Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) startete erfolgreich den LISA Pathfinder, eine Raumsonde, die entwickelt wurde, um Technologie zur Beobachtung von Gravitationswellen im Weltraum zu demonstrieren. Der Start fand am 3. Dezember 2015 um 4:04 GMT (22:04 Uhr EST am 2. Dezember 2015) auf Europas Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, mit einer Vega-Rakete statt.
Gravitationswellen sind Wellen im Gefüge der Raumzeit, die von Albert Einstein in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorhergesagt wurden. Bisher haben sich Gravitationswellen als schwer fassbar erwiesen, da sie extrem klein und unglaublich schwach sind. Die zu ihrer Erkennung erforderliche Technologie ist hochsensibel und daher schwer zu konzipieren, zu planen und zu bauen.
Diese Explosionsansicht zeigt die Raumsonde LISA Pathfinder in ihrer Gesamtheit. Das weiß- und goldfarbene Wissenschaftsmodul trägt die Nutzlast mit den Testmassen und ihren Elektrodengehäusen, dem Interferometer der optischen Bank und dem Vakuumgehäuse. Quelle: ESA/ATG-Medialab.
Die Mission LISA Pathfinder testet die Technologie nur, um zu sehen, ob es möglich ist, die Wellen zu erkennen, die durch ein Gravitationsereignis wie die Kollision zweier Schwarzer Löcher, einer Supernova oder eines Sterns mit wackeligem Spin verursacht werden.
Ein solches Ereignis sollte eine winzige Verzerrung im Raumgefüge verursachen, und es wird vorhergesagt, dass diese winzigen Veränderungen nachweisbar sein sollten. Die Genauigkeit, die erforderlich ist, um Gravitationswellen zu erkennen, ist jedoch außergewöhnlich. Ein Beispiel dafür, wie winzig Gravitationswellen sind: Die Wellen, die von zwei umlaufenden Schwarzen Löchern ausgesendet werden, würden ein Millionen Kilometer langes Lineal um weniger als die Größe eines Atoms dehnen.
LISA Pathfinder wird einen speziellen Laser und ein Interfermeter verwenden, um den Abstand zwischen zwei frei schwebenden Gold-Platin-Würfeln zu messen, die in zwei separate Vakuumkammern mit einem Abstand von 38 cm abgegeben werden. Zwischen diesen Kammern befinden sich die Interferometer-Detektoren. Die Würfel entsprechen dem freien Fall und sind daher frei von allen äußeren und inneren Kräften, die auf sie einwirken, mit Ausnahme der Schwerkraft. Die Detektoren überwachen die relative Position der Würfel mit hoher Präzision. Diese Tests werden den Grundstein für zukünftige Gravitationswellen-Observatorien im Weltraum legen.
Im folgenden Video finden Sie eine detaillierte Beschreibung und Visualisierung der Funktionsweise von LISA Pathfinder:
Die Stabilität des Raumfahrzeugs zu verbessern ist von größter Bedeutung für die Erkennung von Gravitationswellen. Daher wird bei dieser Mission auch das Disturbance Reduction System (DRS) der NASA getestet, eine Triebwerkstechnologie, mit der die Position des Raumfahrzeugs kontinuierlich angepasst werden kann, damit das System zentriert bleibt Würfel testen. Mittels Lasern wird die Position der frei schwebenden Testmassen vom Interferometer mit einer Genauigkeit von 100.000stel der Breite eines menschlichen Haares gemessen.
Auch hier wird LISA Pathfinder Gravitationswellen nicht direkt erkennen, aber Technologien demonstrieren, die zu ihrer Beobachtung erforderlich sind. Die Raumsonde wird nun eine sechswöchige Inbetriebnahmephase durchlaufen, während sie sich dem Lagrange Point L1 nähert, etwa 930.000 Meilen (1,5 Millionen Kilometer) von der Erde entfernt in Richtung Sonne. Dann findet eine achtmonatige Technologiedemonstration statt.
Wenn alles gut geht, könnte ein zukünftiges Großraumobservatorium die gleiche Art von Sensoren verwenden, aber sie würden in drei einzelnen Raumfahrzeugen untergebracht sein, die etwa 1 Million Kilometer voneinander entfernt sind. Wissenschaftler könnten dann messen, wie Gravitationswellen den Abstand zwischen den Testmassen verändern, was ein Unterschied auf der Skala von Pikometern wäre (ein Pikometer ist ein Billionstel Meter).
Mehr Informationen: ESA LISA Pathfinder-Informationsblatt , JPL ,
