Erforschung des Weltraums

Die Erforschung des Weltraums ist einer der spektakulärsten Bereiche der Raumfahrt. Wie ist das Universum entstanden? Wie entwickelte sich das frühe Sonnensystem? Und wie verlief die Entwicklung der Planeten in unserem Sonnensystem? Diesen und anderen Fragen widmet sich die Wissenschaft. So beobachten zum Beispiel die Instrumente des Flugzeugteleskops SOFIA interstellare Staub- und Molekülwolken, in denen sich neue Sterne und Planetensysteme bilden.

Monde, Kometen, Asteroiden und nicht zuletzt die Sonne - die Erforschung des Weltraums ist faszinierend. Wissenschaftlich stehen Fragen nach der Stellung des Menschen im Weltall, nach der Entstehung und Verbreitung von Leben sowie die Untersuchung physikalischer Grundgesetze im Vordergrund. Mit Sonden können Himmelskörper aus nächster Nähe erkundet werden. Weltraumbasierte Teleskope wie das Hubble-Teleskop ermöglichen es, das Weltall auch in den Bereichen zu untersuchen, die von der Erde aus nicht oder nur gemindert zugänglich sind. Damit wird Raumfahrt zu einem unverzichtbaren Instrument der extraterrestrischen Forschung.

SOFIA beobachtet Sternentstehungsgebiete

Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (SOFIA) Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (SOFIA) ist ein gemeinsames deutsch-amerikanisches Vorhaben zur Erforschung des Weltalls. Mit dem von NASA umgebauten Boeing 747SP ist das deutsche 2,7 Meter-Teleskop integriert. Mit ihm werden astronomische Beobachtungen im Infrarot- und Submillimeter-Wellenlängenbereich weitgehend oberhalb der störenden irdischen Lufthülle durchgeführt. In jeweils circa zehnstündigen Nachtflügen werden insbesondere Sternentstehungsgebiete in unserer Milchstraße sowie in den benachbarten Kleinen und Großen Magellanschen Wolken untersucht. Mit dem hochauflösenden Heterodyn-Spektrometer GREAT und dem abbildenden Spektrometer FIFI-LS stellen deutsche Institute zwei der insgesamt sechs einsatzfähigen Instrumente bereit. Nach insgesamt 170 Test- und Beobachtungsflügen wurde SOFIA im April 2014 von NASA als "operational" deklariert.  Nach der Rückkehr des in Hamburg generalüberholten Flugzeugs in die USA Ende 2014 haben Anfang 2015 wieder die wissenschaftlichen Messflüge begonnen. Mit rund 80 Flügen und dem erstmaligen Einsatz aller sechs Instrumente ist 2015 das bisher "produktivste" Jahr des SOFIA-Projekts. Wie schon 2013 werden rund 15 der 80 Flüge im Sommer von Neuseeland aus durchgeführt, um von den im dortigen Winter hervorragenden atmosphärischen Bedingungen zu profitieren.

Rosetta - ESA-Kometenmission schreibt Geschichte

Im März 2004 wurde vom Europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana die Mission Rosetta der Europäischen Weltraumorganisation ESA gestartet. Mit der erstmaligen Landung einer voll mit Instrumenten bestückten Sonde auf einem Kometenkern ist Europa eine Premiere in der Geschichte der Raumfahrt gelungen: Am 12. November 2014 trennte sich das Landegerät Philae von seinem "Mutterschiff", dem Rosetta-Orbiter, und landete nach einer mehr als zehnjährigen Reise "eigenwillig", aber sicher auf dem Kometen 67/P Tschurjumow-Gerassimenko, wo erste wissenschaftliche Daten erfolgreich gewonnenen werden konnten. Mit vielfältigen wissenschaftlichen und finanziellen Beiträgen ist Deutschland umfassend an der Mission beteiligt.

Unsere Erdatmosphäre wird von einem kontinuierlichen Schauer aus hochenergetischen Teilchen getroffen. Mit AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), das im Mai 2011 auf der Internationalen Raumstation angebracht wurde, werden deren Eigenschaften wie Masse und Energie, bestimmt und so die Weltraumteilchen identifiziert. In einer weltweiten Zusammenarbeit von 16 Ländern hat die RWTH Aachen zentrale Komponenten entwickelt und beigestellt. Die Ergebnisse von AMS liefern Informationen über die Existenz von Antimaterie und von Dunkler Materie und tragen so dazu bei, die Vorgänge im frühen Universum besser zu verstehen.

Das besondere Augenmerk der ESA-Mission JUICE (Jupiter Icy Moons Explorer) gilt der Atmosphäre und dem Magnetfeld von Jupiter sowie seinen drei großen Eismonden Ganymed, Kallisto und Europa. Unter den dicken Eispanzern dieser Monde vermutet man Ozeane aus flüssigem Wasser - eine Grundvoraussetzung für die Entstehung von Leben. Den wissenschaftlichen Fragestellungen soll mittels verschiedener Messinstrumente, die zum Teil aus Deutschland kommen, nachgegangen werden. Inzwischen haben die Entwicklungsarbeiten an der Raumsonde und den Instrumenten begonnen. Der Start von JUICE ist für 2022 geplant. Nach der Ankunft im Jahr 2030 soll die Sonde das Jupiter-System drei Jahre lang erforschen.

Forschung unter Weltraumbedingungen

Von einfachen physikalischen bis hin zu komplexen biologischen Systemen - die Schwerkraft beeinflusst fast alle Vorgänge auf unserer Erde: Gegenstände fallen zu Boden, Wasser fließt ins Tal, und Gasblasen im kochenden Wasser treiben nach oben. Bei vielen Vorgängen in Natur und Technik ist ihr Einfluss jedoch nicht unmittelbar zu erkennen, doch auch in der Evolution sind Schwerkraft und Leben auf unserem Planeten seit rund dreieinhalb Milliarden Jahren untrennbar miteinander verbunden. Selbst unser eigenes Leben ist im Grunde ein immerwährender Kampf mit der Schwerkraft - vom Laufenlernen eines Kleinkinds bis zu den Gebrechen des alten und kranken Menschen.

Wenn Wissenschaftler etwas über die Rolle eines bestimmten Faktors erfahren wollen, verändern sie üblicherweise seine Größe oder schalten ihn sogar ganz aus. In Bezug auf die Schwerkraft ist dies, zumindest für längere Zeiträume, erst durch die Raumfahrt möglich geworden.

Auf der Erde lässt sich Schwerelosigkeit nur für kurze Zeiten realisieren: im Fallturm Bremen, auf Flugzeugparabelflügen oder auf Forschungsraketen. Ist länger andauernde Schwerelosigkeit für die Forschung notwendig, muss man in den Weltraum gehen und Satelliten oder die Internationale Raumstation ISS nutzen.

Das Programm "Forschung unter Weltraumbedingungen" bündelt die Forschung zum Einfluss veränderter Schwerkraftbedingungen und verfolgt dabei drei übergeordnete Ziele:

Die Natur erforschen

Der Weltraum bietet einzigartige Möglichkeiten, die Gesetze der Physik von der Relativitätstheorie bis zur Quantentheorie zu überprüfen und den Urfragen der Menschheit nachzugehen. Wo kommen wir her? Wo gehen wir hin? Aufbruch zu neuen Horizonten in der Physik und Erforschung grundlegender Lebensfunktionen sind Schwerpunkte der erkenntnisorientierten Forschung im Weltraum.

Anwendungspotenziale eröffnen

Technologischer Fortschritt erfordert Wissen um die grundlegenden Phänomene - Weltraumexperimente erklären diese. Das Programm ist daher ein wichtiger Impulsgeber für innovative Technologien in Materialforschung und Verbrennung sowie für neue Diagnose- und Therapiemethoden in der Medizin.

Exploration ermöglichen

Auch für zukünftige Langzeitmissionen zu Mond, Mars oder anderen fernen Zielen wird das Programm nicht zuletzt durch die Nutzung der ISS einen wichtigen Beitrag leisten. Für derartige Missionen müssen zunächst grundlegende Voraussetzungen geschaffen werden, etwa durch Entwicklung neuer Technologien in der Materialforschung oder den Lebenswissenschaften - in erster Linie auch zum Wohle des Menschen auf der Erde.