorien. Neben der reinen Katalogisieren dieser Galaxien ist aber vor allem die genaue Untersuchung ihrer Eigenschaften ein wichtiger Beitrag zur Astrophysik.

Es ist noch nicht so lange her und Exoplaneten waren eine fundamentale Neuigkeit und wichtige Entdeckung. Mit der Zeit ist aber die reine Entdeckung und Zählung dieser Objekte nicht mehr ausreichend: man rückt ihnen mit zahlreichen neuen Weltraumteleskopen auf die Pelle und gewinnt zunehmend neue Erkenntnisse über andere und letztlich auch unser eigenes Sonnensysteme.

Newton und Einstein haben der Welt Formeln gegeben, die das Wesen unserer Welt und des Universums sehr akkurat und belastbar beschreiben. Sie haben uns den Zugang und die Nutzung des Alls eröffnet und viele Fragen über die Entstehung und Funktion des Weltalls beantwortet. Doch noch mehr Fragen wurden aufgeworfen und bleiben vorerst unbeantwortet. Wir können das was, was wir erleben und nutzen gut mathematisch beschreiben, doch wissen wir auch, dass diese Beschreibungen ihre Grenzen haben. Diese zu durchschreiten ist eine Aufgabe der theoretischen Physik und Kosmologie, die auf der Suche ist nach einem noch besseren Verständnis dessen, was die Welt im innersten zusammenhält.

Weltraumteleskope versuchen alle möglichen Blickwinkel auf das All einzunehmen und spezialisieren sich dabei auf die unterschiedlichste Art und Weise. Das Projekt CHEOPS ist dabei eine einfache und reduzierte und damit auch vergleichsweise günstige Mission, die in Kooperation mit der ESA von der Schweiz aus geleitet und gelenkt wird. CHEOPS konzentriert sich darauf, die Helligkeit von Sternen und Exoplaneten mit einer außerordentlichen Auflösung und Genauigkeit über längere Zeit zu messen und dabei auch die feinsten Änderungen aufzuzeichnen

War Europa führend bei der Entwicklung der ersten Raketentechnik zu Beginn des 20. Jahrhunderts blutete sie in Folge des zweiten Weltkriegs nachhaltig aus und und brauchte ein paar Jahrzehnte, um die wieder auf die Füße zu kommen. Sinnbildlich für aber auch vorbildlich für den schwierigen Einigungsprozess Westeuropas fanden die großen europäischen Staaten nach einigen Mißerfolgen gegen Ende der Siebziger Jahre langsam zueinander und mit dem Erfolg des Ariane-Programms stieg auch die Bedeutung der Europäischen Raumfahrt im internationalen Vergleich und Wettbewerb stetig an. Heute ist die ESA und die europäische Raumfahrtindustrie die am besten vernetzte Wissensschaftsstruktur der Welt und trägt besonders mit seinen Erdbeobachtungsprojekten erheblich zur Gesamtleistung der Raumfahrt bei.

Die europäische Organisation EUMETSAT ist der europäische Betreiber von Wettersatelliten und Datendienstleister für die Wetterdienste und die Wissenschaft. EUMETSAT steuert von seinem Stammsitz in Darmstadt die Flotte der Meteosat- und MetOp-Satelliten und ist im Rahmen des EU-Programms Copernicus auch Teil der europäischen Erdbeobachtungsmissionen. Wir sprechen über die Entwicklung der europäischen Wettersatelliten seit den 70er Jahren und die die heutige Flotte von EUMETSAT zur Beobachtung der Wetterlage, wie neue Systeme geplant und schrittweise eingeführt werden und welche zukünftigen Herausforderungen für die Wetterbeobachtung anstehen.

Exoplaneten sind eine der jüngsten wissenschaftlichen Disziplinen, doch beschleunigt sich die Zahl der Erkenntnisse durch zahlreiche erfolgreiche Deep Space Missionen und weiterer Forschung in diesem Bereich immer mehr. Nach der ersten Runde der reinen Detektion dieser fernen und schwer zu findenden Körper, geht jetzt auch die Suche nach Planeten los, die Gemeinsamkeiten mit der Erde aufweisen.

Die Metaebene gibt es nur, weil Ihr, die Hörerinnen und Hörer, sie finanziert. Es gibt keine Einnahmen aus Werbung und das soll auch so bleiben. Ganz wichtig sind die Daueraufträge, die viele von Euch eingerichtet haben. Nun ändert sich leider (ein weiteres Mal nach 2020) die Bankverbindung und ich bitte Euch, Eure Daueraufträge entsprechend abzuändern, sonst geht der Metaebene sehr bald das Geld aus. Die neue IBAN lautet DE85120400000028046100.

Das Jupitersystem mit seine großen Zahl an Monden birgt noch viel Unbekanntes und im nächsten Jahr startet die ESA mit JUICE eine Mission, die sich weniger auf den Planeten selbst als vielmehr auf seine Monde konzentrieren wird. Finales Ziel ist der größte der sogenannten Galileiischen Monde Ganymed. Die Sonde wird in einen Orbit um diesen Mond eintreten und dabei das Objekt über einen längeren Zeitpunkt mit vielen Instrumenten aufs genaueste untersuchen.

Zahlreiche Missionen der ESA sind der umfassenden astronomischen Beobachtung des Weltalls gewidmet. Gerade hat die Mission Gaia alle Erwartungen übererfüllt und einige neue Missionen wurden gerade gestartet oder stehen schon in den Startlöchern. Doch wie läuft so eine Mission im Vorfeld ab und wie gelingt die Zusammenarbeit mit der wissenschaftlichen Community? Wir sprechen über diese Beobachtungsmissionen, das Wissenschaftsprogramm der ESA und auch die Zukunft der bodengestützen Astronomie durch das Extremely Large Telescope in Chile.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist wohl die international von der Astronomen, Astrophysikern und anderen Wissenschaftlern am meisten herbeigesehnte Mission seit Gaia. Denn das außergewöhnliche Teleskop, das vom Lagrange-Punkt L2 das Weltall beobachten soll stellt an Komplexität und Möglichkeiten der Instrumente alle bisherigen Projekte in den Schatten. Der Start hat sich schon um viele Jahre verzögert doch nun soll es im Dezember 2021 endlich so weit sein. Wenn alles klappt könnten sich eine Reihe wichtiger wissenschaftlicher Erkenntnisse ergeben.

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.

Das Infrarot-Weltraumteleskop Herschel wurde gemeinsam mit dem Schwester-Satelliten Planck 2009 gestartet und erreichte zwei Monate später seinen Aufenthaltspunkt auf der Erd-Sonnen-Achse ca. 1,5 Millionen Kilometer von unserem Planeten entfernt. Von dort beobachtet Herschel den Weltraum im Infrarotteleskop mit dem größten Spiegel, der je von Menschen ins All gebracht wurde. Im Gespräch mit Tim Pritlove erläutert Micha Schmidt, Spacecraft Operations Manager beim ESOC in Darmstadt, die Technik des Satelliten und schildert die besonderen technischen Anforderungen, die für dieses Projekt beachtet werden mussten.

Raumfahrtmissionen erfordern eine permanente und zuverlässige Steuerung und Kommunikation mit der Erde. Diesen Kontakt halten eine Vielzahl von Bodenstationen, die auf unterschiedlichen Frequenzbändern die Aktivität im Orbit und im Deep Space beobachten und die Kontrolle der Missionen ermöglichen. Das ESTRACK Bodenstations-Netzwerk der ESA ist ein weltumspannender Verbund von Großantennen, die über internationale Datenleitungen vom ESOC in Darmstadt ferngesteuert werden. ESTRACK erlaubt eine Rund-um-die-Uhr-Beobachtung und Steuerung sowohl von erdnahen Starts und Missionen als auch die Fernkommunikation mit weit von der Erde entfernten Sonden und Weltraumteleskopen. Dabei unterstützt ESTRACK sowohl die ESA-eigenen Missionen als auch Projekte anderer Weltraumagenturen weltweit.

Langzeitaufenthalte im All haben ihre ganz eigenen Anforderungen und eine mögliche bemannte Mission zum Mars stellt die internationale Raumfahrt vor ganz neue Fragestellungen sowie organisatorische und vor allem medizinisch-psychologische Herausforderungen. Um letztere genauer zu analysieren und um entsprechende Rahmendaten für eine detaillierte Planung einer Marsmission zu gewinnen wurde von ESA und ROSKOSMOS das Mars500 Langzeitexperiment ins Leben gerufen. Über einen Zeitraum von 520 Tagen wurde im Juni 2010 dabei ein Team von 6 Männern in einer Raumfahrzeug-ähnlichen Situation untergebracht und wird seitdem Tag und Nacht beobachtet und medizinisch-psychologischen Tests unterzogen. Während der langen Zeit werden möglichst viele Bedingungen eines realen Marsflugs simuliert. Im November 2011 endet das Experiment.

Das Experimentieren in Schwerelosigkeit gibt Forschern in vielen Disziplinen die Möglichkeit, Vorgänge und Materialien auf eine Weise zu testen, die auf der Erde normalerweise nicht möglich ist. Wissenschaftler können dabei Nebeneffekte isolieren und ihren Experimenten grundlegende Aussagen abgewinnen. Der Ausschluss der natürlichen Gravitation hat signifikante Auswirkungen für die Forschung in Biologie, Medizin oder Physik und erlaubt große Fortschritte im Bereich der Materialforschung und bei technologischen Erprobungen.

Das Zentrum für satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) des DLR ist eine Diensleistungseinrichtung zur Unterstützung von Staaten, Einsatzkräften oder Hilfsorganisationen bei der Bewältigung von Naturkatastrophen und anderen große Gebiete betreffene Krisen, bei denen eine Aufklärung durch Erdbeobachtungssysteme hilfreich sein kann. Das ZKI ist rund um die Uhr an jedem Tag des Jahres aktivierbar und ist in der Lage, in kurzer Zeit von den eigenen Satelliten oder auch denen anderer Organisationen Daten zu beziehen und diese der jeweiligen Hilfsanfrage gemäß auszuwerten, aufzubereiten und in strukturierter Form bereitzustellen. Das ZKI leistet damit eine signifikanten und hilfreichen Beitrag bei der Bekämpfung der Auswirkungen der Katastrophen.

Für den in der letzten Raumzeit-Ausgabe ausführlich behandelten Satellit ROSAT steht in den kommenden Wochen der Wiedereintritt in die Erdatmosphäre bevor. Der nicht mehr steuerbare Satellit wird zum allergrößten Teil verglühen, es muss aber damit gerechnet werden, dass bis zu 30 einzelne Trümmerteile die Erdoberfläche erreichen könnten. Rund um den Wiedereintritt gibt es viele Fragen, die wir in dieser Ausgabe behandeln möchten. Nach aktuellen Berechnungen steht der Wiedereintritt des ROSAT-Satelliten in die Erdatmosphäre für Ende Oktober 2011 an.

Die Röntgenastronomie hat in den 70er Jahren vollkommen neue Einblicke ins All ermöglicht und trug in erheblichem Maße zum heutigen Basiswissen über unser Universum bei. Die ROSAT-Mission - unter Federführung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik und in Kooperation mit der NASA und dem DLR - ermöglichte Anfang der 90er Jahre einen Durchbruch in der umfangreichen Kartografie des Universums und in der Erforschung von Röntgenquellen im All überhaupt.

Die hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit und die trotz langer Projektplaufzeiten herrschende Zeitnot zwingt Raumfahrtingenieure und -Wissenschaftler oft dazu, auf Bewährtes und Getestetes zurückzugreifen, um das Risiko für die Missionen möglichst niedrig zu halten. Dabei bleiben neue Technologien oder Methoden häufig unerforscht oder ungetestet. Um den weitergehenden Fortschritt zu ermöglichen und um Neues zumindest mental durchgespielt zu haben hat die ESA 2002 das Advanced Concepts Team (ACT) ins Leben gerufen. Im ACT entwickeln junge Wissenschaftler neuartige Konzepte, Lösungsansätze und Technologieideen die möglicherweiser künftigen Raumfahrtmissionen dienen können. Die Forschung ist hier allerdings bewusst nicht projektorientiert sondern wendet sich eher allgemeinen Problemen der Raumfahrt zu, um die Forschung von genau den Zwängen zu befreien, die sonst den Fortschritt behindern. Das Advanced Concepts Team arbeitet so als Think Tank für andere Bereiche der ESA.

Eine der größten Herausforderungen in der bemannten Raumfahrt ist die Bewältigung der lebensfeindlichen Bedingungen des Weltraums: Schwerelosigkeit, künstliche Atmosphäre und kosmische Strahlung setzen dem menschlichen Körper in vielfältiger Weise zu und müssen sorgfältig bei jeder Mission mitbedacht werden. Eine medizinische Betreuung der Astronauten beginnt dabei bereits Monate vor dem Start und intensiviert sich während des Einsatzes noch einmal merklich. Doch bietet die Raumfahrt der medizinischen Forschung auch ein großes Potenzial. Der Wegfall der Gravitation erlaubt das Isolieren und Studieren von Körperfunktionen wie es auf der Erde nicht möglich wäre. So trägt die Raumfahrtmedizin signifikant zum wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn bei - auch weit über die Anforderungen und Bedingungen der Raumfahrt hinaus.

Der Flug der Raumsonde Giotto zum Kometen Halley war ein Meilenstein in der Erforschung von Kometen und für die ESA eine wichtige Mission beim Aufbau der interplanetaren Forschung. Giotto lieferte durch seine große Annäherung an Halley Bilder in einer bis dahin nicht bekannten Güte. Die Raumsonde Rosetta ist nun auf dem Weg die Geschichte von Giotto fortzuschreiten und wird sich dem Komenten Tschurjumow-Gerasimenko nicht nur noch weiter nähern, sondern auch einen Lander auf dem Komenten absetzen, um dessen Zusammensetzung noch vor Ort zu analysieren. Im Juni wurde die Sonde in den Tiefschlaf versetzt um für die finale Phase der Mission in 2014 wieder geweckt zu werden.

Ende einer Ära: Das Space Shuttle-Programm der NASA endet in diesem Monat mit dem Start der letzten Raumfähre und einem letzten Flug zur Internationalen Raumstation. Als eine Ikone der Raumfahrt gefeiert hat das "Space Transportation System" in nun bald 135 Missionen eine große Missionsvielfalt an den Tag gelegt und letztlich den Aufbau der ISS überhaupt erst ermöglicht.

Das European Space Research and Technology Centre (ESTEC) in Noordwijk in der Nähe von Den Haag in den Niederlanden ist einer der größten Standorte der ESA und beherbergt neben zahlreichen Forschungslaboren auch ein großes Testzentrum, in dem alle Raumfahrzeuge der ESA auf Herz und Nieren geprüft werden, bevor sie für ihren Einsatz freigegeben werden. Das ESTEC Test Centre nimmt damit eine im wahrsten Sinne des Wortes zentrale Rolle im Gesamtablauf der ESA-Missionen ein und liefert für Inbetriebnahme und Betrieb wertvolle Ergebnisse. Das ESTEC Test Centre ist mit einer Vielzahl an üppig dimensionierten Testständen ausgerüstet. So ist hier die Prüfung der Temparatur- und Vakkumbeständigkeit wie auch der Vibrationsfestigkeit auch großer Raumfahrzeuge wie dem ATV möglich.

Das Automated Transfer Vehicle (ATV) ist das Logistik-Raumfahrzeug der ESA für die Internationale Raumstation ISS. Nachdem im Frühjahr 2008 die erste ATV-Mission unter dem Namen "Jules Verne" erfolgreich abgeschlossen werden konnte wurde zwei Jahre später die Nachfolgemission "Johannes Kepler" gestartet und ist zum Zeitpunkt der Aufnahme dieses Gesprächs gerade mit der ISS verbunden, um einige Wochen später die Raumstation wieder zu verlassen.

SOFIA - das auf ein Flugzeug montierte Infrarot-Teleskop zur Beobachtung des Weltalls von der Stratosphäre aus - ist ein Gemeinschaftsprojekt des DLR und der NASA. Als Nachfolgesystem des bereits sehr erfolgreichen Kuiper Airborne Observatory (KAO) wurde SOFIA unlängst in Betrieb genommen und erreicht aufgrund seiner größer dimensionierten Spiegel und aktueller Messtechnik deutlich gesteigerte Messwerte. Damit dient SOFIA der verbesserten Beobachtung des Weltalls und der Grundlagenforschung auf vielen Gebieten.

Computer sind heute das Universalwerkzeug der Forschung und Software ist der Schlüssel zum Erfolg der Projekte. So wird Software auch selbst zum Forschungsgegenstand. Aber auch um in anderen Forschungsbereichen des DLR das Wissen um die erforderlichen und wünschenswerten Techniken in der Softwareentwicklung voranzubringen erfolgt eine aktive Unterstützung durch diesen Forschungsbereich.

Robotik ist eine noch verhältnismäßig junge technische Disziplin und steht in der Raumfahrt selbst noch vor dem Durchbruch. Erstmals kam im Rahmen der D2-Mission auf dem Space Shuttle ein vom DLR geplantes Projekt auf einem Raumfahrtzeug zum Einsatz. Mit den in den letzten Jahrzehnten gewonnenen Erkenntnissen könnten sich die unbemannte und bemannte Raumfahrt in zahlreiche Richtungen weiterentwickeln. Dazu gehören sicherere Außenbordeinsätze, bodengesteuerte Experimente und missionsverlängernde Maßnahmen.

Unsere Erde ist von einer verhältnismäßig dünnen Schicht von Gasen umgeben, die das Leben auf der Erde überhaupt erst ermöglicht, indem sie Temperatur und Klima schafft und Schutz vor Strahlung bietet. Die Struktur der Atmosphäre hat aber auch große Auswirkungen auf die Kommunikation in der Raumfahrt und ihre Verschmutzung durch natürliche und menschengemachte Partikel ist eine Herausforderung sowohl für die Umwelt als auch für die Luftfahrt. Ein einschneidendes Ereignis, das diese Zusammenhänge deutlich gemacht hat, war der Ausbruch des Eyjafjallajökull in Island vor einem Jahr, der für einige Tage die Einstellung des Luftverkehrs in weiten Teilen Europas zur Folge hatte.

Vor fünzig Jahren, am 12. April 1961, passierte Juri Alexejewitsch Gagarin an Bord der Wostok 1 als erster Mensch die magische 100-Kilometer-Marke, ab der man vom Weltraum spricht. Damit war faktisch die moderne bemannte Raumfahrt geboren. Russland führte somit technologisch die Entwicklung an und unterstrich diese Führungsrolle durch den Aufbau von Raumstationen, die fortan als Basis von Langzeitmissionen russischer Kosmonauten dienten. 17 Jahre später wurde ein Deutscher Teil einer dieser Missionen: Der Wissenschaftler und Militärpilot Sigmund Jähn aus Morgenröthe-Rautenkranz in Sachsen trat am 26. August 1978 die Reise zur Raumstation Saljut 6 an und war damit der erste Deutsche im Weltall. Nach der Wende wurde Sigmund Jähn zu einem begehrten Ratgeber des DLR und der ESA sowie Ausbilder deutscher Astronauten. Anlässlich des 50-jährigen Jubiläums der bemannten Raumfahrt baten wir Sigmund Jähn, einen Rückblick auf die Pioniertage der Raumfahrt zu wagen.

Astronauten müssen für ihre Einsätze über ein außergewöhnlich umfangreiches Grundwissen und Training verfügen, damit sie sowohl den Herausforderungen der täglichen Arbeit im Orbit als auch möglichen Notfallsituationen gewachsen sind. Wie komplex und umfangreich diese Ausbildung ist, erzählt die elfte Ausgabe des Raumzeit-Podcasts.

Raumstationen sind neben den großen interplanetaren Missionen die Aushängeschilder der Raumfahrt. Heute wirkt sie zudem als Bindeglied der internationalen Raumfahrtagenturen, von denen sich schon viele an den Aktivitäten der Mir und vor allem der Internationalen Raumstation ISS beteiligen. Die ESA stellt mit dem Columbus-Modul einen wichtigen Baustein der ISS.

Neben den großen Himmelskörpern wie Sonne und Planeten wird unser Sonnensystem auch durch eine Vielzahl von kleineren Objekten geprägt: Asteroiden und Kometen nehmen in der Mitte und am Rand des Systems breiten Raum ein und einige einzelne Vertreter sínd dabei auch auf Kollisionskurs mit seinen Nachbarn. Auch die Erde ist vor Asteroiden nicht gefeit und so sind Einschläge von Kleinstobjekten an der Tagesordnung und Kollisionen mit größeren Vertretern der Zunft haben in den letzten Jahrmillionen die Oberfläche der Erde und das Leben auf ihr nachhaltig geprägt.

Satellitennavigation ist die vielleicht populärste Anwendung der Raumfahrt überhaupt. Seitdem die USA ihr GPS-System Anfang der 1990er Jahre für jeden nutzbar geschaltet haben, werden immer mehr Einsatzgebiete gefunden. Mit Galileo haben die Europäer ihr eigenes Navigationssystem in Planung, dass in den kommenden Jahren Schritt für Schritt in Betrieb genommen werden soll.

Die Raumfahrt schießt seit Jahrzehnten beherzt neue Raumfahrzeuge in den Orbit und übersah anfangs ein heute bedrohliche Ausmaße annehmendes Problem: die Umlaufbahnen sind überfüllt mit Material und fortlaufend auftretende kleine und große Kollisionen erzeugen ein orbitales Trümmerfeld, dass zunehmend den ordnungsgemäßen Betrieb bestehender und kommender Missionen gefährdet.

Paradoxerweise ist die Erdbeobachtung eine der wichtigsten Aufgaben der Raumfahrt, da erst der Blick von oben der Menschheit das nötige Bewusstsein für das Große und Ganze und für die Verletzlichkeit unseres Planetens geschaffen hat. Unter dem Begriff fallen allerdings gleich eine ganze Reihe von Anwendungen zusammen.

Die Planeten - die "Wanderer" am Himmel - sind die Spaltprodukte der Entstehung unserer Sonne und Basis unserer Existenz. Aber was bedingte die Entstehung von Planeten, war es ein Zufall oder unvermeidlich? Und was befördete das Entstehung von Leben auf der Erde?

Nachdem wir in der dritten Ausgabe von Raumzeit uns ausführlich mit den Raketentriebwerken und dem Raketenstart beschäftigt haben, nimmt die aktuelle Sendung den Faden an der genau der Stelle auf und blickt auf den Bereich "Operations" der sich mit der konkreten Steuerung der Raumfahrzeuge auseinandersetzt.

Um die Erdanziehung zu überwinden muss bei Raumfahrtmissionen eine Menge Energie freigesetzt werden. Um die notwendige Kraft zu entfalten müssen leistungsfähige und zuverlässige Antriebe entwickelt werden. Die dritte Ausgabe von Raumzeit widmet sich ganz diesem Thema. Ralf Hupertz, Ingenieur beim Institut für Raumfahrtantriebe des DLR in Lampoldshausen führt in die Prinzipien und Details der Raketenantriebe ein, bietet Einblick in die Geschichte und Zukunft der Technologie und erläutert die Bedeutung dieses Technikfelds für die gesamte Raumfahrt.

Bevor irgendetwas ins All geschossen wird muss zunächst viel nachgedacht werden. Daher widmet sich die zweite Ausgabe von Raumzeit der Phase der Missionsplanung. Missionsanalyst Markus Landgraf vom European Space Operations Center (ESOC) der ESA in Darmstadt berichtet in dieser Ausgabe ausführlich wie neue Missionen geboren werden und wie man sie konkret plant, wie man die Koordinierung mit beteiligten Gruppen durchführt und in welchem Maße die Planung letztlich auch die tatsächliche Durchführung der Mission beinflusst. Ein spannender Einblick in aktive Raumfahrt bis zu dem Moment wo der Countdown beginnt.

Nun ist es so weit: die erste Ausgabe unseres Podcasts steht bereit. Um dem gesamten Themenkomplex einen Rahmen und eine ausführliche Einführung zu geben beginnen wir mit einem Gespräch mit Jan Wörner, Vorstandsvorsitzender des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt und damit auch offizieller deutscher Vertreter bei der ESA wo er als stellvertretender Vorsitzender im ESA-Rat agiert. Jan Wörner erläutert im Gespräch die organisatorische Konstruktion der Raumfahrt in Europa, stellt wichtige Projekte der europäischen Raumfahrt der Vergangenheit und Gegenwart vor und gibt grundlegende Einblicke in das Selbstverständnis, die Ziele und Motivation der deutschen und europäischen Raumfahrt-Akteure.

Eine kleine Einführung in unser Projekt als Appetithäppchen vorab, damit Ihr Euch schon mal mit unserer tollen Erkennungsmelodie bekannt machen könnt.

Weltraumschrott und auch der deutlich erhöhte Verkehr im Erdorbit stellen in zunehmenden Maße die Raumfahrt vor Probleme. Besonders die spürbar erhöhte Anzahl von Objekte durch viele neue Kleinsatelliten und Mega-Konstellationen wie Iridium, Starlink, OneWeb oder Kuiper vergrößern die Wahrscheinlichkeiten von neuen Kollisionen laufend. Die ESA hat ihre Aktivitäten im Bereich der Bekämpfung des Schrotts ausgeweitet und verfolgt ein Space Safety Programm, dass mit neuen Radarsystemen die Erfassung der Objekte im Orbit deutlich verbessern soll und mit Lasertechnologie ggf. sogar die Bahnen von störenden Elementen vom Boden aus ändern kann. Projekte wie Clearspace One versuchen wiederum neue Missionen zu entwickeln, die aktiv besonders gefährliche Strukturen aus dem All zu fischen und zu einem kontrollierten Wiedereintritt zu bewegen.

Philosophische Fragen scheinen nur auf den ersten Blick wenig vereinbar mit der Naturwissenschaft zu sein. Tatsächlich bietet die deutende und ordnende Kraft philosophischer Erklärungsmuster eine Menge Potential, auch in der Astrophysik und Astronomie bestimmte Fragestellungen neu zu formulieren oder zu vermitteln.

Das gemeinhin als so leer angesehene Universum ist wenn man genauer hinschaut ziemlich staubig. Planetenstaub und interstellare Gase, Monderuptionen und die Ausgasungen von Kometen: überall künden kleinste Partikel von den Aktivitäten des Alls. War es anfangs noch das Ziel, die Gefährdung der Raumfahrt durch diese Stäube besser einschätzen zu können hat sich diese Disziplin mit der Zeit zu einer neuartigen Form des Astronomie entwickelt. Künftig werden neue Missionen den Fluss der Partikel im All so genau berechnen können, dass sich heute noch verborgene Vorgänge und Spuren von unentdeckten Objekte auffinden lassen werden.

Es hat nicht lange gedauert und das vor einigen Jahren veröffentlichte Kerbal Space Program hat weltweit viele Freunde gefunden. Und dazu gehören auch viele, die selbst in der Raumfahrt arbeiten. Denn obwohl in dem Spiel nicht das tatsächliche Sonnensystem oder gar unser Universum modelliert wird, bildet es die physikalischen Gesetzmäßigkeiten korrekt ab und erlaubt es jedem, selbst Raketenprogramme aufzusetzen, Satelliten zu starten und im Orbit zu halten, Landemissionen auf anderen Planeten anzuführen und alle diese Raumfahrzeuge zusammen arbeiten zu lassen.

Unter dem unscheinbaren Namen GEO600 versteckt sich auf einem Feld in der Nähe von Hannover eine ebenso unscheinbare Anlage, die aber einen großen Einfluss auf die Forschung an Gravationswellen hat. Denn dort wird die Technologie, die weltweit in den Gravitationswellendetektoren zum Einsatz kommt maßgeblich mitentwickelt und vorangetrieben. Gravitationswellen wurden 2016 in das Licht der Öffentlichkeit gehoben, nachdem mit den LIGO-Detektoren in den USA das erste Signal empfangen werden konnte. Die LIGO-Detektoren waren kurz vorher mit der neuesten Technik, die am GEO600 getestet wurde, ausgestattet worden. Und für die Zukunft werden weitere Maßnahmen erwogen, um die Erkennung der Gravitationswellen noch weiter zu verfeinern und damit das Zeitalter der Gravitationswellenastronomie einzuläuten.

Astronomie ist kein Tätigkeitsfeld, das nur ausgebildeten Astronomen offen steht. Leistungsfähige Teleskope und Kameras sind schon lange in hoher Qualität in zunehmend erschwinglichen Preisklassen erhältlich und rund um die Welt werfen viele Sternenliebhaber ihren ganz privaten Blick ins Universum. Dabei steht bei vielen der Spaß an der Sache im Vordergrund, doch gibt es auch einige, die mit ihren Beoabachtungen auch die professionelle Sternenwissenschaft unterstützen oder sogar ihre eigenen Entdeckungen machen. Das Internet und frei verfügbare Software zur spezifisch auf Astronomie ausgerichteten Bildbearbeitung tun ihr übriges, diese Aktivitäten möglich zu machen. Doch für die Hobbyastronomen wird es auch zunehmend schwieriger an der Lichtverschmutzung der menschlichen Zivilisation vorbei einen hochwertigen Blick auf die Sterne zu erhaschen. Viele mischen sich daher auch in die lokale Politik ein und drängen die Entscheidungsträger zu einem gewissenhafteren Einsatz von Nachtlicht bis hin zur Deklaration ganzer Landstriche zu Sternenparks. Bleibt die zunehmende Population des Firmaments durch immer neue Satelliten, die auch die Profis vor Probleme stellen.

Das Sonnensystem ist mit unzähligen Asteroiden, Kometen und anderen Bruchstücken durchsetzt und wie es der Zufall so werden diese zu Meteroiden, die die Erde ansteuern und dann zu Meteoren, die flammend unsere Atmosphäre durchschneiden um am Ende als Meterorit auf der Erdoberfläche aufzuschlagen und für uns Zeuge einer kosmischen Vergangenheit werden, über die wir immer noch zu wenig wissen. Doch schon heute können wir aus diesen zumeist schwarzen Körpern eine Menge herauslesen und teilweise auch ihre Herkunft bestimmen. In umfangreichen Sammlungen dieser Meteoriten lassen sich für die Raumfahrt gezielt bestimmte Objekte heraussuchen, um Aufschluss über die Beschaffenheit von Asteroiden zu erhalten, die von Raumfahrzeugen bereist werden. Eine solche Sammlung hält unter anderem das Museum für Naturkunde in Berlin vor und ist damit Partner der Raumfahrt und Wissenschaft.

Die Sonne lag und liegt im Fokus diverser Missionen der letzten Jahrzehnte. Jetzt wird mit dem Doppelgespann Parker Solar Probe und dem Solar Orbiter ein weiterer und weitgehender Schritt unternommen, die letzten Rätsel der Sonne, ihrer Aktivität, des Sonnenwinds und einiger noch ungeklärter Phänomene zu lösen. Parker Solar Probe kommt dabei der Sonne so nah wie noch nie ein anderes Raumfahrzeug zuvor.

Die Fortsetzung der Hayabusa-Mission der japanischen Weltraumagentur JAXA führt eine Raumsonde zum Asteroiden Ryugu. Mit an Bord ist der Lander MASCOT, der vom Institut für Raumfahrtsysteme des DLR in Bremen entwickelt wurde. Die Mission verläuft außerordentlich erfolgreich und befindet sich derzeit auf dem Rückflug zur Erde.

Kaum ein Unternehmen hat die Raumfahrt in den letzten Jahren so umfangreich und nachhaltig umgekrempelt wie SpaceX. Das Projekt des ehemaligen PayPal-Gründers Elon Musk wurde 2002 gegründet und trat an, um mit einer von Grund auf neu entwickelten Rakete den Zugang zum All so günstig zu machen wie noch nie. 17 Jahre später lässt sich feststellen, dass SpaceX das Vorhaben gelungen ist. Die Falcon 9 Rakete hat nicht nur die Kosten erheblich gedrückt, sie hat auch der Raumfahrt durch die erstmalige Landung der ersten Stufe der Rakete wieder etwas von der Magie zurückgegeben, die die Raumfahrt in den 60er Jahren so geprägt hat. Auf Basis der selben Triebwerkstechnologie wurde mit der Falcon Heavy zudem die heute stärkste Rakete entwickelt und SpaceX ist jetzt dabei mit dem Starship-Projekt auch einen Transportweg zum Mars zu entwickeln.

Der Mars ist und bleibt das interessanteste Objekt der Raumfahrt. Alle zwei Jahre starten neue Missionen zu unserem Nachbarplaneten und senden neue Sonden, Lander und Rover ab, um weitere Erkenntnisse über Geologie, Geochemie und andere Aspekte zu gewinnen. Denn das Wissen um Geschichte, Aufbau und Struktur des Mars liefern eine Menge Informationen über die Entstehung des Sonnensystems und damit auch neue Erkenntnisse über die Erde. Die extrem erfolgreichen und auch gut aufeinander abgestimmten Missionen der NASA und ESA der letzten Jahrzehnte haben uns nun ein interessantes Instrumentarium, um diese Erforschung weiter voranzutreiben und neue Missionen sind bereits in den Startlöchern. In dieser Ausgabe von Raumzeit schauen wir, was die bisherigen Missionen geleistet haben und was wir dabei über den Mars gelernt haben.

Weltraumteleskope tragen erheblich zu Fortschritten in der Astronomie und dem Verständnis des Universums bei. Das in einem breiten Lichtwellenbereich ins All schauende Hubble-Teleskop gehört dabei zu dem erfolgrechsten Missionen dieser Art. Mit Hubble wurden unter anderem die Hubble-Konstante neu bestimmt und das Teleskop bot auch tiefe Einblicke in das Weltall, das uns die unfassbare Weite und intergalaktische Vielfalt näherbrachte. Die Mission selbst war auch eine Herausforderung für die Raumfahrt selbst: nicht nur die Platzierung im Orbit durch das amerikanische Space Shuttle sondern vor allem die später nötigen Reparaturen stellten große Anforderungen an Raumfahrer und Wissenschaftler. Das Hubble-Weltraumteleskop war auch ein wichtiger Begleiter für die Exoplaneten-Erforschung und als Späher für Missionen wie der Sonde "New Horizons", deren Flug zum Pluto durch Hubbles Hilfe noch ein weiteres Ziel nachgeliefert werden konnte. In der verbleibenden Restlaufzeit von ca. 15 bis maximal 20 Jahren wird Hubble für weitere Erkenntnisse sorgen. Die Situation der Weltraumteleskopie wird danach aber anders aussehen, da bislang kein entsprechendes Nachfolgeprojekt im gleichen Wellenbereich in Planung ist. Das James-Webb-Teleskop wird im Infrarotbereich weitersuchen und interessante Erkenntnisse über die Vergangenheit des Universums aufspüren, doch wird der Welt ein wichtiges Auge fehlen, wenn Hubble verglüht sein wird.

Die europäische Raumfahrt steht vor großen Herausforderungen. Die Zukunft der Internationalen Raumstation steht in den Sternen und im Bereich der Launcher läuft man derzeit den Entwicklungen in den USA hinterher. Auch die eigene Rolle im Konzert der Kooperationen mit anderen Staaten und allen voran China will neu definiert werden. Dazu ändert sich auch das strukturelle Umfeld da klassisch von Staaten organisierte Aufgaben im zunehmenden Maße von privaten Unternehmen übernommen werden.

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.