Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) 17. September 2024.

17. September 2024 – Wie fühlt es sich an, bei einer Mission zur Grenze zwischen Erde und Weltall mitzuarbeiten? „Ziemlich cool“, sagt Hannes Ebeling. „Wir sind schließlich eines von lediglich neun europäischen Teams, die diese Chance bekommen haben. Das hat uns schon riesig gefreut.“

„Wir“ – das ist ein Grüppchen von zehn angehenden Physikerinnen und Physikern der Abteilung für Extraterrestrische Physik der CAU, das sich vor einem Jahr für die Teilnahme am sogenannten BEXUS-Projekt beworben hat. Das Akronym steht für „Balloon Experiments for University Students“, und dieser Name ist Programm: Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die schwedische Raumfahrtbehörde SNSA geben darin Studierenden die Möglichkeit, ein wissenschaftliches Experiment an Bord eines Ballons in die Stratosphäre zu schicken.

Strahlungs-Detektor überzeugte die Jury
„Man reicht dazu zunächst seinen Vorschlag ein und stellt ihn ein paar Wochen später bei einer Konferenz vor“, sagt Ebeling, der das Projekt zusammen mit seiner Kommilitonin Ava Pohley geleitet hat. „Wir wollten einen Detektor bauen, mit dem sich kosmische Strahlung analysieren lässt. Diese entsteht beispielsweise bei der Explosion von Sternen und kann Satelliten oder Raumsonden schädigen; daher ist es wichtig, ihre Intensität und Zusammensetzung zu kennen. Uns ist es gelungen, die Jurorinnen und Juroren von unserem Vorhaben zu überzeugen.“

Doch noch existierte die Idee lediglich auf dem Papier. Die Umsetzung in die Praxis war ziemlich fordernd: In regelmäßigen Abständen musste das Team sogenannte Reviews durchlaufen. Darin stellte es einem Gremium von BEXUS-Expertinnen und -Experten den aktuellen Stand seines Experiments vor. „Dabei kamen dann wie bei einem wirklichen Raumfahrt-Projekt immer wieder Verbesserungsvorschläge, die wir umsetzen mussten“, erklärt Ava Pohley.

Das Ergebnis der vielen hundert Stunden Arbeit sieht auf den ersten Blick unspektakulär aus: eine weiße Kiste, aus der einige Kabel heraushängen. Doch die Box hat es im wahrsten Sinne des Wortes in sich: Sie enthält eine ganze Reihe verschiedener Sensoren. Kernstück ist aber der sogenannte Cherenkov-Detektor. Er besteht aus einem quaderförmigen Aerogel-Block. Das Aerogel ist transparent und besteht zu mehr als 99 % aus Luft. Es ist also unglaublich leicht und fragil.

Aerogel hilft, schwere von leichten Teilchen zu unterscheiden
Die Lichtgeschwindigkeit in diesem schwammartigen Feststoff liegt nicht wie in Vakuum bei 300.000, sondern bei 286.000 Kilometern pro Sekunde. „Wir nutzen diese Eigenschaft aus, um herauszufinden, aus welchen Teilchen die kosmische Strahlung in der Stratosphäre besteht“, sagt Pohley.

Grundlage dafür ist ein Effekt, der bereits 1934 vom russischen Physiker Pavel Cherenkov entdeckt wurde: Wenn geladene Teilchen sich in bestimmten Medien schneller als das Licht fortbewegen, erzeugen sie dabei selbst Licht. Die Vakuum-Lichtgeschwindigkeit lässt sich nicht überschreiten, die in einem Aerogel dagegen schon. „Je leichter ein Teilchen ist, desto weniger Energie benötigt es, um sich darin schneller als mit der dort gültigen Lichtgeschwindigkeit fortzubewegen“, erklärt Hannes Ebeling.

Dieser Zusammenhang lässt sich nutzen, um schwere Teilchen in der kosmischen Strahlung – beispielsweise Protonen oder Helium-Kerne – von den deutlich leichteren Elektronen zu unterscheiden. „Und das ist es, was wir mit unserem Cherenkov-Detektor tun“, sagt der Sprecher der CAU-Gruppe, die ihr Messinstrument auf den Namen „CHAOS“ (Cherenkov Atmospheric Observation System) getauft hat.

Start für Anfang Oktober geplant
Ob sich die ganze Mühe gelohnt hat, wird sich Anfang Oktober im schwedischen Kiruna zeigen. Am 1. Oktober oder den Tagen danach (der genaue Zeitpunkt hängt vom Wetter ab) wird der Cherenkov-Detektor made in Kiel von dort an Bord eines Forschungs-Ballons in die Stratosphäre aufsteigen, zusammen mit den Experimenten von drei anderen Gruppen (die restlichen fünf Experimente werden bei einem zweiten Flug transportiert). Verläuft alles nach Plan, hat der Ballon nach 1,5 Stunden seine Zielhöhe von rund 26 Kilometern erreicht. Die Messungen werden mehrere Stunden dauern. Nach Landung des Ballons werden die Experimente an Bord ausgewertet.

Ein Teil des CAU-Teams reist bereits am 27. September in die nördlichste Stadt Schwedens, um dort alles vorzubereiten. Der Rest kommt am 1. Oktober nach. „Normalerweise werden solche kompakten Cherenkov-Detektoren nicht für die Messung kosmischer Strahlung in der Atmosphäre eingesetzt“, betont Ava Pohley. „Wir wollen demonstrieren, dass sich dieses Messprinzip sehr gut auch für diesen Zweck nutzen lässt.“

Text: Frank Luerweg

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Raumfahrtbezogene Ausbildung / studentischer Satellitenbau

Der Beitrag Studierende der Uni Kiel bauen Messgerät für kosmische Strahlung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: FCMH / Universität Gießen 24. Oktober 2023.

Gießen, 24. Oktober 2023 – Ein bemannter Flug zum Mars oder andere ehrgeizige Raumfahrtmissionen werden durch die Möglichkeiten elektrischer Raumfahrtantriebe erleichtert oder technologisch überhaupt erst realisierbar. Die Entwicklung elektrischer Raumfahrtantriebe (Electric Propulsion, EP) schreitet derzeit rasch voran, auch beflügelt durch eine rasante Kommerzialisierung der Raumfahrt. Um den sicheren Betrieb von EP-Systemen im Weltraum zu gewährleisten, ist der Aufbau hochmoderner Instrumente zum Test und zur Qualifizierung solcher EP-Systeme dringend erforderlich. In dem Verbundprojekt „Ref4EP: Referenztriebwerke und Diagnosestandards für elektrische Raumfahrtantriebe für Kleinsatelliten“ unter Federführung der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) soll eine Standard-Testanlage für elektrische Raumfahrtantriebe entwickelt werden, mit denen diese auf der Erde für den Weltraum getestet werden können – eine Art TÜV für diese Antriebe. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) fördert das Verbundprojekt von November 2023 bis April 2025 mit rund 668.000 Euro, von denen rund 344.000 Euro auf das Teilprojekt an der JLU entfallen und rund 35.900 Euro auf das Teilprojekt an der ebenfalls beteiligten Technischen Hochschule Mittelhessen (THM).

Auf Initiative des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat sich für das Verbundprojekt Ref4EP ein Konsortium aus vier Partnern gebildet, die über einschlägige Erfahrungen auf dem Gebiet der Triebwerksdiagnose und der Entwicklung von Ionenquellen verfügen. Neben der JLU und der THM sind dies das Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM, Leipzig) sowie die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel. In dem Verbundprojekt sollen zwei Referenzdiagnostika für die Treibstrahlanalyse entwickelt und mit einer Referenzionenquelle verglichen werden. Die experimentelle Validierung der entwickelten Ionenquelle sowie der Diagnostika wird an verschiedenen Weltraumsimulationsanlagen in Form eines Ringvergleichs erfolgen.

In der Arbeitsgruppe Ionentriebwerke unter Leitung von Prof. Dr. Peter J. Klar am I. Physikalischen Institut der JLU stehen im Rahmen des Teilvorhabens „Entwicklung einer Festkörper-Ionenquelle hoher Energieschärfe zur Etablierung eines Energienormals für Energieanalysatoren“ der Aufbau eines Kalibrierstandes für Energieanalysatoren und die Entwicklung hochgenauer Energiespektrometer im Vordergrund. Dazu wird eine spezielle Ionenquelle auf Basis von Alkali-Aluminiumsilikaten entwickelt, die mittels thermionischer Emission einen Alkali-Ionenstrahl mit hoher Energieschärfe liefert und sich hervorragend für vergleichende Energiemessungen eignet.

Die Arbeitsgruppe Raumfahrtelektronik des Fachbereichs Elektro- und Informationstechnik an der THM bearbeitet das Teilvorhaben „Entwicklung eines Radiofrequenzgenerators für eine Referenz-Ionenquelle“. Dabei soll eine Generatortopologie für die vom Projektpartner IOM entwickelte Referenzionenquelle gebaut werden, die sich durch hohe Qualität, geringe Exemplarstreuung und hohe Zuverlässigkeit auszeichnet, um reproduzierbare Ionenquellenperformance bei allen Projektpartnern – ganz im Sinne einer Standardisierung – zu ermöglichen.

Neben den etablierten Anbietern von EP-Systemen wie ArianeGroup, Sitael, Airbus oder Thales drängen insbesondere im Bereich der Kommunikationssatelliten viele neue Anbieter mit eigenen Produkten auf den Markt. Um den sich schnell entwickelnden Anforderungen der Raumfahrtindustrie im EP-Bereich gerecht zu werden und eine Vergleichbarkeit zwischen EP-Systemen herzustellen, sind Konzepte für Testanlagen zur Qualifizierung und Standardisierung von EP-Systemen erforderlich, wie sie im Rahmen von Ref4EP entwickelt werden. Dabei müssen sich die auf der Erde in Testanlagen ermittelten Leistungs- und Betriebsparameter von EP-Systemen auf den Betrieb unter realen Bedingungen im Weltraum übertragen lassen.

Campus-Schwerpunkt „Raumfahrtanwendungen“
Verschiedenste Fragestellungen im Umfeld elektrischer Raumfahrtantriebe auf Satelliten stehen im Zentrum der gemeinsamen Forschung des Campus-Schwerpunkts „Raumfahrtanwendungen“.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Elektrische Antriebe

Der Beitrag Mit elektrischen Raumfahrtantrieben sicher in den Weltraum erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) 14. Juni 2023.

14. Juni 2023 – Am Freitag, 16. Juni (Anm. d. Red.: Start verschoben!), tritt der nach dem deutschen Physiker Heinrich Hertz benannte Kommunikationssatellit seine Reise in eine Erdumlaufbahn an. Zwischen 23.26 Uhr und 01:01 Uhr deutscher Zeit soll er vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch Guiana aus gestartet werden. Anstelle eines rein chemischen Antriebs verwendet diese Mission der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) auch zusätzlich einen effizienteren elektrischen Antrieb. Unter den vielen Experimenten an Bord befindet sich das an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) entwickelte Messgerät „Electric Propulsion Diagnostics Package Plasma Sensor“ (EPDPPS), um erstmals die Wechselwirkungen des neuen Antriebs mit dem Satelliten zu untersuchen.

Die Heinrich-Hertz-Mission hat gleich mehrere Ziele: Eines davon ist es, neue Technologien für die Satellitenkommunikation auf ihre Weltraumtauglichkeit zu testen. Dafür wird der Kommunikationssatellit 15 Jahre in einem geostationären Orbit um die Erde kreisen, das heißt er befindet sich dann immer über derselben Stelle an der Erdoberfläche. Die Stabilisierung und Lageregelung des Satelliten erfolgt durch sehr sparsame elektrische Triebwerke, die Plasmatechnologie nutzen. Sie erlauben es, den Satelliten mit viel weniger Treibstoff und dafür einer größeren Nutzlast auszustatten. Allerdings stoßen diese Triebwerke Plasma mit sehr hoher Geschwindigkeit aus. Dadurch können Wechselwirkungen mit dem umgebenden, sehr dünnen Weltraumplasma entstehen und dessen Eigenschaften verändert werden. Dies kann dazu führen, dass ein kleiner Anteil des Plasmas zum Satelliten zurück beschleunigt wird.

Um die Rückwirkung dieser relativ neuen Antriebstechnologie auf den Satelliten besser zu verstehen, wurde am Institut für Experimentelle und Angewandte Physik der CAU der EPDPPS entwickelt, gebaut und getestet. Dazu haben die Arbeitsgruppen Plasmatechnologie von Prof. Holger Kersten und Extraterrestrische Physik von Prof. Robert Wimmer-Schweingruber eng zusammengearbeitet und Know-How aus den beiden Gruppen kombiniert. Das Kieler Experiment ist dabei Teil eines größeren Diagnostiksystems, welches von der Firma von Hoerner & Sulger in Schwetzingen entwickelt und gebaut wurde. „Das Gerät soll die Eigenschaften des Plasmas um den Satelliten herum messen und wie diese durch den Betrieb des elektrischen Antriebes verändert werden“, erklärt Wimmer-Schweingruber, der das Projekt leitet. „Der Rückfluss auf den Satelliten könnte zu einer Erosion oder auch zu einer Beschichtung von Teilen der Satellitenoberfläche führen“, so der Astrophysiker.

Außerdem können „diese Prozesse zum Beispiel die Wirksamkeit der Solarpanele des Satelliten negativ beeinflussen. Wir wissen aber nicht, ob sie dafür stark genug sind. Deshalb sind wir sehr gespannt auf die ersten Daten von EPDPPS“, ergänzt Kersten, „solche gab es bisher nicht. Sie sind sehr wichtig um zu verstehen, wie die Oberfläche des Satelliten durch diese Antriebe verändert wird.“ Der Plasmaphysiker erforscht schon lange die Anwendung von Plasmen zum Beispiel zur Behandlung von Oberflächen oder in der Nanotechnologie. Die besonderen Eigenschaften des ionisierten Gasgemisches schaffen eine hochaktive Umgebung, die viele Einsatzfelder ermöglicht, aber auch zu Wechselwirkungen führen kann.

Der Start kann am 16. Juni live mitverfolgt werden:
https://www.arianespace.com/

Die Heinrich-Hertz-Mission und ihre Partner
Mit der Heinrich-Hertz-Mission startet erstmals ein eigener deutscher Kommunikationssatellit zur Erforschung und Erprobung neuer Technologien und Kommunikationsszenarien. Die Mission leistet damit auch einen Beitrag für die Informationsgesellschaft in Deutschland. Die Heinrich-Hertz-Mission wird von der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bonn im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) und unter Beteiligung des Bundesministeriums der Verteidigung (BMVg) geführt. Mit der Entwicklung und dem Bau des Satelliten wurde die OHB-System AG beauftragt. An der Entwicklung und dem Test des Satelliten sind zudem die Firmen IABG GmbH, MDA AG und TESAT GmbH & Co. KG beteiligt. Das Bodensegment mit dem Kontrollzentrum in Bonn wird von der OHB Digital Connect in Zusammenarbeit mit der Firma CGI verantwortet. Die Standorte für die neuen Bodenstationen befinden sich in Hürth (Nordrhein-Westfalen) und Neustrelitz (Mecklenburg-Vorpommern). Für den Start der Mission an Bord der Ariane-5-Trägerrakete (VA261) ist Arianespace verantwortlich. An der Mission sind insgesamt 42 Partner beteiligt – davon 14 an der wissenschaftlichen Nutzlast. Das EPDPPS Projekt wurde durch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördert.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Syracuse-4B und Heinrich Hertz auf Ariane 5 ECA+ von Kourou

Der Beitrag CAU: Heinrich-Hertz-Satellit startet am 16. Juni mit Kieler Beteiligung erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) 7. Juli 2022.

7. Juli 2022 – W-LAN, Satellitennetze oder autonomes Fahren – die drahtlose Kommunikation nimmt zu und damit auch die Antennen in elektronischen Geräten. Spezielle Schutzkappen aus einem ultraleichten Material sollen eine störungsfreie Kommunikation ermöglichen – so die Idee von Dr. Fabian Schütt, Institut für Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und Dr. Tino Schmiel, Institut für Luft- und Raumfahrttechnik der Technischen Universität Dresden (TUD). Mit ihrem Kooperationsprojekt haben sie jetzt den renommierten internationalen „INNOspace Masters“ gewonnen. Der von der Deutschen Raumfahrtagentur initiierte Wettbewerb zeichnet wegweisende Ideen für die Raumfahrt und andere Bereiche aus. Im Finale setzten sich Schütt und Schmiel gegen 14 andere Projekte durch, insgesamt waren über 150 Ideen aus 28 Ländern eingereicht worden. Für die Umsetzung ihres Forschungsvorhabens erhalten sie 400.000 Euro.

Um Elektronik gegen unerwünschte Signale und Störungen abzuschirmen, werden bislang Materialien auf Metallbasis verwendet. Diese sind zwar sehr sicher, aber auch schwergewichtig. Außerdem lassen sich Antennen damit nicht abdecken, da sie sonst selbst keine Signale mehr senden können. Die leichten Schutzkappen, die Materialwissenschaftler Dr. Fabian Schütt (CAU) und Raumfahrtingenieur Dr. Tino Schmiel (TUD) entwickeln wollen, sollen vor Störeinflüssen schützen, einfach anzubringen sein und eine Frequenzselektivität ermöglichen – also auch für Antennen funktionieren. Anpassbar an verschiedene Formen könnten sie die Sicherheit der digitalen Kommunikation in vielen Anwendungsbereichen erhöhen.

Eines der leichtesten Materialien der Welt
Grundlage ihres Projektes „AeroMulE“ (Aerostructure Multifunctional Cover Against Environmental Radiation) ist eine ultraleichte Materialklasse, sogenannte Aeromaterialien. „Wir rechnen damit, 80 Prozent Gewicht gegenüber herkömmlichen Materialien einzusparen und damit auch kleinste elektronische Bauteile vor fremden Frequenzen zu schützen“, sagt Schütt von der Arbeitsgruppe Funktionale Nanomaterialien. Er leitet die Entwicklung der Aeromaterialien an der CAU: „Mit einer Dichte von nur wenigen Milligramm pro Kubikzentimeter und einer Porosität von über 99,99 % zählt diese Materialklasse zu einer der leichtesten der Welt.“ Durch ihre außergewöhnliche Nano- und Mikrostruktur haben diese Materialien außerdem einzigartige mechanische, thermische und elektrische Eigenschaften.

„WiFi, Mobiltelefonie, Satellitenkommunikation, Internet of Things, autonomes Fahren, Smarte Elektronik – unsere Schutzkappen ermöglichen eine bessere Ausnutzung des Frequenzspektrums und könnten überall dort eingesetzt werden, wo Menschen und Maschinen störungsfrei miteinander kommunizieren müssen“, erläutert Schmiel, der an der TUD das Forschungsfeld Satellitensysteme und Weltraumwissenschaften leitet.

Internationaler Wettbewerb: 40 Fachleute entschieden über Ideen aus 28 Ländern
Der diesjährige Innovationswettbewerb der Deutschen Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) stand unter dem Motto „Nachhaltige und effiziente Innovationen für Weltraum und Erde“. Das Finale und die Preisverleihung fanden am 5. Juli 2022 bei der „INNOspace Masters“-Konferenz in Berlin statt. In einem mehrstufigen Verfahren hatten 40 Expertinnen und Experten visionäre Innovationsprojekte von Forschungseinrichtungen, KMUs und Start-ups ausgewählt, unter anderem in den Bereichen Satellitenerdbeobachtung und Satellitenkommunikation, Medizintechnik, Energieversorgung, Materialwissenschaften und Digitalisierung.

Mithilfe der Förderung und in enger Kooperation sollen die Aeromaterialien an der CAU jetzt weiter für die elektromagnetische Abschirmung optimiert und an der TUD so verändert werden, dass elektromagnetische Frequenzen selektiv gedämpft werden können. „Ich freue mich wirklich sehr über diesen Preis, der es uns ermöglicht, unsere gemeinsame Idee nun in die Realität zu bringen“, so Schütt.

Über den Innovationswettbewerb „INNOspace Masters“
Veranstalter des INNOspace Masters ist die Deutsche Raumfahrtagentur im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), im Auftrag des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Der Wettbewerb ist Teil der Initiative INNOspace, die seit 2013 Innovationen und Technologietransfers zwischen Raumfahrt und raumfahrtfremden Industriezweigen fördert. Die Gewinner erhalten neben weltweiten Netzwerkkontakten technologische und wirtschaftliche Unterstützung sowie Hilfe bei der Umsetzung des Vorhabens. Partner des Wettbewerbs sind die ESA Business Incubation Centres (BIC) Bavaria & Northern Germany und ESA BIC Hessen & Baden-Württemberg sowie die Industriepartner Airbus, OHB und DB Netz AG. Organisiert wird der INNOspace Masters von der AZO Anwendungszentrum GmbH Oberpfaffenhofen.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• DLR

Der Beitrag CAU: Ultraleichte Materialien für eine störungsfreie Kommunikation erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

Die Hülle unserer Erde ist in permanenter Bewegung: Verschiedene Erdplatten drücken und schieben gegeneinander und bilden so nach und nach Gebirge, Vulkane oder verursachen Erdbeben. Um die Vorgänge der Plattentektonik besser zu verstehen, ist die sogenannte Lithosphäre – die Erdkruste und der darunterliegende Erdmantel – von entscheidender Bedeutung. Die Europäische Weltraumorganisation (ESA) hat jetzt ein neues 3D-Modell veröffentlicht, um die Lithosphäre genauer als bisher zu beschreiben. An dem internationalen Projekt sind auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Institut für Geowissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) beteiligt, die dafür konventionelle geophysikalische Methoden mit satellitengestützten Daten kombinierten. Vom 29. März bis 1. April wird das gesamte Forschungsprojekt Ergebnisse und Anwendungsmöglichkeiten der Methode bei der vom Kieler Team ausgerichteten internationalen „3D-Earth Spring School“ online vorstellen.

Erdschichten sind differenzierter als bisheriges Schalenmodell
Bei einem Erdbeben treten seismische Wellen auf, deren Geschwindigkeit gemessen wird, um mehr über die Verteilung der physikalischen Eigenschaften im Erdinneren zu erfahren. Wie schnell sich diese Wellen ausbreiten, wird hauptsächlich von der Temperatur und von der Dichte des Gesteins bestimmt. „Satellitengestützte Gravitationsdaten können hier wertvolle Ergänzungen liefern, denn die Gesteinsdichte beeinflusst die Stärke des Schwerkraftsignals. Außerdem ermitteln Satelliten sehr genaue Daten für die gesamte Erdoberfläche und decken damit auch Gebiete ab, in denen es kaum Bodenmessungen gibt“, erklärt Geophysiker Dr. Nils Holzrichter aus der Arbeitsgruppe „Satelliten- und Aerogeophysik“ an der CAU.

Das 3D-Modell der Lithosphäre, das die ESA jetzt veröffentlicht hat, kombiniert globale Gravitationsdaten des GOCE-Satelliten (Gravity field and steady-state ocean circulation explorer), seismologische Beobachtungen und Gesteinsinformationen. „Mit der Kombination von Satelliten-, Erdbeben- und Gesteinsdaten können wir gewissermaßen mit einer Lupe auf das bekannte Schalenmodell des Erdinneren schauen und die einzelnen Schichten viel genauer als bisher differenzieren“, erklärt Holzrichter, der unter anderem die Daten für das 3D-Modell aufbereitet hat. „Da es sich um ein globales Referenzmodell handelt, lassen sich damit auch Studien aus verschiedenen Regionen der Welt besser miteinander vergleichen.“

Methode wurde bereits auf Erdhebung von Nordamerika angewendet
Angewendet hat das Kieler Forschungsteam das Modell bereits auf das „Laurentidische Eisschild“: Die massive Eisschicht bedeckte während der letzten Eiszeit Teile des heutigen Kanadas und der USA und drückte die Landmassen mit ihrem Gewicht nieder. Vor 20.000 Jahren schmolzen die Gletscher ab und seitdem hebt sich der nordamerikanische Kontinent wieder an. „Mit unserer Methode lässt sich konkreter als bisher ermitteln, welche weitere Hebung noch zu erwarten ist“, erklärt Dr. Wolfgang Szwillus, der an einer Studie dazu mitgewirkt hat, die im Journal of Geophysical Research veröffentlicht wurde. Demnach ist mit einer weiteren Hebung von mindestens 200 Metern zu rechnen. Dass auch 20.000 Jahre nach Abschmelzen der Gletscher die Prozesse nicht abgeschlossen sind, zeigt, wie träge der Erdmantel reagiert hat. „Ein besseres Verständnis davon, wie schnell die Lithosphäre auf Eismassenverluste reagiert, ist mit Blick auf den Klimawandel ausgesprochen wichtig“, ergänzt Szwillus.

Das Modell und die Studie entstanden im Rahmen des ESA-Projektes „3D-Earth“, in dem ein dreidimensionales Modell der kompletten Erdkruste und des oberen Erdmantels erstellt werden soll. Die bisherigen Projektergebnisse werden Ende März bei der viertägigen Onlinekonferenz „3D-Earth Spring School: Modelling and Interpreting the Earths interior“ vorgestellt. Mit einem besonderen Fokus auf den wissenschaftlichen Nachwuchs will die Projektgruppe dort zeigen, wie ihr Modell und die Daten aus dem Projekt auf weitere wissenschaftliche Fragestellungen angewendet werden können.

Originalpublikation:
Reusen, J. M., Root, B. C., Szwillus, W., Fullea, J., & van der Wal, W. (2020). Long wavelength gravity field constraint on the lower mantle viscosity in North America. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 125, e2020JB020484.

Fullea, J., Lebedev, S., Martinec, Z., Celli, N.L. (2021) WINTERC-G: mapping the upper mantle thermochemical heterogeneity from coupled geophysical-petrological inversion of seismic waveforms, heat flow, surface elevation and gravity satellite data, Geophysical Journal International, ggab094

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• GOCE mit Rockot
• Planet Erde

Der Beitrag Die Vermessung des Erdinneren erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

Im Zeitraum vor etwa 3.800 bis 4.400 Jahren wurde der Mittelmeerraum von einer weitreichenden Dürreperiode mit zum Teil gravierenden Auswirkungen für die damaligen Zivilisationen bedroht. Diese klimatische Anomalie ist in der archäologischen und paläoklimatischen Literatur auch als „4,2 ka Event“ bekannt. Bislang standen vor allem die räumliche und zeitliche Ausprägung dieses möglicherweise weltweiten Ereignisses im Fokus intensiver Forschung. Die Triebkräfte dieser klimatischen Anomalie im Mittelmeerraum lagen jedoch weitestgehend im Dunkeln. Nun sind sie Gegenstand einer am Mittwoch, 23. Dezember, in der Online-Zeitschrift PLOS ONE veröffentlichten Studie des Sonderforschungsbereichs (SFB) 1266 „TransformationsDimensionen“ der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Um den Treiber des 4,2 ka Events genauer zu untersuchen wurden geochemische Analysen an Blattwachsen aus einem marinen Sedimentkern in der Alboransee südlich der Iberischen Halbinsel durchgeführt. „Das Klima im Mittelmeerraum zeichnet sich durch eine ausgeprägte Saisonalität zwischen Sommer- und Wintermonaten aus“, erläutert Dr. Julien Schirrmacher, Postdoktorand im SFB 1266, „vor diesem Hintergrund ist eine Analyse an Blattwachsen von Landpflanzen ideal, da sie Aufschluss über die klimatischen Triebkräfte sogar auf saisonaler Ebene geben können“.

Bisheriger Stand der Forschung war, dass ein atlantischer Treiber, die sogenannte Nordatlantische Oszillation (NAO), für die Dürreperiode im Rahmen des 4,2 ka Events verantwortlich war. Die NAO beeinflusst im westlichen Mittelmeerraum hauptsächlich die Niederschlagsverteilung in Wintermonaten. Die veröffentliche Studie verdeutlicht jedoch, dass die Dürreperiode vor allem während der Sommermonate ausgeprägt war. Darüber hinaus zeigten die Analysen, dass die ausgeprägte Sommerdürre während des 4,2 ka Events vermutlich auf eine Abschwächung des mediterranen Einflusses auf der südlichen Iberischen Halbinsel zurückzuführen ist. Eine besondere Rolle dabei spielte offenbar die Westmediterrane Oszillation (WeMO). Ist der Luftdruck auf der südlichen Iberischen Halbinsel niedriger als in Norditalien, so befindet sich dieser Treiber in einer negativen Phase, und es treten vermehrt warme Ostwinde auf. Diese verringern den Temperaturunterschied zwischen Land und Ozean. Daraus kann im Untersuchungsgebiet ein Rückgang der Sommerniederschläge resultieren, die das Risiko für Sommerdürren erhöhen wie sie im 4,2 ka Event belegt sind.

Originalpublikation:
Schirrmacher J., Andersen N., Schneider R. R., Weinelt M. (2020), Fossil leaf wax hydrogen isotopes reveal variability of Atlantic and Mediterranean climate forcing on the southeast Iberian Peninsula between 6000 to 3000 cal. BP. PLOS ONE. Doi: 10.1371/journal.pone.0243662
https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0243662

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Klimawandel

Der Beitrag 4,2 ka Event: Klimaveränderung vor etwa 4.200 Jahren erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

Sie sind so nah an Sternen, dass sie bis zu 1.000 Grad Celsius heiß werden: Das Phänomen der heißen Staubringe – eine Ansammlung von submikrometergroßen Partikeln in unmittelbarer Nähe von Sternen – wurde 2006 das erste Mal außerhalb unseres Sonnensystems entdeckt. Doch aufgrund ihrer geringen Größe sind die Staubpartikel schwierig zu beobachten und ihr Ursprung bislang ungeklärt.

Zum ersten Mal konnte dieses Phänomen jetzt mit der extrem hohen Auflösung des Beobachtungsinstruments MATISSE (Multi AperTure mid-Infrared Spectro Scopic Experiment) am Paranal Observatory der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile in einem neuen Wellenlängenbereich beobachtet werden. Beteiligt war auch die Arbeitsgruppe Stern- und Planetenentstehung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Ihre Ergebnisse, die kürzlich im Fachmagazin Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters erschienen sind, liefern zentrale Grundlagen für weitere Studien um das Phänomen dieser Staubringe zu erklären.

Einzigartige Beobachtungen in einem bisher nicht zugänglichen Wellenlängenbereich
Staubringe, auch „Staubscheiben“ oder „Trümmergürtel“ genannt, bilden sich durch die Kollisionen von Geröll und Kleinkörpern, die nach der Entstehung von Planeten übrigbleiben – so viel ist seit einigen Jahrzehnten bekannt. In unserem Sonnensystem ist eine solche Ansammlung zum Beispiel zwischen der Mars- und Jupiterbahn zu finden, der sogenannte „Asteroidengürtel“. Rätsel geben jedoch die 2006 erstmals entdeckten heißen Staubringe auf. Wie konnten sie sich unter den hohen Temperaturen, denen sie so nah an den Sternen ausgesetzt sind, bilden und über Milliarden Jahre bestehen?

Genaue Informationen über ihre räumliche Struktur und stoffliche Zusammensetzung könnten helfen, das Phänomen der heißen Staubringe und ihrer Entstehung besser zu verstehen. Die jetzt veröffentlichten Beobachtungen mit MATISSE sind ein zentraler Schritt dahin, hoffen die Forschenden. “Wir konnten die heißen Staubringe nicht nur mit einer hohen Auflösung beobachten, sondern auch im Wellenlängenbereich um drei Mikrometer, in dem diese Ringe besonders hell strahlen“, sagt Sebastian Wolf, Professor für Astrophysik und Leiter der Arbeitsgruppe Stern- und Planetenentstehung an der CAU. „Dieser Bereich war mit bisherigen Beobachtungsinstrumenten nicht zugänglich und erlaubt uns jetzt einen einzigartigen Einblick in dieses Phänomen.“

Erste publizierte Daten des Instruments nach zwölf Jahren Entwicklungszeit
Wolfs Arbeitsgruppe war Teil des internationalen Konsortiums von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Deutschland, Frankreich, den Niederlanden und Österreich, die das Beobachtungsinstrument MATISSE zwölf Jahre lang entwickelt hatten. 2019 ging das weltweit leistungsfähigste interferometrische Instrument für den mittleren Infrarotbereich am VLTI (Very Large Telescope Interferometer) an der ESO in Chile in Betrieb. Bis zu vier Teleskope können genutzt werden, um die Infrarotstrahlung von Himmelsobjekten zu erfassen. Bezeichnet wird diese Messmethode als Interferometrie. Die Forschenden erhalten also keine unmittelbaren Aufnahmen der Objekte, sondern die technischen Messdaten lassen Rückschlüsse auf ihre Erscheinungsform und Eigenschaften zu. Durch die Kombination von vier Teleskopen erreicht MATISSE eine enorme Auflösung, die der eines 200 Meter langen Teleskopes entsprechen würde. Mit der bisher unerreichten Präzision von MATISSE sind Einblicke in die frühste Entwicklung von Planeten und letztendlich der Entstehung des Sonnensystems möglich.

Auf diese Weise beobachtete das Forschungsteam, an dem neben der CAU auch Forschende des University College London, des Large Binocular Telescope Observatory in Tucson (USA) sowie der Universitäten Arizona, Côte d’Azur und Jena beteiligt waren, den Stern „Kappa Tucanae“. Er befindet sich im Sternbild „Tukan“, das nur auf der Südhalbkugel zu sehen ist. Der Stern ist etwa zwei Milliarden Jahre alt – weniger als halb so alt wie unsere Sonne – und etwa 69 Lichtjahre von der Erde entfernt. Anhand der erhobenen Daten konnten die Forschenden die genaue Lage des Staubrings um „Kappa Tucanae“ sowie die Eigenschaften des Staubs ermitteln.

Grundlage für die weitere Suche nach dem Ursprung der Staubringe
„Diese Informationen sind wichtige Voraussetzungen für die Suche nach dem Ursprung des Phänomens“, sagt Erstautor Dr. Florian Kirchschlager, ehemaliger Wissenschaftlicher Mitarbeiter in Wolfs Arbeitsgruppe und mittlerweile am University College London beschäftigt. „Dass es auch die ersten Daten des Instruments sind, die überhaupt publiziert wurden, freut uns natürlich besonders.“ Kirchschlager erstellte im Rahmen seiner Forschungen an der CAU die Machbarkeitsstudie zu den Beobachtungen an „Kappa Tucanae“. Denn Staubringe sind im astronomischen Sinne nicht nur winzig, sondern auch verhältnismäßig leuchtschwach. „Damit haben sie selbst MATISSE vor besondere Herausforderungen gestellt. Dass die Beobachtungen trotzdem geglückt sind, unterstreicht das einzigartige Potential des Instruments“, betont Mitautor Dr. Steve Ertel, der als Doktorand in Wolfs Arbeitsgruppe an Trümmerscheiben forschte und mittlerweile an der University of Arizona tätig ist.

„Die jetzt gesammelten und ausgewerteten Beobachtungsdaten bilden die Grundlage für unsere weitere Forschung an einem Erklärungsmodell für die heißen Staubringe“, sagt Wolf, Vizesprecher in der Forschungsgruppe 2285 „Trümmerscheiben in Planetensystemen“, die an der Friedrich-Schiller-Universität Jena angesiedelt ist unter dem Sprecher Professor Alexander Krivov.

Originalpublikation:
“First L band detection of hot exozodiacal dust with VLTI/MATISSE”,
F. Kirchschlager, S. Ertel, S. Wolf, A. Matter and A. V. Krivov, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, MNRAS, 499, L47,
DOI: 10.1093/mnrasl/slaa156, https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020MNRAS.499L..47K/abstract

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Very Large Telescope (VLT) der ESO in Chile

Der Beitrag CAU: Von heißem Staub umgeben erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

Viel zu tun hatten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) seit dem Start der ESA-Weltraummission Solar Orbiter im Februar 2020. Trotz der Corona-bedingten Widrigkeiten konnten sie ihre Instrumente an Bord der Raumsonde in Betrieb nehmen und erste Daten analysieren. Das Besondere: Die Messungen stehen der gesamten wissenschaftlichen Community online zur Verfügung.

„Wir sind jetzt soweit, dass wir unsere ersten Daten am Datenzentrum der Europäischen Weltraumorganisation ESA online gestellt haben. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf der ganzen Welt können diese neuen und einzigartigen Daten nun analysieren und neue Erkenntnisse gewinnen. So kann die solare Korona Elektronen und Ionen mit großer Energie beschleunigen, zum Teil fast auf Lichtgeschwindigkeit“, erklärt Professor Robert Wimmer-Schweingruber, der den Kieler Beitrag geleitet hat. Dass die Daten bereits sieben Monate nach dem Start der Raumsonde und drei Monate nach der Kalibrierungsphase veröffentlicht werden, sei außergewöhnlich. Denn nicht nur der Zeitraum der Testphase, während der die Instrumente unter Weltraumbedingungen im Realbetrieb erprobt werden, war sehr kurz. Die Instrumententeams haben jetzt nur noch 90 Tage Zeit, um die Rohdaten zu kalibrieren und in eine Form zu bringen, die Externe verarbeiten können.

„Diese Frist wäre selbst in normalen Zeiten eine Herausforderung gewesen, mit der Corona-Pandemie waren die Teams ganz besonders gefordert“, erklärt der Kieler Wissenschaftler. So fliegt Solar Orbiter beispielsweise auf einer hoch-elliptischen Bahn um die Sonne und wird mehrere Swing-by-Manöver nutzen, um bis auf 0,28 astronomische Einheiten an die Sonne heranzukommen. Im entferntesten Punkt von der Sonne wird sie fast eine astronomische Einheit von ihr entfernt sein. Die so variablen Bedingungen stellen ganz besondere Anforderungen an die Instrumente und deren Einstellungen, die sorgfältig optimiert werden mussten. „Dies während Covid-19-Zeiten zu erreichen war eine riesige Herausforderung“, sagt Dr. Yannis Zouganelis, stellvertretender Projektwissenschaftler der ESA. „Aber wir sind jetzt soweit, dass wir die Daten wie geplant an die wissenschaftliche Community übergeben können, damit diese daran wissenschaftliche Untersuchungen vornehmen kann.“ Das enge Zusammenspiel zwischen Wissenschaftlern, Ingenieurinnen, Operateuren der Raumsonde und der Verfügbarkeit der großen Radioantennen musste trotz der neuen Arbeitsbedingungen einwandfrei und auf Anhieb funktionieren, „denn die Raumsonde war ja unterwegs und konnte nicht mehr aufgehalten werden“, fasst Robert Wimmer-Schweingruber die besonderen Schwierigkeiten zusammen.

„Unser Ziel war es immer, unsere Daten möglichst schnell zu veröffentlichen, damit die Forschungsgruppen auf der ganzen Welt an möglichst aktuellen Daten arbeiten können“, bekräftigt Wimmer-Schweingruber. Bei den meisten Weltraummissionen werden die Daten gewöhnlich erst ein halbes oder gar ein ganzes Jahr nach Erhalt auf der Erde veröffentlicht, um den Teams, die die Instrumente gebaut haben, eine exklusive Frist für die Analyse einzuräumen.

Bei Solar Orbiter waren sich die Forschenden einig, dass dies sehr viel schneller gehen muss. „Wir wollen, dass Solar Orbiter eine der offensten Weltraummissionen wird. Das heißt offen für die ganze Welt, nicht nur für die Instrumententeams“, sagt Yannis Zouganelis. In ersten virtuellen Workshops, in denen die neuen Daten vorgestellt wurden, nahmen etwa zehnmal mehr Interessentinnen und Interessenten teil, als in den Instrumententeams arbeiten. „Je mehr Leute unsere Daten verwenden, desto mehr erhöht sich die wissenschaftliche Ausbeute von Solar Orbiter,“ freut sich Wimmer-Schweingruber.

Am heutigen Tag (30. September 2020) werden auch alle Beschreibungen der zehn Instrumente auf Solar Orbiter und der Raumsonde und des Missionskonzeptes im Fachjournal Astronomy and Astrophysics veröffentlicht. „Diese Informationen sind unverzichtbar, um eine verlässliche Analyse der Daten zu gewährleisten. Auch in zehn Jahren, wenn die Ingenieurinnen und Ingenieure, die die Instrumente gebaut haben schon längst wieder an anderen Projekten arbeiten“ so Wimmer-Schweingruber.

Die Arbeiten an der CAU wurden unter Förderkennzeichen 50OT1702 durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Die neu veröffentlichen Daten sind online verfügbar:
http://soar.esac.esa.int/soar/

Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• MPS: SolO der Sonne so nah wie nie zuvor (16. Juli 2020)
• ESA: Solar Orbiter nähert sich erstmals der Sonne (18. Juni 2020)
• Solar Orbiter und der Komet ATLAS (29. Mai 2020)
• Solar Orbiter: Wissenschaftliche Instrumente bereit (26. Mai 2020)
• SolO: Erstes Instrument übermittelt Messungen (27. Februar 2020)
• Solar Orbiter gestartet, um Sonne zu untersuchen (10. Februar 2020)

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Solar Orbiter (SolO) auf Atlas V (411)

Der Beitrag Erste Daten von Solar Orbiter online veröffentlicht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.