Liebe Leserinnen und Leser,

wenn Sie einmal einen Astronomen oder - noch besser - einen Astrophysiker so richtig ins Schwitzen bringen wollen, dann fragen Sie ihn doch einfach mal ganz unschuldig, was es denn mit der so genannten "Dunkle Materie" auf sich habe, von der Sie in letzter Zeit so viel gehört hätten. Erwarten können Sie einige sicher nicht uninteressante, doch ebenso sicher noch unbewiesene Hypothesen zu diesem großen Casus Knaxus der Himmelsforscher.

Eine neue Variante zu diesem Thema, mit der sich vielleicht ein derzeit noch unverstandenes Phänomen erklären lässt, beleuchtet Karl Urban in seiner Newsmeldung, in der es um eine Verbindung zwischen Dunkler Materie und - ausgerechnet - dem hellsten Himmelskörper unseres Sonnensystems geht. Viel Spaß dabei und natürlich auch beim Lesen der übrigen Inhalte unseres neuen Inspace-Newsletters wünscht Ihnen

Michael Stein
Stellvertretender Chefredakteur Raumfahrer.net

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» Supermikroskop auf dem Mars
23.08.2008 - Phoenix hat mit einem in der Schweiz gebauten Rasterkraftmikroskop ein Bild von einem einzelnen Mars-Staubteilchen aufgenommen - das mit Abstand höchstaufgelöste Bild, das bisher je auf einer anderen Welt außerhalb der Erde aufgenommen wurde.
Das Teilchen ist ein abgerundetes Partikel von etwa einem Mikrometer Größe und stammt aus dem Staub, der den ganzen Mars bedeckt. "Die Größe stimmt mit Voraussagen überein, die aus der [bläulichen] Farbe der Sonnenuntergänge auf dem Mars gewonnen wurden", sagte Urs Staufer von der Universität von Neuchatel/Schweiz, der das Konsortium leitet, das das Mikroskop gebaut hat.


Es dauerte sehr lange, etwa ein Dutzend Jahre, um ein auf atomaren Kräften basierendes Mikroskop zu entwickeln, das nicht wie sonstige Geräte dieser Art in einem bestens ausgestatteten Labor auf der Erde operiert, sondern Millionen Kilometer entfernt in der Polarregion des Mars´, und mit den bescheidenen technischen Möglichkeiten einer Raumsonde.

Die grundsätzliche Technik des Rasterkraftmikroskops wurde Ende der 1980er-Jahre von dem deutschen Wissenschaftler Dr. Gerd Binnig entwickelt, der 1986 den Nobelpreis für Physik für das ähnlich funktionierende Rastertunnelmikroskop erhielt. Ein Rasterkraftmikroskop scannt eine Probe mit einem eigentlich simpel anmutenden Prinzip: Am Ende einer sehr kleinen Feder, die wie ein Sprungbrett geformt ist und "Cantilever" genannt wird, sitzt eine extrem feine Spitze. Diese wird von piezoelektrischen Elementen in einem sehr kleinen rechteckigen Bereich über die Oberfläche der Probe geführt. Die Bewegung der Spitze wird von hochempfindlichen Sensoren überwacht und daraus die Messsignale gewonnen; verschiedene berührende und nicht-berührende Modi stehen zur Verfügung.

Da das Messprinzip auf der Auswirkung atomarer Kräfte resultiert - daher auch die Bezeichnung Rasterkraftmikroskop - sind mit einem solchen Gerät auf der Erde unter idealen Laborbedingungen Auflösungen bis hinunter zur Größe einzelner Atome möglich. Das Mikroskop an Bord von Phoenix, das zum Gerät MECA gehört und schon 2001 für den Mars Polar Lander geliefert wurde, ist immerhin in der Lage, die Formen von 100 Nanometer großen Partikeln abzubilden. Das entspricht einem Tausendstel der Dicke eines menschlichen Haares und stellt eine 100mal bessere Vergrößerung dar als die von MECAs optischem Mikroskop, das vor zwei Monaten seinerseits seine ersten Aufnahmen zur Erde sandte und bis jetzt den Rekord für die höchstaufgelöste Aufnahme von einem anderen Planeten hielt.

Zu dem Erfolg trug noch ein zweites Element bei: Eine sehr glatte Trägerscheibe aus Silikon mit winzigen Vertiefungen von nur fünf Mikrometer Größe ("Nanokörbe" genannt), die dafür sorgen, dass sich Partikel in ihnen halten und gescannt werden können. Diese Scheibe wurde am Imperial College in London gefertigt. Schon Anfang Juli wurde die Scheibe mit einer Probe Marsboden von der Stelle "Snow White" beschickt. Mit dem optischen Mikroskop wurde anschließend eine geeignete Stelle bestimmt, die frei von großen Partikeln sein musste, welche die Abbildung von erwünschten, feinen Partikel gestört hätten.

Dass MECAs Rasterkraftmikroskop aber erst jetzt, nach zwei Dritteln der Primärmission, erfolgreich ein Bild von einem solchen kleinen Partikel produzieren konnte, lag an der komplizierten Inbetriebnahme. Vor allem ist es für eine erfolgreiche Messung unbedingt erforderlich, die Temperatur in einem bestimmten Bereich konstant zu halten. Da aber die eigene Elektronik des Mikroskops Wärme produziert und damit die Anordnung signifikant aufheizt, musste das Mikroskopteam erst wochenlang einen Modus ausknobeln, wann und wie genau es die Aufnahme vornehmen muss, um brauchbare Bilder zu produzieren. Da dieses Gerät das erste seiner Art außerhalb der Erde ist und somit keinerlei Erfahrungswerte vorlagen, hätte sein Einsatz auch durchaus scheitern können. Dies war dem Phoenix-Team vor der Mission wohl bewusst, weshalb das Rasterkraftmikroskop auch nicht zum Katalog der Missionserfolg-Kriterien zählt - es läuft sozusagen unter "kann, nicht muss".

"Dieser erste Erfolg ist ein Beweis für das Potenzial des Mikroskops", sagte Staufer. "Wir können jetzt wissenschaftliche Experimente starten, die eine neue Dimension zu den Messungen der anderen Phoenix-Instrumente beisteuern."
(Autor: Axel Orth - Quelle: NASA/JPL)

» GOCE kurz vor dem Start
22.08.2008 - Am 10. September ist es soweit. Um 16:21 Uhr MESZ wird der GOCE-Satellit (Gravity Field and Steady-state Ocean Circulation Explorer) der ESA vom russischen Startplatz Plesetsk an Bord einer Rockot-Rakete ins All gebracht. Damit beginnt eine der hochentwickeltsten Missionen zur Vermessung des Gravitationsfelds und der Form der Erde.
Von einer niedrigen sonnensynchronen Umlaufbahn wird der Satellit mit bisher unerreichter Genauigkeit und Auflösung das Gravitationsfeld vermessen, das unsere Erde umgibt. Das Raumfahrzeug verfügt dafür über sechs hochempfindliche Beschleunigungsmesser modernster Bauart. Diese messen die Beschleunigung bezüglich aller drei Raumachsen. Mithilfe der gesammelten Daten kann dann ein genaues Abbild der Erdoberfläche und der Gravitations-Anomalien erstellt werden. Dieses ist nicht nur wichtig für unser Wissen über die Zusammensetzung der Erde. Auch für die Klimaforschung, Ozeanologie und andere vergleichbare Forschungsfelder haben diese Daten große Bedeutung.

Dafür mussten die ESA und ihre Partner große technische Herausforderungen meistern. Es musste ein Satellit konstruiert werden, der in niedriger Höhe (ca. 260 km) äußerst geringe Gravitationsabweichungen erkennt und dabei die Störfaktoren der noch vorhandenen Restatmosphäre berücksichtigt. Heraus kam dabei ein ca. fünf Meter langes, pfeilförmiges Raumfahrzeug mit Niedrigschub-Ionentriebwerken zur Kompensation des atmosphärischen Widerstands.

Raumcon: GOCE mit Rockot


(Autor: Alexander Höhn - Quelle: ESA)

» Inmarsat 4 F3 gestartet
19.08.2008 - Der dritte einer neuen Generation von Inmarsat-Satelliten für weltweite, mobile Daten- und Sprachkommunikation ist auf dem Weg in die geostationäre Umlaufbahn.
Der Start mit einer Proton-M und Briz-M Oberstufe erfolgte am 19.08.2008, 0:43 Uhr MESZ vom Kosmodrom Baikonur. Der Satellit hat eine Masse von knapp 6 t und eine Antenne mit einem Durchmesser von 10 Metern, die in 200 Richtantennen untergliedert ist. Die Energieversorgung erfolgt über Solarzellen mit einer Spannweite von 45 Metern und einer Leistung von 14 kW. Der Satellit hält seine Position mittels elektrisch betriebener Ionentriebwerke.

Inmarsat 4 F3 soll auf 98° West positioniert werden, 13 Jahre lang arbeiten und gehört zum Broadband Global Area Network (BGAN). Dieses bietet weltweit mobile Daten- und Sprachkommunikation bis hin zu Videokonferenzen an.

Raumcon: Proton-M mit Inmarsat 4 F3

Aktuelle Bahndaten in der Starttabelle 2008 (PDF, 191 kB).

Update: Inmarsat 4 F1 (28628) soll auf die Position 143,5° Ost und Inmarsat 4 F2 (28899) auf 25° West verschoben werden.
(Autor: Günther Glatzel - Quelle: EADS Astrium, ILS, SatSig)

» Komet mit extremer Umlaufbahn
23.08.2008 - Astronomen der University of Washington haben jenseits der Neptunbahn einen Kometen entdeckt, der auf seinem sonnenfernsten Punkt das entfernteste bisher bekannte Objekt unseres Sonnensystems ist.
Berechnungen ergaben, dass das Aphel von 2006 SQ372, so die gegenwärtige Bezeichnung des Kometen, in einer Entfernung von 1.600 Astronomischen Einheiten - etwa 240 Milliarden Kilometern - von der Sonne liegt. Auch beim sonnennächsten Punkt in Höhe der Neptunbahn besitzt der Komet aufgrund der dort herrschenden niedrigen Temperaturen keinen Schweif. Seine Entdeckung ist daher nur einem Zufall zu verdanken.

Das Projekt Sloan Digital Sky Survey hat sich die Durchmusterung des gesamten Himmels auf die Fahnen geschrieben, um möglichst viele interessante Objekte zu entdecken und Messwerte zu sammeln. Auf der Suche nach weit entfernten Supernovae, mit deren Spektren man die Expansion des Universums möglichst genau berechnen wollte, wurde bereits im Herbst 2006 ein Punkt entdeckt, der innerhalb weniger Tage seine Position deutlich veränderte. Das konnte nur bedeuten, dass es sich um einen vergleichsweise nahen Himmelskörper innerhalb unseres Sonnensystems handeln muss. Weitere Messungen im Jahre 2007 ergaben genauere Werte über seine Bahn und Größenangaben zwischen 50 und 100 Kilometern. Man vermutet in ihm daher einen Kometen aus der Oortschen Wolke.

Die Oortsche Wolke ist eine Zone unseres Sonnensystems, in der Milliarden von Kleinkörpern vermutet werden, die weitgehend aus Eis bestehen und sich seit der Entstehung unseres Sonnensystems vor etwa 4,5 Milliarden Jahren kaum verändert haben. Ihre äußere Grenze wird in 10.000 bis 20.000 Astronomischen Einheiten vermutet. Durch Störungen der Körper untereinander oder durch äußere Einflüsse werden von Zeit zu Zeit die Bahnen einzelner Kometen so verändert, dass sie zeitweilig in das Innere unseres Sonnensystems gelangen. 2006 SQ732 befindet sich gegenwärtig in der Nähe seines sonnennächsten Punktes. In den kommenden etwa 11.000 Jahren wird er sich von der Sonne entfernen.

Bisher war der 2003 entdeckte Asteroid Sedna, der mittlerweile zum Kleinplaneten "befördert" wurde, der Himmelskörper unseres Sonnensystems, der sich auf seiner Bahn um die Sonne am weitesten von ihr entfernt. Das mit 1.600 Astronomischen Einheiten berechnete Aphel des neuen Rekordhalters SQ372 aber könnte ein Beweis für die Existenz der sogenannten inneren Oortschen Wolke sein.


(Autor: Günther Glatzel - Quelle: Sloan Digital Sky Survey (SDSS))

» Flares, verursacht von Dunkler Materie
25.08.2008 - Manche solare Flares werden vielleicht durch Elementarteilchen ausgelöst, die einen größeren Anteil der Dunklen Materie ausmachen könnten.
Flares gehören zum Alltagsgeschäft unserer Sonne. Fünf bis zehn mal pro Tag erhebt sich eine Fackel einige tausend Kilometer über die Sonnenoberfläche und gibt dabei UV- und Röntgenstrahlung sowie Ionen und Elektronen in das Sonnensystem ab. Sie entstehen in der Chromosphäre, einer Schicht, die fast ausschließlich aus Wasserstoff und Helium besteht und hauptsächlich durch das Magnetfeld der Sonne beeinflusst wird. Das starke Magnetfeld der Sonne resultiert in Magnetfeldlinien, die durch ihre Eigenrotation ständig um die Sonne "herumgewickelt" werden. Dabei kommt es regelmäßig zu einem "Reißen" und "Wiederverbinden" der Feldlinien. Eine Feldlinie, welche kurzzeitig die Chromosphäre verlässt, kann so etliche Teilchen mit sich reißen, was wir als Sonnenfackel oder Flare beobachten.

Bisher war man davon ausgegangen, dass die Verzwirbelungen des Magnetfelds die einzige Ursache für solare Flares sind. Jedoch konnten bisher nicht alle beobachteten Ausbrüche auch mit dieser Ursache in der Verbindung gebracht werden.

Wie ein Forscherteam um Konstantin Zoutas von der Universität von Patras in Griechenland nun berichtet, dürfte zumindest ein Teil der beobachteten Flares durch einen völlig anderen Prozess verursacht werden. So könnten hypothetische Teilchen im Innern der Sonne zu den Auslösern gehören, die Axionen. Diese - auch wenn sie bisher nicht nachgewiesen sondern nur theoretisch postuliert werden konnten - stehen im Verdacht, einen Teil der wenig verstandenen Dunklen Materie auszumachen.

Die Quantenchromodynamik (QCD) versucht, das Verhalten von Quarks, den fundamentalen Bausteinen, aus der alle Materie aufgebaut ist. Die Theorie versucht, die physikalischen Eigenschaften von Elementarteilchen wie Elektron, Proton und Neutron aufgrund derer Bausteine zu beschreiben. Sie geht davon aus, dass die Atomkern-Grundbausteine aus jeweils drei Quarks aufgebaut sind. Die experimentelle Untersuchung von Quarks ist technisch sehr aufwendig. Impulse erwarten sich Forscher durch den neuen Beschleuniger LHC am CERN in Genf.

Überwiegend kann sich die QCD jedoch nur auf theoretische Modelle stützen, welche erst in der Zukunft mit technisch hochaufwendigen Experimenten oder durch neue Beobachtungsmethoden experimentell bestätigen lassen. So erfordert die Untersuchung kleinster Strukturen die Schaffung extremer Bedingungen, um die Materiebausteine aus ihrer Verpackung zu reißen. Diese herrschen nur in Teilchenbeschleunigern und in astronomischen Objekten wie Sternen.

Wie bei experimentell nur eingeschränkt überprüfbaren Modellen in der Physik üblich, müssen mögliche Widersprüche zunächst hingenommen und verarztet werden. So gibt es ein größeres Problem mit dem elektrisch neutralen Neutron, das alle schwereren Atome nach dem Wasserstoff mit aufbaut. Dessen theoretisch mit der QCD vorhergesagten Eigenschaften stimmen nicht völlig mit den experimentell gemessenen überein. Um einen Bruch der für die Theorie essentiellen Symmetrien zu vermeiden, führte der amerikanische Physiker Frank Wilczek das Axion als hypothetisches Teilchen ein.

Bisher waren Physiker davon ausgegangen, dass sich Axionen, die im Sonnenkern entstehen, radial in ihre Außenzonen bewegen, um hier die sie umgebende Materie zu ionisieren. Die dabei von ihren Atomkernen befreiten Elektronen werden dann gestreut, was die bei Flares entstehende Röntgenstrahlung erklären würde, die keiner Vorzugsrichtung zu folgen scheint. Das Team um Zioutas schlägt nun vor, eine genauere Untersuchung solarer Flares könnte Aufschlüsse über die Masse der Axionen liefern. Denn deren Masse ist abhängig von der Dichte des Plasmas, in der sie Röntgenstrahlung erzeugen können. Schließlich könnten Kosmologen die Axionenmasse dazu nutzen, zu berechnen, wie viele von ihnen im jungen Universum erzeugt wurden und welchen Anteil sie heute zur Dunklen Materie beitragen.
(Autor: Karl Urban - Quelle: Zioutas et al.)

Die letzte Woche stand wesentlich im Zeichen der Arbeit an verschiedenen wissenschaftlichen Experimenten, begleitet von den unvermeidlichen Wartungsarbeiten an Bord der Internationalen Raumstation (ISS). Ein Höhepunkt war dabei die Inbetriebnahme des ersten wissenschaftlichen Experiments im japanischen Labormodul Kibo.

Anfang letzter Woche begann Greg Chamitoff, amerikanischer Flugingenieur an Bord der ISS, seine Wartungsaktivitäten mit dem Aufladen der Akkus in einem US-Raumanzug. Im Laufe der folgenden Tage gesellten sich die Einspielung von Software-Updates an verschiedenen Computern der Raumstation sowie eine routinemäßige Überprüfung eines Fitnessgerätes mit dem aussagekräftigen Akronym "RED" noch hinzu. Dieses Gerät erlaubt mit Hilfe von unter Spannung stehender elastischer Bänder ein so genanntes "isometrisches Training": Bei dieser Form des Krafttrainings wird der Muskel nicht durch Bewegung trainiert, sondern durch den Aufbau von Druck oder Zug, der jeweils mehrere Sekunden lang beibehalten wird. Wie alle anderen von der ISS-Besatzung täglich absolvierten Trainingsmethoden sollen auch die mit Hilfe von RED ausgeführten Übungen den negativen Effekten des langen Aufenthalts in der Schwerelosigkeit entgegenwirken.

ISS-Kommandant Sergej Wolkow und Flugingenieur Oleg Kononenko haben in der vergangenen Woche unter anderem einen Laptop im amerikanischen Labormodul Destiny so konfiguriert, dass von diesem Gerät aus zukünftig der Zentralcomputer des russischen Servicemoduls Swjesda ferngesteuert werden kann. Ebenfalls in der letzten Woche stand die Überprüfung der Feuerlöscher sowie der portablen Atemgeräte wieder einmal auf dem Programm der ISS-Crew.

Auch die Vorbereitungen auf das für den 5. September geplante Abdocken des europäischen Raumtransporters Jules Verne laufen auf Hochtouren. So hat die ISS-Besatzung in der letzten Woche damit fortgefahren, Abfälle und nicht mehr benötigte Gegenstände in den geräumigen Raumtransporter - der zwischenzeitlich auch als Schlafquartier genutzt worden war - zu verladen.

Ein erwähnenswerter Höhepunkt der abgelaufenen Woche ist auf jeden Fall, dass am vergangenen Donnerstag in der "Fluid Physics Experiment Facility" das erste Experiment im japanischen Labormodul Kibo gestartet worden ist. Es handelt sich dabei um einen Versuch in Zusammenhang mit dem so genannten "Marangoni-Effekt", bei dem es sich um eine durch Oberflächenspannung hervorgerufene Konvektion handelt.
Ebenfalls das neueste ISS-Modul betraf ein weiterer Test des japanischen Roboterarms, den Chamitoff am Freitag durchführte. Dabei kam es ungefähr zur Halbzeit des geplanten Testablaufs zu einem außerplanmäßigen Stopp des Roboterarms, der letztendlich dann auch zum vorzeitigen Testende führte. Die dadurch entfallenen Testprozeduren sollen später nachgeholt werden.

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