Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie 26. Oktober 2023.

26. Oktober 2023 – Mit Hilfe eines Verbunds von Radioteleskopen auf der Erde und im Weltraum haben Astronomen das bisher detaillierteste Bild eines Plasma-Jets aufgenommen, der aus der direkten Umgebung eines supermassereichen Schwarzen Lochs im Herzen einer weit entfernten Galaxie herausschießt. Der Teilchenstrahl aus dem Zentrum eines fernen Blazars mit der Bezeichnung 3C 279 bewegt sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit und zeigt in der Nähe seines Ursprungs komplexe, in sich verdrehte Muster. Diese Muster stellen die seit 40 Jahren etablierte Theorie in Frage, die verwendet wird, um zu erklären, wie diese Jets entstehen und wie sie sich mit der Zeit verändern. Ein wesentlicher Beitrag zu den Beobachtungen kommt vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, wo die Daten aller beteiligten Teleskope zu einem virtuellen Teleskop mit einem effektiven Durchmesser von etwa 100.000 Kilometern kombiniert wurden.

Die Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Astronomy“ veröffentlicht.

Blazare gehören zu den hellsten und stärksten Quellen elektromagnetischer Strahlung im Kosmos. Sie sind eine Unterklasse aktiver galaktischer Kerne, zu denen Galaxien mit einem zentralen supermassereichen Schwarzen Loch gehören, das Materie aus einer umgebenden Scheibe akkretiert: den Quasaren. Etwa 10 % der aktiven galaktischen Kerne, die als Quasare klassifiziert werden, erzeugen relativistische Plasmajets. Blazare gehören zu einem kleinen Teil der Quasare, bei denen wir diese Jets fast direkt auf den Beobachter gerichtet sehen können. Kürzlich hat ein Forscherteam unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn den innersten Bereich des Jets im Blazar 3C 279 mit einer noch nie dagewesenen Winkelauflösung abgebildet und dabei bemerkenswert regelmäßige Filamente entdeckt, die eine Korrektur der bisher verwendeten theoretischen Modelle erforderlich machen könnten, die erklären, durch welche Prozesse die Jets in aktiven Galaxien erzeugt werden.

„Dank der Weltraummission RadioAstron, bei der das Radioteleskop in der Erdumlaufbahn Entfernungen bis zum Mond erreichte, in Verbindung mit einem Netzwerk von dreiundzwanzig über die Erde verteilten Radioteleskopen haben wir das bisher höchstaufgelöste Bild vom Inneren eines Blazars erhalten, das es uns ermöglicht, die innere Struktur des Jets zum ersten Mal so detailliert zu beobachten“, erklärt Antonio Fuentes, ein Forscher am Institut für Astrophysik von Andalusien (IAA-CSIC) in Granada, Spanien, der die Arbeit leitete.

Das neue Fenster zum Universum, das die RadioAstron-Mission geöffnet hat, hat neue Details im Plasmajet von 3C 279 enthüllt, einem Blazar mit einem supermassereichen Schwarzen Loch in seinem Kern. Der Jet besteht aus mindestens zwei miteinander verdrillten Plasmasträngen, die sich über mehr als 570 Lichtjahre vom zentralen Schwarzen Loch aus ins All erstrecken. „Das ist das erste Mal, dass wir solche Filamente so nahe am Ursprung des Jets gesehen haben, und sie verraten uns mehr darüber, wie das Schwarze Loch das Plasma formt. Der innere Jet wurde auch von zwei anderen Teleskopnetzwerken, dem Global mm-VLBI Array und dem Event-Horizon-Teleskop, bei viel kürzeren Wellenlängen (3,5 mm bzw. 1,3 mm) beobachtet, aber sie waren nicht in der Lage, die filamentartigen Formen zu erkennen, weil sie zu schwach in der Strahlung und zu ausgedehnt für diese Auflösung waren“, sagt Eduardo Ros, Mitglied des Forschungsteams und europäischer Planer für das GMVA. „Dies zeigt, wie verschiedene Teleskope unterschiedliche Merkmale desselben Objekts aufdecken können“, fügt er hinzu.

Die Plasmastrahlen, die von Blazaren ausgehen, sind nicht wirklich geradlinig und gleichmäßig. Sie weisen Drehungen und Wendungen auf, die zeigen, wie das Plasma durch die Kräfte um das Schwarze Loch herum beeinflusst wird. Die Astronomen, die diese Drehungen in 3C 279 untersuchten, fanden heraus, dass sie durch Instabilitäten verursacht werden, die sich im Plasma-Jet entwickeln. Dabei stellten sie auch fest, dass die bisherige Theorie, um zu erklären, wie sich die Jets im Laufe der Zeit verändern, nicht mehr funktioniert. Daher werden neue theoretische Modelle benötigt, die zeigen, wie sich helixförmige Filamente so nahe am Ursprung des Jets bilden und entwickeln können. Dies ist eine große Herausforderung, aber auch eine große Chance, mehr über diese erstaunlichen kosmischen Phänomene zu erfahren.

„Ein besonders faszinierender Aspekt unserer Ergebnisse ist, dass sie auf das Vorhandensein eines spiralförmigen Magnetfeldes hindeuten, das den Jet einschließt“, sagt Guang-Yao Zhao, derzeit am MPIfR tätig und Mitglied des Wissenschaftlerteams. „Es könnte also das Magnetfeld sein, das sich im Uhrzeigersinn um den Jet in 3C 279 dreht, mit dem das Plasma des Jets, das sich mit 0,997-facher Lichtgeschwindigkeit bewegt, gelenkt und geleitet wird.“

„Ähnliche spiralförmige Filamente wurden schon früher in extragalaktischen Jets beobachtet, allerdings auf viel größerer Skala, wo man annimmt, dass sie aus verschiedenen Teilen der Strömung resultieren, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen und gegeneinander scheren“, fügt Andrei Lobanov, ein weiterer MPIfR-Wissenschaftler im Team, hinzu. „Mit dieser Studie betreten wir ein völlig neues Terrain, in dem diese Filamente tatsächlich mit den kompliziertesten Prozessen in der unmittelbaren Umgebung des Schwarzen Lochs, das den Jet erzeugt, in Verbindung gebracht werden können.“

Die Untersuchung des zentralen Jets in 3C 279, die jetzt in der aktuellen Ausgabe von „Nature Astronomy“ vorgestellt wird, erweitert die laufenden Bemühungen um ein besseres Verständnis der Rolle von Magnetfeldern bei der ursprünglichen Bildung relativistischer Ausströmungen aus aktiven galaktischen Kernen. Sie unterstreicht die zahlreichen verbleibenden Herausforderungen für die theoretische Modellierung dieser Prozesse und zeigt die Notwendigkeit einer weiteren Verbesserung der radioastronomischen Instrumente und Techniken, die die einzigartige Möglichkeit bieten, entfernte kosmische Objekte mit einer Rekord-Winkelauflösung abzubilden

Mit Hilfe einer speziellen Technik, der so genannten Very Long Baseline Interferometry (VLBI), wird ein virtuelles Teleskop mit einem effektiven Durchmesser, der dem maximalen Abstand zwischen den an einer Beobachtung beteiligten Antennen entspricht, durch die Kombination und Korrelation von Daten aus verschiedenen Radioobservatorien erstellt. Der Projektwissenschaftler von RadioAstron, Yuri Kovalev, der jetzt am MPIfR arbeitet, betont, wie wichtig eine gute internationale Zusammenarbeit ist, um solche Ergebnisse zu erzielen: „Observatorien aus zwölf Ländern wurden mit Hilfe von Atomuhren mit der Weltraumantenne synchronisiert und bilden so ein virtuelles Teleskop in der Größe des Abstands zum Mond.“

Anton Zensus, Direktor am MPIfR und eine der treibenden Kräfte hinter der RadioAstron-Mission während der letzten zwei Jahrzehnte, sagt dazu: „Die Experimente mit RADIOASTRON, die zu Bildern wie diesen vom Quasar 3C 279 geführt haben, sind außergewöhnliche Leistungen, die durch die internationale wissenschaftliche Zusammenarbeit von Observatorien und Wissenschaftlern in vielen Ländern möglich wurden. Die Mission wurde jahrzehntelang gemeinsam geplant, bevor der Satellit gestartet wurde. Die eigentlichen Bilder wurden durch die Verbindung von Großteleskopen am Boden wie Effelsberg und durch eine sorgfältige Analyse der Daten in unserem VLBI-Korrelationszentrum in Bonn möglich.“

Weitere Informationen
Die Weltraum-Interferometer-Mission RadioAstron, die von Juli 2011 bis Mai 2019 aktiv war, bestand aus einem 10-Meter-Radioteleskop in einer Umlaufbahn um die Erde (Spektr-R), ergänzt durch etwa zwei Dutzend der weltweit größten bodengebundenen Radioteleskope, darunter das 100-Meter-Radioteleskop Effelsberg. Wenn die Signale der einzelnen Teleskope durch die Interferenz von Radiowellen kombiniert werden, bietet eine solche Anordnung von Teleskopen eine maximale Winkelauflösung, die der eines Radioteleskops mit einem Durchmesser von 350.000 km entspricht – fast die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit war RadioAstron das Instrument mit der höchsten Winkelauflösung in der Geschichte der Astronomie. Das RadioAstron-Projekt wurde vom Astro Space Center des Physikalischen Instituts Lebedew der Russischen Akademie der Wissenschaften und der Lavochkin Scientific and Production Association im Rahmen eines Vertrags mit der staatlichen Raumfahrtgesellschaft ROSCOSMOS in Zusammenarbeit mit Partnerorganisationen in Russland und anderen Ländern durchgeführt. Die astronomischen Daten dieser Mission werden von einzelnen Wissenschaftlern auf der ganzen Welt ausgewertet und führen zu Ergebnissen wie den hier vorgestellten.

Folgende Mitarbeiter des Forscherteams sind mit dem MPIfR affiliiert, in der Reihenfolge ihres Erscheinens auf der Autorenliste: Guang-Yao Zhao, Andrei P. Lobanov, Yuri Y. Kovalev, Efthalia (Thalia) Traianou, Jae-Young Kim, Eduardo Ros, und Tuomas Savolainen. Rocco Lico und Gabriele Bruni waren während der RadioAstron-Mission ebenfalls mit dem MPIfR affiliiert.

Yuri Y. Kovalev dankt für den Friedrich Wilhelm Bessel-Forschungspreis der Alexander von Humboldt-Stiftung.

Originalveröffentlichung
The filamentary internal structure of the 3C 279 blazar jet
Antonio Fuentes et al., in: Nature Astronomy (26. Oktober 2023).
DOI: 10.1038/s41550-023-02105-7
https://www.nature.com/articles/s41550-023-02105-7

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• Schwarze Löcher

Der Beitrag Astronomen beobachten die Entstehung eines starken kosmischen Jets erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

19. Januar 2022 – Ein internationales Forscherteam, zu dem auch mehrere Wissenschaftler des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie gehören, hat die aktive Galaxie OJ 287 mit einer Winkelauflösung von 12 Mikrobogensekunden im Radiobereich kartiert. Das ist derzeit die höchste Auflösung, die mit astronomischen Beobachtungen erreicht werden kann. Ermöglicht wurde dies durch die Technik der Interferometrie mit sehr langen Basislinien (Very Long Baseline Interferometry – VLBI). Dabei werden Signale von mehreren Radioteleskopen, die dasselbe Objekt gleichzeitig beobachten, miteinander kombiniert, um so ein virtuelles Teleskop zu schaffen, dessen effektiver Durchmesser durch den größten Abstand zwischen den beteiligten Teleskopen bestimmt wird. Durch die Kombination von zwölf über die ganze Erde verteilten Radioobservatorien und einem Radioteleskop im Weltraum, nämlich einer 10-Meter-Antenne an Bord des russischen Satelliten Spektr-R, haben die Forscher ein virtuelles Radioteleskop mit einem Durchmesser von 193.000 km realisiert. Damit erfolgte ein Blick in das Herz der Galaxie OJ 287, in dem ein Paar von supermassereichen schwarzen Löchern vermutet wird.
Die Ergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „The Astrophysical Journal“ veröffentlicht.

VLBI-Beobachtungen der Galaxie OJ 287 wurden bei vier verschiedenen Wellenlängen durchgeführt. Die Beobachtungen mit dem Weltraum-Radioteleskop Spektr-R zusammen mit weiteren erdgebundenen Teleskopen im Rahmen des RadioAstron-Projekts wurden bei einer Wellenlänge von 1,3 cm durchgeführt, während zusätzliche VLBI-Beobachtungen bei Wellenlängen von 2, 0,7 und 0,3 cm nur mit erdgebundenen Teleskopen durchgeführt wurden. Die resultierenden Bilder bei 1,3 cm Wellenlänge erreichen eine rekordverdächtige Auflösung von etwa 12 Mikrobogensekunden; das entspricht der Größe einer 20-Cent-Münze auf der Oberfläche des Mondes.

Die Galaxie OJ 287 befindet sich in einer Entfernung von 5 Milliarden Lichtjahren von der Erde in Richtung des Sternbilds Krebs. Sie gehört zur Klasse der Blazar-Galaxien, gekennzeichnet durch eine starke und variable Emission aus der unmittelbaren Nähe des supermassereichen schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie.

Die interferometrischen Aufnahmen bei allen vier Wellenlängen zeigen durchweg mehrere Emissionsknoten in einem stark gekrümmten Plasmastrahl (Jet). Die Krümmung des Jets nimmt mit zunehmender Winkelauflösung und in Richtung des Jet-Ursprungs immer weiter zu. Das stützt die Hypothese eines präzedierenden Jets, der durch die beiden supermassereichen Schwarzen Löcher im Zentrum der Galaxie beeinflusst wird. Die Analyse der Polarisationseigenschaften der Radiostrahlung zeigt eine überwiegend toroidale Struktur des Magnetfelds. Das wiederum lässt darauf schließen, dass die innerste radiostrahlende Region von einem schraubenförmigen (helikalen) Magnetfeld durchzogen ist, in Übereinstimmung mit Modellen zur Entstehung des Jets. Die Untersuchung der spektralen Eigenschaften der Radiostrahlung zeigt, dass das Jetplasma aus Elektronen und Positronen besteht, deren kinetische Energie in etwa mit der Energie des Magnetfelds im Gleichgewicht steht. Wiederholte Injektionen von energiereicheren Teilchen in das Jet-Plasma stören dieses Gleichgewicht und lassen einige Teile des inneren Jets aufflackern.

OJ 287 ist einer der besten Kandidaten für zwei umeinander rotierende supermassereiche Schwarze Löcher in unserer kosmischen Nachbarschaft. Man nimmt an, dass sich das sekundäre Schwarze Loch in diesem System auf einer engen, elliptischen Umlaufbahn befindet, die die Akkretionsscheibe des primären Schwarzen Lochs zweimal alle zwölf Jahre durchquert, dabei starke Flares erzeugt und zur Präzession der Rotationsachse des primären Schwarzen Lochs führt.

„Eine der wichtigsten Fragen im Zusammenhang mit der Entwicklung supermassereicher Schwarzer Löcher ist zur Zeit, wie das Paar Schwarzer Löcher am Ende verschmelzen kann – das so genannte „Final Parsec Problem“. Die Theorie besagt, dass der Abstand zwischen den beiden Schwarzen Löchern aufhört zu schrumpfen, nachdem sie Sterne und Gas in der Umgebung komplett verdrängt haben. An diesem Punkt kommt die Gravitationsstrahlung ins Spiel und bewirkt, dass sich die beiden schwarzen Löcher immer weiter annähern, bis sie schließlich miteinander verschmelzen“, sagt Andrei Lobanov vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR), einer der Hauptautoren der Arbeit. Das erwartete binäre System supermassereicher schwarzer Löcher in OJ287 ist so nahe, dass es Gravitationswellen aussenden sollte, die in naher Zukunft mit Pulsar Timing Arrays nachgewiesen werden könnten.

Ein erheblicher Teil der Energie, die über die von den Schwarzen Löchern akkretierte Materie freigesetzt wird, gelangt in die bipolaren und hoch-relativistischen Plasmajets. Sie können mit VLBI-Beobachtungen im Detail untersucht werden. „Die beobachtete Feinstruktur der inneren Jet-Region eignet sich sowohl zum Test der Gültigkeit des Modells eines binären Schwarzen Lochs als auch zur Prüfung der Frage, ob die beobachtete Jet-Krümmung auch durch andere Effekte verursacht werden kann, wie z.B. spiralförmige Magnetfelder, oder die rotierende Raumzeit in der Nähe des Schwarzen Lochs“, ergänzt Thomas Krichbaum, ebenfalls vom MPIfR.

„Die Resultate haben uns geholfen, unser Wissen über die Morphologie der relativistischen Jets in der Nähe der zentralen Antriebsmaschine zu erweitern, die Rolle der Magnetfelder am Fußpunkt der Jets zu bestätigen und weitere Merkmale für die Existenz eines binären Schwarzen Lochs tief im Herzen von OJ 287 zu erkennen und zu untersuchen“, sagt Thalia Traianou, die nach ihrer Promotion am MPIfR zum Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) gewechselt ist.

„Dem Ziel, die höchsten Auflösungen in der Astronomie zu erreichen, sind wir mit der RadioAstron-Mission und mit unseren Entwicklungen von VLBI im Millimeterwellenbereich, wie dem „Global mm-VLBI Array“, einen großen Schritt näher gekommen. Unsere Pionierarbeit der letzten Jahrzehnte trägt nun Früchte, wie man bei diesen aufregenden Ergebnissen für OJ 287 sehen kann“, schließt J. Anton Zensus, Direktor am MPIfR, Mitglied des Internationalen Wissenschaftsrats von RadioAstron und ebenfalls Autor der Veröffentlichung.

Weitere Informationen
Das Weltraum-Radiointerferometer RadioAstron setzt sich zusammen aus einem 10-Meter-Radioteleskop in einer Umlaufbahn um die Erde (Spektr-R) und einer Anzahl von etwa zwei Dutzend der weltweit größten bodengestützten Radioteleskope. Wenn die Signale der einzelnen Teleskope unter Verwendung der Interferenz von Radiowellen kombiniert werden, ergibt eine solche Anordnung von Teleskopen eine Winkelauflösung, die einem Radioteleskop mit einem Durchmesser von bis zu 350.000 km entspricht – das entspricht ungefähr der Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit liefert RadioAstron die bisher höchste Winkelauflösung in der Geschichte der Astronomie. Das Projekt RadioAstron, das im Zeitraum von Juli 2011 bis Mai 2019 aktiv war, wurde vom Astro Space Center des Physikalischen Instituts Lebedew der Russischen Akademie der Wissenschaften und der Lavochkin Scientific and Production Association im Rahmen eines Vertrags mit der staatlichen Raumfahrtkorporation ROSCOSMOS in Zusammenarbeit mit Partnerorganisationen in Russland und anderen Ländern geleitet.

Das „Global mm-VLBI Array“ (GMVA) ist ein internationales Netzwerk von Radio-Observatorien zur Durchführung von astronomischen VLBI-Beobachtungen bei Millimeter-Wellenlängen, die für die wissenschaftliche Gemeinschaft frei zugänglich sind. Das GMVA führt regelmäßig und koordiniert zweimal pro Jahr globale VLBI-Beobachtungen im 3 mm/7 mm-Band durch. Durch die Einbeziehung der größten Teleskope, die in diesen Bändern arbeiten, wird die Empfindlichkeit und Bildqualität optimiert. Das GMVA wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union unter der Fördernummer 730562 unterstützt.

Die bereits sehr hohe Winkelauflösung erdgebundener VLBI-Beobachtungen im cm-Bereich kann auf zwei Arten noch weiter erhöht werden: entweder durch die Verwendung längerer Basislinien oder durch Beobachtung bei kürzeren Wellenlängen. Der erste Ansatz führt zu „Weltraum-VLBI“ (VLBI mit einer oder mehreren Radioantennen auf einer Umlaufbahn um die Erde), der zweite Ansatz zu „Millimeter-VLBI“ (mm-VLBI). In der ferneren Zukunft könnten beide Techniken miteinander kombiniert werden. Dies wird zu Weltraum-VLBI bei Millimeter-Wellenlängen („mm-Weltraum-VLBI“) führen. Sowohl die RadioAstron- als auch die GMVA-Daten wurden am VLBI-Korrelatorzentrum des MPIfR in Bonn verarbeitet.

Folgende Mitarbeiter der hier vorgestellten Veröffentlichung sind mit dem MPIfR affiliiert (in der Reihenfolge ihres Auftretens in der Autorenliste): Efthalia (Thalia) Traianou, Thomas P. Krichbaum, Andrei P. Lobanov, Yuri Y. Kovalev, Mikhail M. Lisakov, Rocco Lico, Uwe Bach, Carolina Casadio, Eduardo Ros, Tuomas Savolainen, und J. Anton Zensus.

Yuri Y. Kovalev ist Träger des Friedrich-Wilhelm-Bessel-Forschungspreises der Alexander-von-Humboldt-Stiftung, in dessen Rahmen Teile der Arbeit am MPIfR durchgeführt wurden.

Originalveröffentlichung
Probing the Innermost Regions of AGN Jes and Their Magnetic Fields with RadioAstron. V. Space and Ground Millimeter-VLBI Imaging of OJ 287
José L. Gómez, Efthalia Traianou, Thomas P. Krichbaum, et al., The Astrophysical Journal, Vol. 924, 122 (19 January 2022). DOI: 10.3847/1538-4357/ac3bcc

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• Radioastronomie

Der Beitrag Bilder mit der höchsten Winkelauflösung in der Astronomie erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Axel Nantes. Quelle: dxnews.com, Lawotschkin, TASS, tech2.org, RN, urdupoint.com.

Sollte Spektr-R nicht mehr kontrolliert werden können, wäre das einerseits ein herber Verlust für die Radioastronomie. Andererseits hat das Raumfahrzeug seine Auslegungsbetriebsdauer bereits deutlich überschritten und viele hervorragende Ergebnisse geliefert.

Spektr-R befindet sich seit seinem Start auf einer Zenit-3F-Rakete mit Fregat-SB-Oberstufe am 18. Juli 2011 im All. Die Auslegungsbetriebsdauer des auf dem russischen Navigator-Bus aufgebauten Raumfahrzeugs betrug fünf Jahre.

Überwacht wird Spektr-R über die Bodenstationen Schtscholkowo nordöstlich von Moskau (IP-14, auch Bear Lakes genannt) und Ussurijsk (NIP 15) nördlich von Wladiwostok, die Steuerung erfolgt durch die Main Operations Control Group (MOCG) beim Raumfahrzeug-Hersteller NPO S. A. Lawotschkin in Chimki.

Am 10. Januar 2019 blieb während einer routinemäßigen Kommunikationssitzung eine vom Raumfahrzeug erwartete Reaktion aus. Über Antennen in Schtscholkowo und Ussurijsk wurden zwischenzeitlich mindestens drei notfallmäßige Verbindungsversuche unternommen, den Spezialisten von Lawotschkin gelang es jedoch nicht, eine Reaktion von Spektr-R auszulösen.

Die russische Nachrichtenagentur TASS spricht in einer Meldung vom 12. Januar 2019 von einem Problem im Servicemodul des Satelliten, das seit dem 10. Januar 2019 verhindere, dass an den Satelliten geschickte Befehle ausgeführt werden.

Tech2.org brachte am 12. Januar 2019 eine Meldung, der zufolge ein Teil der Kommunikationssysteme von Spektr-R funktioniere, ein anderer Teil nicht. Die Quelle zitiert außerdem den Astrophysiker und wissenschaftlichen Leiter von Spektr-R Nikolai Semjonowitsch Kardaschow, der äußerte, ähnliche Fehler seien bereits vorgekommen und es bestehe die Möglichkeit, dass noch einmal alles ins Funktionieren komme.

Sollte sich Spektr-R nicht mehr ansprechen lassen, sei das das Ende für das Projekt, wird Kardaschow auf urdupoint.com zitiert. Dort heißt es auch, am 12. Januar 2019 soll es einen weiteren Versuch geben, den Astronomiesatelliten wieder unter Kontrolle zu bekommen.

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• Spektr-R RadioAstron

Der Beitrag Russland: Spektr-R alias RadioAstron hat Probleme erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: Kowaljow et al.

Das im Juni 2011 gestartete Projekt RadioAstron ist derzeit das einzige weltraumbasierte Radiointerferometer. Mit seiner hochelliptischen Umlaufbahn erreicht es eine Erdentfernung und damit dementsprechende Interferometer-Basislängen bis zu 350.000 km. Diese Basislängen machen Beobachtungen möglich, die aus physikalischen Gründen bei kürzeren Basislängen nicht machbar wären. Mit diesem System wurden bislang vor allem drei Arten von Objekten beobachtet: Aktive Galaxienkerne (AGN), Pulsare und Maser.

Aktive Galaxienkerne
Die Forschungsgruppe wird von Juri Kowaljow vom Moskauer Lebedew-Institut für Physik geleitet. Der bei weitem größte Teil der Beobachtungszeit von RadioAstron wurde für diesen Forschungsbereich verwendet. Drei der vier verfügbaren Empfänger von RadioAstron wurden hier eingesetzt: Das K-Band (1,3 cm Wellenlänge), das C-Band (6 cm) und das L-Band (18 cm). Durch die großen verwendeten Basislängen konnten sehr hohe lineare Auflösungen der beobachteten Objekte erzielt werden.

Manche Parameter von AGN lassen sich nur bei sehr hoher Auflösung untersuchen. Die wichtigste Kenngröße, die mittels Radio-Interferometrie ermittelbar ist, ist die sogenannte „Helligkeitstemperatur“. Sie ist ein Maß dafür, wie leuchtstark das Objekt bezogen auf die Fläche ist. Von der Erde aus lassen sich nur Helligkeitstemperaturen bis etwa 10¹² Kelvin ermitteln, für mehr ist die Auflösung zu gering. Nach üblichen Theorien zur Entstehung von Radiostrahlung sollten auch keine höheren Helligkeitstemperaturen auftreten. Demnach entsteht die Strahlung als Synchrotron-Strahlung von schnellen Elektronen in den von den AGN ausgestoßenen Jets.

Die Ergebnisse von RadioAstron zeigen jedoch, dass Helligkeitstemperaturen von 10¹³ K bis 10¹⁴ K durchaus üblich sind. Dies erfordert voraussichtlich ein größeres Umdenken zur Erklärung dieser Strahlung, sofern weitere Beobachtungen diesen Trend bestätigen. Im Verlauf des ESP wurden einige Dutzend AGN beobachtet. Üblicherweise gab es mehrere Beobachtungen bei verschiedenen Basislängen und Wellenlängen, um aus diesen einzelnen Beobachtungen Modelle für die Struktur berechnen zu können.

Während bei großen Basislängen alle Teleskope auf der Erde praktisch am gleichen Ort zu sein scheinen und damit nur lineare Auflösungen ermöglichen, ist es bei kürzeren Basislängen möglich, mithilfe der verteilten Teleskope direkt ein Bild der beobachteten Quelle zu erzeugen. Im Verlauf des ESP wurden drei solcher Experimente gemacht. Allerdings ist bislang nur von einem davon ein Ergebnis verfügbar, die beiden anderen Datensätze werden immer noch verarbeitet.

Insgesamt beurteilen die Wissenschaftler ihre Resultate sehr positiv. Auffallend ist vor allem der unerwartet geringe Einfluss von Streueffekten im interstellaren Medium. Dieser scheint unabhängig von der Basislänge nur minimal zu sein. Erwartet wurde eher, dass bei großen Basislängen viele Objekte dadurch unsichtbar werden. Etwas ungünstig ist jedoch die Bilanz im K-Band. Hier lieferten überdurchschnittlich viele Beobachtungen keine verwertbaren Ergebnisse. Erklärbar ist dies zum einen durch die vergleichbar geringe Empfindlichkeit des Empfängers, zum anderen durch die Tatsache, dass bei vielen Beobachtungen schlechtes Wetter die Datenqualität der Bodenteleskope verschlechterte.

Pulsare
Pulsare sind sehr kompakte Strahlungsquellen. Daher sind sie ideal, um zu erforschen, wie Radiostrahlung gestreut wird. Während die AGN-Beobachtungen für möglichst störungsfreie Daten also bei möglichst kurzen und daher wenig gestörten Wellenlängen arbeiten, sind hier die längeren von Interesse – also das L- und das P-Band (92 cm). Durch die großen Basislängen kann die Streuung auf sehr viel größeren Skalen beobachtet werden und somit zu einem besseren Verständnis führen.

Beobachtet wurden unter anderem der Crab-Pulsar und der Vela-Pulsar. Im Fall des Crab-Pulsars kann anhand der Ergebnisse davon ausgegangen werden, dass die Streuung vor allem direkt vom umgebenden Krebsnebel verursacht wird. Eine hochgenaue Untersuchung des Krebsnebels ist damit möglich.

Beim Vela-Pulsar gab es ein unerwartetes Verhalten zu beobachten. 1,1% der Pulse dieses Pulsars waren sichtbar. Beim erwarteten Streuverhalten läge die Wahrscheinlichkeit, einen Puls zu erfassen, aber nur bei 10^-150, also verschwindend gering. Es existiert eine Theorie (Narayan & Goodman 1989), dass ein solches Verhalten bei großen Basislängen zu beobachten ist, wenn das für die Streuung verantwortliche Plasma eine fraktale Substruktur aufweist. Sollte sich dies bestätigen, macht dies eventuell sogar direkt bildgebende Beobachtungen in Bereichen möglich, wo nach bisherigem Stand Streueffekte dies verhindern sollten.
Maser
RadioAstron ermöglicht die Untersuchung von Wasser- und Hydroxyl-Masern. Diese strahlen bei 1,6 GHz beziehungsweise bei 22 GHz. Sie treten im interstellaren Plasma auf, unter anderem in Sternentstehungsgebieten und vergleichbaren Regionen. Maser sind relativ kleine Regionen, aber sehr leuchtkräftig. Dank der hohen Auflösung von RadioAstron können Größe, Leuchtkraft und umgebendes magnetisches Feld von Masern zum Teil zum ersten Mal überhaupt bestimmt werden.

Insgesamt wurden 5 Maser erfolgreich beobachtet, bei 11 wurden Versuche vorgenommen. Nicht jede Quelle ist also wirklich beobachtbar für RadioAstron, manche Beobachtungen scheitern aus unterschiedlichen technischen und physikalischen Gründen. Im Fall des Wasser-Masers Cep A wurde eine Auflösung erreicht, die einer Größe von nur 6,5 Mio Kilometer entspricht. Damit wurde es erstmals möglich, zu erkennen, dass dieser Maser tatsächlich aus zwei eng benachbarten Masern besteht. Vergleichbare Ergebnisse gab es bei anderen Masern.

Ausblick
uch wenn die Beobachtungen des Early Science Program im Juni zu Ende gehen, dauert die Analyse der bislang gewonnen Daten sicherlich noch Monate an. Daher sind die hier vorgestellten Ergebnisse auch nur als vorläufig zu betrachten und nicht als der Weisheit letzter Schluss. Fest steht aber, dass die bisherigen Ergebnisse eine gute Basis für die weiteren Beobachtungen während es im Juli beginnenden Key Science Program bilden.

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• Spektr-R RadioAstron

Der Beitrag RadioAstron – bisherige Ergebnisse erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: ASC FIAN.

Im Rahmen von RadioAstron bildet das Weltraumteleskop Spektr-R gemeinsam mit irdischen Radioteleskopen ein gigantisches Interferometer. Spektr-R bewegt sich auf einer hochelliptischen Umlaufbahn und erreicht dabei einen maximalen Abstand zur Erde von etwa 350.000km. Seit dem Start im Juli 2011 wurden die praktisch verwendeten Basislängen immer weiter erhöht.

Je größer die Entfernung ist, umso schwieriger ist die korrekte Auswertung der Beobachtungen. Das federführende Institut ASC FIAN musste erst praktische Erkenntnisse bei geringen Anforderungen sammeln, bevor es wirklich große Basislängen in Angriff nehmen konnte. Seit einiger Zeit werden nun die verwendeten Basislängen konstant erhöht.

Jetzt wurden die aktuell erreichten Bestwerte bekanntgegeben. Dies erfolgt mit einiger Verzögerung nach den Beobachtungen, da die Messdaten der einzelnen Teleskope erst zum auswertenden Institut geschickt werden müssen und dort von einem Supercomputer zu einem Gesamtresultat korreliert werden.

Die folgenden Diagramme zeigen die Ergebnisse von solchen Korrelationsberechnungen. Die von den einzelnen Teleskopen aufgezeichneten Verläufe der empfangenen Radiostrahlung müssen zur Deckung gebracht werden. Dazu müssen sie auf der Zeitachse verschoben werden, außerdem muss die Frequenzverschiebung durch den Dopplereffekt ausgeglichen werden.

Diese dreidimensionalen Diagramme sind umso höher, je genauer sich die Wellen überlagern. Der Spitzenwert wird verwendet, um damit Bilder aus den Beobachtungsdaten zu generieren. Je höher das Signal-Rausch-Verhältnis ist, umso sicherer kann man sein, dass dieser Spitzenwert wirklich die korrekte Verschiebung darstellt.

Die Grafik zeigt die Interferenz-Diagramme, die bei den höchsten erreichten Basislängen gewonnen wurden. Bei diesen Beobachtungen wurden zwei aktive Galaxienkerne beobachtet. Der Rekord für das 6,2cm-Band wurde bereits am 28.11.2012 bei 19 Erddurchmessern (ED) Abstand zwischen dem deutschen 100m-Radioteleskop in Effelsberg und Spektr-R erreicht. Dies entspricht einer Basislänge von etwa 242.000km.

Beobachtet wurde dabei das Objekt BL Lacertae. Hierbei handelt es sich um einen Blazar in einer Entfernung von 900 Mio Lichtjahren. Ein Blazar (Kunstwort aus BL Lacertae und Quasar) ist dabei ein aktiver Galaxienkern (ein Quasar also), dessen Jet genau in der Beobachtungsrichtung liegt. Wir blicken also genau senkrecht auf die Galaxie und schauen genau in den Jet, der vom supermassiven schwarzen Loch im Zentrum ausgeht. BL Lacertae war der erste bekannte Blazar und ist daher Namensgeber für diese besondere Art von Quasaren.

Die neuen Rekorde für das 1,35-cm-Band und das 18cm-Band wurden bei der Beobachtung von 3C273 erreicht. 3C273 ist der erste Quasar, der entdeckt wurde, und zugleich der hellste bekannte Quasar überhaupt. Er befindet sich in einer Entfernung von etwa 2,4 Milliarden Lichtjahren. Am 25.01.2013 wurde eine Beobachtung im 18cm-Band gemeinsam mit dem Radioteleskop in Arecibo/Puerto Rico durchgeführt. Dabei wurde ein Abstand von 13,5 ED, also etwa 172.000km erreicht. Eine Woche später folgte die Rekordbeobachtung im 1,35cm-Band mit einer Basislänge von 8,1 ED beziehungsweise etwa 103.000km.

Überraschungen im interstellaren Medium
Nach den aktuellen Theorien zum interstellaren Medium sollte dieses Radiowellen im Bereich der beiden langwelligen Empfänger von Spektr-R (18cm und 92cm) stark streuen. Einige Objekte sollten daher praktisch nicht beobachtbar sein in diesen Bändern.

Tatsächlich gibt es bei manchen Beobachtungen das erwartete Störungsbild. Hier finden Streuungs- und Interferenzeffekte im interstellaren Medium statt und verhindern eine eindeutige Identifizierung der korrekten Korrelation. Stattdessen gibt es mehrere gleichberechtigte Optimalergebnisse. Diese Effekte sind vergleichbar damit, wie sich die Sonne in einer Fensterscheibe spiegelt – es gibt zwei Orte an denen die Sonne zu sein scheint. Ein solches Bild zeigt sich z.B. für den Pulsar PSR B0329+54:

Andere Objekte, die praktisch nicht beobachtbar sein sollten in diesen Bereichen zeigen sich jedoch nahezu störungsfrei. Die Abweichungen zur Vorhersage liegen im Extremfall bei einem Faktor von 10¹⁰⁰. Daher stellt die reine Existenz dieser Beobachtungsergebnisse bereits eine große Herausforderung für die Kenntnis des interstellaren Mediums in unserer Milchstraße dar.
Ausblick
Die verwendeten Basislängen sollen weiter vergrößert werden. Das finale Ziel des RadioAstron-Programms ist es, den Ereignishorizont eines supermassiven schwarzen Lochs auflösen zu können. Dazu muss sowohl die Auflösung noch weiter gesteigert werden, als auch ein praktisch ideales Ziel ausgewählt werden.

Die Galaxie M 87 (auch bekannt als Virgo A) ist dafür ein guter Kandidat. In ihrem Zentrum sitzt eines der massivsten überhaupt bekannten schwarzen Löcher (es bringt etwa 6,6 Milliarden Sonnenmassen auf die Waage), zudem ist sie uns mit nur 54 Millionen Lichtjahren sehr nahe. Es fanden bereits Beobachtungen statt, jedoch sind noch keine Ergebnisse bekannt. Damit wäre es dann erstmals möglich, den Ereignishorizont eines schwarzen Lochs direkt zu untersuchen.

Diese Möglichkeit bietet einzig RadioAstron, das rein irdische Radioastronomie um mehr als eine Größenordnung überbieten kann in der Auflösung. Optische Teleskope sind in diesem Bereich vollkommen chancenlos, die Auflösung von Hubble zum Beispiel ist um etwa das 5000fache schlechter.

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• Spektr-R RadioAstron

Der Beitrag RadioAstron auf Rekordkurs erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: Nikolai Kardaschow.

Spektr-R befindet sich in einer hochelliptischen Umlaufbahn, die massiv gestört wird. Man nutzt die Störungen durch die Schwerkraft des Mondes und auch den Strahlungsdruck der Sonne aus, um im Lauf der Zeit die Bahnebene zu drehen und dadurch möglichst viele verschiedene Ziele ideal ins Blickfeld zu bekommen.
Nach dem Start am 18. Juli 2011 erstreckte sich die Umlaufbahn zwischen 578 km und 333.500 km und einer Umlaufzeit von 8,32 Tagen. Die Bahnneigung betrug zu diesem Zeitpunkt 51°. Ausgehend von dieser Bahn bestand aber das Risiko, dass Spektr-R bedingt durch die Bahnstörungen Ende 2013 abstürzen würde. Daher wurde am 1. März 2012 eine Triebwerkszündung durchgeführt, um die Umlaufbahn langfristig stabil zu machen. Der jetzige Orbit soll für mindestens 9 Jahre den Betrieb ermöglichen. Dabei wird Spektr-R in diesem Zeitraum nie länger als 2 Stunden pro Umlauf im Erdschatten sein. Die Zeit im Erdschatten soll kurz sein, weil dort nicht genug Energie zur Verfügung steht, um das Radioteleskop zu betreiben.

Im Lauf der Zeit wird sich dieser Orbit stark verändern. Das Perigäum (der erdnächste Punkt) wird zwischen 7.000 und 85.000 km schwanken, das Apogäum (der erdfernste Punkt) zwischen 280.000 und 353.000 km. Die Bahnneigung wird zwischen 10° und 85° schwanken. Die ideale Auflösung erreicht RadioAstron, wenn die Basislinie senkrecht zur Beobachtungsrichtung steht. Optimale Beobachtungsbedingungen können also für Ziele mit einer Deklination (Winkel über dem Äquator) von 5° bis 80° geschaffen werden.

Damit die Daten der irdischen Radioteleskope korrekt mit denen von Spektr-R kombiniert werden können, muss die Position des Satelliten sehr genau bekannt sein. Eine große Herausforderung ist dabei die Tatsache, dass der Strahlungsdruck dem Satelliten einen Drehimpuls mitgibt. Dieser muss von der Lageregelung an Bord ausgeglichen werden. Wenn die dazu verwendeten Drallräder ihre maximale Drehzahl erreicht haben, müssen die Triebwerke gezündet werden. Das führt bei längeren Messungen zu Positionsabweichungen von 400 bis 800 Metern gegenüber der vorhergesagten Flugbahn und muss aufwendig einberechnet werden.

Um die Bahn zu verfolgen, werden drei Methoden verwendet. Die Geschwindigkeit des Satelliten wird bestimmt, indem der Dopplereffekt ausgenutzt wird. Dieser führt zu einer Verschiebung der am Boden empfangenen Frequenz gegenüber der gesendeten Frequenz. Da die Sendefrequenz bekannt ist, kann aus Sende- und Empfangsfrequenz die Geschwindigkeit relativ zur Erde bestimmt werden. Diese Messung wird ständig von der Bodenstation in Puschtschino (und zukünftig auch von der in Green Bank) durchgeführt.

Um die Position genau zu bestimmen, werden zwei Methoden verwendet. Zum einen können an Spektr-R befestigte Laserreflektoren von der Erde aus angepeilt werden. Nach dem gleichen Prinzip wird zum Beispiel auch die Entfernung des Mondes regelmäßig bestimmt. Aufgrund der großen Entfernung von der Erde sind jedoch auch für Spektr-R nur wenige Institute in der Lage, solche Messungen durchzuführen. Zudem ist diese Methode nur bei günstigen Sichtbedingungen umsetzbar.

Einfacher ist es daher, die Position von Spektr-R zu bestimmen, indem Radioteleskope auf der Erde VLBI betreiben um den Satelliten zu orten. Dabei dient Spektr-R als Radiosender und wird genau so beobachtet, wie Spektr-R sein Zielobjekt beobachtet. Zusätzlich wird der Satellit noch von irdischen Teleskopen beobachtet, um seine Position relativ zum Sternenhimmel zu bestimmen. Diese Methode ist zwar ungenau, aber zum prinzipiellen Abgleich sehr wertvoll.

All diese Messungen und Modellvorhersagen dienen dazu, den Korrelator mit Informationen über Position und Geschwindigkeit von Spektr-R zu versorgen. Diese werden benötigt, um die aufgezeichneten Signale korrekt mit den Signalen der Bodenteleskope zu kombinieren. Die Position von Spektr-R kann dabei auf 500 m genau angegeben werden, die Geschwindigkeit auf 2 cm/s. Je größer die Entfernung zur Erde ist, umso ungenauer wird dabei diese Angabe. Daher sinkt für große Abstände das Signal-Rausch-Verhältnis der korrelierten Resultate stark ab, die Bildqualität verschlechtert sich also.

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• Spektr-R RadioAstron

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Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: Nikolai Kardaschow.

Very Long Baseline Interferometry ist eine Technik, die seit den späten 60ern für den Radiobereich verwendet wird. Diese Art der Interferometrie zeichnet sich dadurch aus, dass die beteiligten Empfänger ihre Daten einzeln aufzeichnen und diese nicht sofort zusammenfassen. Diese Daten werden erst später durch aufwendige Berechnungen zu einem Signal zusammengefasst. Der Vorteil dabei ist, dass die erreichbare Auflösung umso größer ist, je weiter die Teleskope voneinander entfernt sind. 1967 fanden die erste Versuche mit kanadischen und US-amerikanischen Teleskopen statt, bereits 1969 gelangen transkontinentale Kooperationen. Die maximale Basislänge des Interferometers ist bei rein irdischen Teleskopen auf den Erddurchmesser beschränkt. Bereits früh wurde klar, dass die meisten aktiven Galaxienkerne (AGN – Aktive Galactic Nuclei) dennoch nicht auflösbar sind.

In Russland wurde erstmals am 23. Dezember 1970 auf einer Konferenz über ein Radioteleskop im Weltraum diskutiert – die Idee zu „RadioAstron“ war geboren. In den folgenden Jahren wurde an mehreren russischen Instituten an diesem Projekt geforscht. 1979 wurde im Rahmen dieser Entwicklungen ein 10-m-Radioteleskop zum Test auf die Raumstation Saljut 6 gebracht. Mit diesem Teleskop wurden einige astronomische Beobachtungen durchgeführt. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt waren von großer Bedeutung für die Konstruktion des Teleskops von Spektr-R. Der wissenschaftliche Wert der Beobachtungen war aufgrund der niedrigen Umlaufbahn der Saljut-Station jedoch eher klein.

Im Jahr 1980 wurde vom sowjetischen Ministerrat eine Serie von sechs Astronomiesatelliten bewilligt. Dazu gehörten sowohl Spektr-R/RadioAstron für den Radiobereich als auch das technisch sehr ähnliche Projekt Spektr-M/Millimetron für Millimeter- und Submillimeterwellen. Die erste internationale Konferenz zu Spektr-R fand am 17./18. Dezember in Moskau statt. Dies war zu einem Zeitpunkt, als die Sowjetunion sich bereits ihrem Ende näherte. An diesem Projekt haben sich als internationale Partner die Niederlande, Deutschland, Australien, Finnland und Indien beteiligt.

Trotz des Zusammenbruchs der Sowjetunion ging es mit dem Projekt voran. In den frühen 1990ern wurden an das leitende Lebedew-Institut bereits drei der vier Radioempfänger geliefert (Wellenlängen: 1,35 cm; 6,2 cm; 18 cm) sowie der Verstärker für das 92-cm-Band. Der 18-cm-Empfänger und der 92-cm-Verstärker haben die Wirren der Zeit überlebt und befinden sich heute an Bord von Spektr-R. Für die anderen Instrumente gab es jedoch ein anderes Schicksal.

Während es mit Spektr-R vor allem aufgrund der Finanzprobleme im neuen Russland nur sehr langsam voranging, sammelten andere Länder praktische Erfahrungen mit weltraumbasierter Radiointerferometrie. Von 1986-1988 testeten die USA mit der 5-m-Antenne eines TDRS-Relaissatelliten. Diese Satelliten befinden sich im geostationären Orbit in rund 36.000 km Höhe.

Die erste Mission, die nur für die Radioastronomie ausgelegt war, wurde von Japan gestartet: 1997 flog VSOP/HALCA. Dieser Satellit verfügte über eine 8-m-Antenne und flog in einem elliptischen Orbit mit einer maximalen Entfernung zur Erde von 28.000 km. Dieses System war bis 2003 im Einsatz. Die praktischen Erfahrungen dieser beiden Vorgängerprojekte flossen noch in die Konstruktion von Spektr-R sowie auch der zugehörigen Bodenstationen ein.

In den 2000ern nahm dann endlich der Satellit selbst Gestalt an. Die 10-m-Antenne besteht aus einem runden Zentralsegment und 27 starren „Blütenblättern“. Diese können sich wie eine Blüte entfalten. Dadurch kann das ganze Antennensystem zu einem nur 3 Meter durchmessenden Zylinder zusammengefaltet werden, um in die Trägerrakete zu passen. Die Empfänger entsprechen von ihren Fähigkeiten her immer noch den Modellen aus den 1990ern, sind aber zum Teil durch modernere Exemplare (aus russischer Produktion) ersetzt worden. Die technische Basis des Satelliten ist der Navigator-Satellitenbus von NPO Lawotschkin, der als flexibles Basismodul für verschiedene Missionen für Astronomie und Erdbeobachtung dient.

Neben dem Bau des Satelliten musste auch eine geeignete Bodenstation geschaffen werden, welche Spektr-R im Orbit verfolgen kann. Außerdem muss sie die Daten aufzeichnen, die von den Radioempfängern an Bord gewonnen werden. Als Basis dafür wurde das 22-m-Radioteleskop „RT-22“ in Puschtschino bei Moskau verwendet. Als zweite Bodenstation wird gerade das 40-m-Radioteleskop in Green Bank (West Virginia / USA) nach gleichem Prinzip ausgerüstet. Diese soll in Kürze zur Verfügung stehen.

Als all diese Vorbereitungen abgeschlossen waren, wurde es Zeit für den Start. 18. Juli 2011: In Baikonur hebt eine Trägerrakete vom Typ Zenit-3SLBF ab und bringt Spektr-R in seine hochelliptische Umlaufbahn mit einer maximalen Entfernung von fast 400.000 km zur Erde. Mit der Inbetriebnahme entsteht das größte astronomische Instrument der Geschichte. Nikolai Kardaschows Lebenstraum geht nach über 40 Jahren politischer, technischer und finanzieller Wirren endlich in Erfüllung.

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• Spektr-R RadioAstron

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Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: ASC/IKI.

Die russisch-internationale Mission RadioAstron ist ein VLBI-Projekt – Very Long Baseline Interferometry. Das bedeutet, dass mehrere sehr weit entfernte Teleskope zu einem einzigen zusammenschaltet werden, um so ein deutlich höheres Auflösungsvermögen zu erhalten. Je größer dabei die Entfernung ist, umso größer ist auch das Auflösungsvermögen. Bei dem Einsatz ausschließlich irdischer Teleskope ist der Durchmesser der Erde die Grenze für den Teleskopabstand. Diese Einschränkung umgeht RadioAstron – der Einsatz irdischer Teleskope gemeinsam mit dem bis zu 400.000 km von der Erde entfernten Spektr-R ermöglicht weit höhere Auflösungen. Für diesen Zweck werden weltweit Radioteleskope verwendet, darunter die größten der Welt, um nicht nur hohe Auflösungen, sondern auch hohe Signalstärken zu erhalten. Somit kann das Maximum an Daten aus den Beobachtungen gewonnen werden.

Spektr-R verfügt über insgesamt vier Empfänger für verschiedene Wellenlängenbereiche, die nach und nach kalibriert und in den wissenschaftlichen Betrieb genommen werden. Inzwischen sind drei der vier Frequenzbänder für das ESP (Early Science Programm) im Einsatz und liefern bereits erste wissenschaftliche Daten. Zuletzt fehlte lediglich noch das 1,3-cm-Band. Grund hierfür war die wetterbedingt schlechte Datenqualität der irdischen Partnerteleskope in Effelsberg und Green Bank (USA) während der Erprobung.

Am 22. Februar und 1. März gab es zwei Zündungen zur Anhebung der Umlaufbahn. Seitdem beträgt das Perigäum (der erdnächste Punkt) des Orbits 55.000 km. Damit beträgt die ballistische Lebensdauer der Umlaufbahn (ohne weitere Korrekturen) jetzt 10 Jahre. Bereits am 22. Januar gab es einen Test des sogenannten „geschlossenen Kreislaufs“ zur Synchronisation. Dabei wird die Messung durch ständigen Funkkontakt mit der Bodenstation in Puschino synchronisiert. Alternativ werden ansonsten die Messwerte mit hochgenauem Zeitstempel durch die bordeigene Atomuhr versehen.

Zu den ersten Ergebnissen gehören Beobachtungen im 92-cm-Band von 25. Januar mit einer Basislänge von 220.000 km des Pulsars B0950+08. Diese wurden gemeinsam mit den Radioteleskopen Effelsberg, Westerbork (Niederlande) und Arecibo (Puerto Rico) durchgeführt. Der geschlossene Kreislauf wurde mit dem 18-cm-Band bei einer Basislänge von 16.000 km getestet, dabei wurde der Quasar 0212+735 beobachtet. Am 11. März gab es erste Testbeobachtungen gemeinsam mit dem australischen LBA, um wissenschaftliche Beobachtungen in Kooperation mit diesem durchzuführen.

PLASMA-F – klein aber fein

Während RadioAstron nach einer deutlich langsamer als geplant verlaufenden Testphase nun also in den regulären Betrieb übergeht, sammelt die Sekundärnutzlast PLASMA-F von Spektr-R schon seit Juli wissenschaftliche Daten. Bei diesem Experiment handelt es sich um ein Gerät, dass die Plasmaumgebung des Satelliten erfasst und somit die Magnetosphäre der Erde untersucht. Durch den hochelliptischen Orbit von Spektr-R kann PLASMA-F einen Querschnitt durch einen großen Bereich der Magnetosphäre anfertigen, was vergleichbare Experimente durch ihre Umlaufbahnen bislang nicht leisten konnten.

Angesichts des Erfolgs dieses Experiments gibt es derzeit die Überlegung, auf dem geplanten Röntgenteleskop Spektr-RG einen Nachbau von PLASMA-F zu installieren. Spektr-RG soll um den L2 des Sonne-Erde-Systems kreisen – der L2 ist ein Punkt 1,5 Mio km hinter der Erde, wo Objekte relativ zur Erde immer die gleiche Position halten können (von Störungen durch andere Himmelskörper abgesehen). Damit könnte mit Spektr-RG der „Schwanz“ der irdischen Magnetosphäre untersucht werden. Der Start von Spektr-RG ist derzeit für 2014 geplant, für das PLASMA-Team wird die Zeit also knapp.

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Raumcon

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• Russische Weltraumteleskope: Die Spektr-Serie

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Roskosmos, RN.

Zuletzt wurde die Atomuhr erfolgreich ins Betriebsnetz übernommen. Wichtig sind auch spezielle Kommunikationssysteme, die aber nicht nur Daten übertragen sondern mittels Dopplermessungen auch sehr genaue Angaben über Position und Geschwindigkeit des Satelliten ermöglichen. In der russischen Bodenstation bei Puschtschino wurden die Signale in den Frequenzbereichen um 8 bzw. 15 GHz erfolgreich empfangen.
Für die nächste Zeit sind nun Zielkorrekturmessungen und Tests des 15-GHz-Datenkanals, die Bestimmung der Leistungsfähigkeit der wissenschaftlichen Empfänger und schließlich erste Beobachtungen am etwa 11.000 Lichtjahre entfernten Emissionsnebel und Supernova-Überrest Cassiopeia A an der Reihe.

RadioAstron gelangte am 18. Juli 2011 an der Spitze einer Zenit 3SLBF in eine hochelliptische Umlaufbahn und soll nach seiner Inbetriebnahme etwa 5 Jahre lang kosmische Objekte in verschiedenen Bereichen des Radiofrequenzspektrums untersuchen. Dazu gehören Galaxien und Quasare, Neutronensterne, Pulsare und Schwarze Löcher sowie interstellare Plasmen. Ziele sind u.a. die Erfassung der Struktur des Raumes im Umfeld von Schwarzen Löchern, genauere Entfernungs- und Geschwindigkeitsbestimmungen bei Pulsaren sowie das Ergründen der Entwicklungsgeschichte kollabierender Strukturen. Insgesamt möchte man fundamentale kosmologische Erkenntnisse bestätigen und erweitern.

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Ein Beitrag von Stefan Heykes. Quelle: Roskosmos, Lawotschkin, ASC Lebedjew.

Um 04:31 Uhr MESZ hob die Rakete vom Typ Zenit-3F (auch bekannt als Zenit-3SLBF oder Zenit-2SB/Fregat-SB) in Baikonur ab. Planmäßig wurde der Satellit um 08:06 Uhr MESZ von der Oberstufe Fregat-SB abgetrennt. Der zunächst erreichte Orbit besitzt ein Perigäum von 600 Kilometern und ein Apogäum von 330.000 Kilometern. Die Bahnneigung beträgt 51,3°. Es handelte sich dabei um den zweiten Zenit-Start des Jahres und zugleich um die zweite Zenit-3F. Den Jungfernflug feierte dieses Modell im Januar mit dem Start des Wettersatelliten Elektro-L 1. Dieser Satellit diente zugleich auch als Test für den Satellitenbus von Spektr-R namens „Navigator“.

Die Mission RadioAstron ist die zweite weltraumgestützte VLBI-Mission im Bereich der Radioastronomie (VLBI: Very Long Baseline Interferometry). Bei diesem Verfahren werden weit voneinander entfernte Teleskope virtuell zu einem einzigen Teleskop zusammengeschaltet. Durch den großen Abstand der beteiligten Teleskope wird eine extrem hohe Winkelauflösung erreicht. Aus technischen Gründen ist es derzeit nur im Radiobereich möglich, diese Technik anzuwenden. Interferometrie im Bereich des optischen Lichts beschränkt sich derzeit auf mehrere Teleskope in einer Sternwarte mit wenigen 100 Metern Abstand. Aufgrund dieser Einschränkungen bietet RadioAstron in Zusammenarbeit mit irdischen Teleskopen (unter anderem dem größten Radioteleskop der Welt in Arecibo) eine einzigartige Möglichkeit, Radioquellen extrem präzise aufzulösen.

Auch für Orbitmechaniker ist diese Mission einzigartig. Im Laufe der auf mindestens fünf Jahre angesetzten Forschungen soll ein möglichst großer Bereich des Himmels untersucht werden können. Um dies zu gewährleisten, wurde Spektr-R in einen Orbit gebracht, der durch die Gravitation des Mondes massiv gestört wird. Das Perigäum wird dabei zwischen 400 und 65.000 Kilometer variieren, das Apogäum zwischen 265.000 und 360.000 km. Dementsprechend wird auch die Umlaufzeit zwischen 8 Tagen und 10,5 Tagen in diesem Zeitraum schwanken. Nach dem Start beträgt sie 8,2 Tage.

Raumcon:

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Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: Physikalisches Lebejew-Institut Moskau (Russische Akademie der Wissenschaften). Vertont von Peter Rittinger.

Dazu gehören Galaxien und Quasare, Neutronensterne, Pulsare und Schwarze Löcher Galaxsowie interstellare Plasmen. Ziele sind u.a. die Erfassung der Struktur des Raumes im Umfeld von Schwarzen Löchern, genauere Entfernungs- und Geschwindigkeitsbestimmungen bei Pulsaren sowie das Ergründen der Entwicklungsgeschichte kollabierender Strukturen. Insgesamt möchte man fundamentale kosmologische Erkenntnisse bestätigen und erweitern.

Radioastron soll in eine hochelliptische Erdumlaufbahn gebracht werden, deren erdnächster Punkt in einer Höhe von etwa 600 Kilometern liegt. Das Apogäum soll hingegen bei 330.000 Kilometern liegen. Damit ergäbe sich eine Umlaufzeit von etwa 8,2 Tagen, wobei man die meiste Zeit von der Erde weg Untersuchungen anstellen würde. In Erdnähe können mit hochpräzisen Frequenzmessungen per Dopplereffekt Geschwindigkeitsänderungen im Bereich von 100 Mikrometern pro Sekunde festgestellt werden, was sehr genaue Rückschlüsse auf Variationen im Gravitationsfeld der Erde zulässt. Mittels Lasermesssystem kann die Position von Radioastron in der Größenordnung von 10 Zentimetern genau bestimmt werden.

Zusammen mit Radioteleskopen auf der Erde soll Spektr-R Radiointerferometrie betreiben. Dazu werden neben russischen auch Antennen rund um den Globus in das Projekt einbezogen, so in Australien, Chile, China, Westeuropa, Indien, Japan, Südkorea, Mexiko, Südafrika, der Ukraine und in den USA. Mit Radioastron erreicht man eine Basislänge von bis zu 350.000 Kilometern. Dies hat den Vorteil, dass man Radioquellen unter geringfügig verschiedenen Winkeln anpeilt und damit das Auflösungsvermögen gewaltig verbessert. Durch eine Vielzahl an Messstationen kann auch die Stärke des Signals verbessert werden.

Während die bodengestützten Radioteleskope Antennendurchmesser von mehreren Dutzend Metern aufweisen, schirmt die Atmosphäre einen Teil der Signale ab. Außerdem sind Störeffekte von irdischen Funkquellen stärker und komplizierter herauszurechnen.

Radiaostron verfügt über eine Parabolantenne mit einem Durchmesser von 10 Metern und einer Brennweite von 4,22 m. Die Signale gelangen zu einem Fokalcontainer und werden von dort zu einem Instrumentenmodul weitergeleitet, welches sich hinter der Antenne befindet. Hier werden die Signale in Frequenzbereichen um 0,327 GHz, 1,665 GHz, 4,83 GHz und 18-25 GHz aufbereitet und ausgewertet. Dabei will man im Zusammenwirken mit bodengestützten Radioteleskopen ein Auflösungsvermögen von 540 µarcsec (Mikrobogensekunden) im niedrigsten bis zu 7 µarcsec im höchsten Frequenzbereich erreichen.

Die Antenne des Satelliten verfügt über einen 3 Meter durchmessenden starren Zentralteil, um den herum sich 27 Kohlefaserblätter mit einer 100 µm dicken Aluminiumbeschichtung mit einem Reflexionsvermögen um 98% befinden. Beim Start sind diese noch zusammengefaltet. Nach der Entfaltung ergibt sich ein Antennendurchmesser von 10 Metern mit einer Oberflächengenauigkeit um 500 µm.

Die wissenschaftliche Ausrüstung des 3.660 kg schweren Raumfahrzeugs umfasst etwa 2.500 kg, also den Großteil des Satelliten. Steuerung, Antrieb, Lageregelung, Energieversorgung und Kommunikationskomponenten befinden sich im von Lawotschkin gefertigten Bus vom Typ Navigator. Der Satellit ist dreiachsenstabilisiert und verfügt zur Energiegewinnung über zwei Solarzellenpaneele. Eine Hochgewinnantenne mit einem Durchmesser von 1,5 Metern sorgt für schnellen Datenaustausch, vor allem in Richtung Erde mit bis zu 144 MBit pro Sekunde im 15-GHz-Bereich. Außerdem wird bei 7,2 GHz ein Referenzsignal für Geschwindigkeits- und Beschleinigungsmessungen abgestrahlt. Radioastron verfügt über Radiatoren zur Abführung überschüssiger Wärme und 3 Sternsensoren zur genauen Lagebestimmung. Die Positionierungsgenauigkeit soll bei 18 Bogensekunden liegen.

In internationaler Kooperation entstanden auch einige Komponenten des Satelliten. So stammt der 1,6-GHz-Signalverstärker aus Indien, ein Detektor für kosmische Partikel aus Deutschland (FHG Freiburg) und es wurden Testeinrichtungen der ESA genutzt. Ursprünglich in den Niederlanden, in Deutschland und Finnland entwickelte Empfängermodule wurden mittlerweile durch weiterentwickelte aus russischer Fertigung ersetzt.

Aus dem hoffentlich erfolgreichen Einsatz des Satelliten im Verbund mit bodengestützten Radioteleskopen sollen sich auch Aussagen über kosmologische Effekte durch dunkle Materie bzw. dunkle Energie gewinnen lassen. Weitere Beobachtungsziele werden Sterne in verschiedenen Entwicklungsstadien, Maser oder stellare schwarze Löcher sein. Erkenntnisse möchte man auch über das interplanetare sowie interstellare Medium und auf dem Gebiet der Astrometrie erlangen.

Raumcon:

• Zenit-3SLBF mit Spektr-R

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Autor: Karl Urban.

Planungsphase
Der erste Entwurf sah einen Basisblock vor, an dem bis zu vier modifizierte Saljut-Module hätten angedockt werden können. Der Entwurf wurde aber frühzeitig verworfen. Nach dem Wechsel der Konstruktionsabteilung für die neue Raumstation entstand ein neues Konzept, welches aber wiederum verworfen werden musste. Lediglich das spätere Mir-Modul Quant wurde innerhalb dieses zweiten Projektentwurfs wirklich gebaut. Erst für die Station Saljut 7 geplant, wurde Quant später wegen Verzögerungen bei der Konstruktion Teil der Mir. Schließlich einigte man sich auf einen modifizierten Basisblock FGO, an dem verschiedene Gerätemodule angebracht werden konnten. Diese wurden später durch die Mir-Module Quant 2, Kristall, Spektr und Priroda verwirklicht.

Der Start der Mir
Nachdem die Konstruktion des Mir-Basisblocks abgeschlossen war, wurde er sofort ohne die vorher übliche Erprobung nach Baikonur transportiert. Hier mussten alle vorhandenen Kabelstränge noch einmal ausgetauscht werden, bis der Block startbereit war. Der Starttermin – der 27. Parteitag der KPdSU – wurde eingehalten und die Sowjetunion bewies mit dem Start des Mir-Basisblocks am 19. Februar 1986, dass sie simultan zwei Raumstationen betreiben kann (Saljut 7 und Mir).

Der Basisblock der Mir
Das zentrale Modul der Mir war der Basisblock (Core Modul). An den Seiten des Kopfteils konnten weitere Module und an den Enden Versorgungsschiffe bzw. das wissenschaftliche Modul Quant andocken. Der Mir-Basisblock mit einer Länge von 13,3 Metern und einem Volumen von 90 Kubikmetern war in vier Bereiche aufgeteilt: Durchgangsbereich, Arbeitsraum, Zwischenraum und Triebwerksraum.
Im Durchgangsraum waren zusätzlich fünf weitere Andockstutzen für Versorgungsschiffe und weitere Module montiert. Im Arbeitsraum befanden sich die Kommandostation der Mir, der Zentralcomputer, eine Station zum Körpertraining der Kosmonauten sowie der Wohn- und Essbereich. Zur Erdbeobachtung waren 13 Bullaugen installiert. Im hinteren Triebwerksraum des Mir-Basisblocks befanden sich das Antriebssystem sowie die Rendezvous- und Funkantennen.

Module
Nach dem Start des Mir-Basisblocks am 20. Februar 1986 wurde der Ausbau der Station mit weiteren Modulen vorangetrieben. Trotz einigen Verzögerungen durch den Zusammenbruch der Sowjetunion sowie durch finanzielle Probleme Russlands erreichte die Mir in Ihrer Endkonfiguration 1996 eine Masse von 110 Tonnen. Obwohl die Station eher durch ihre vielen Pannen in den 90er Jahren bekannt wurde, als durch technische Erfolge, war sie doch eine Meisterleistung der Ingenieurstechnik und lieferte – gerade durch die vielen Pannen an Bord – unschätzbare Erfahrungen für den Betrieb späterer Raumstationen wie der ISS. Dieser Artikel soll die einzelnen Module der Mir etwas genauer beleuchten.

• Der 1986 gestartete Basisblock bildet den Kern der Station.
• Das zweite Modul der Mir war Quant-1. Gestartet wurde es etwa ein Jahr nach dem Start des Basisblocks am 31. März 1987. Das Modul besaß mit 20 Tonnen eine ähnliche Masse wie der Basisblock, war aber nur halb so lang. An Bord waren neben astrophysikalischen Instrumenten auch Lebenserhaltungssysteme sowie Lagekontrollsysteme untergebracht. Die Hauptaufgabe bestand im Sammeln astronomischer Daten.
• Am 26. November 1989 startete Quant-2 zur russischen Raumstation. Neben einer Luftschleuse für „Weltraumspaziergänge“ (EVAs – Extra Vehicular Activities) waren wiederum Lebenserhaltungssysteme in dem Modul untergebracht. Auch Quant-2 sollte wissenschaftliche Aufgaben, wie Erdbeobachtung und biologische Weltraumforschung, erfüllen. Daneben besaß das Modul wiederholt Überlebenssysteme, die auch im Basisblock installiert waren. Eine Neuerung bildete außerdem eine Manövriereinheit für Außenarbeiten, die es den Kosmonauten erlaubte, sich frei im Raum zu bewegen, ohne an dir Mir „angeleint“ zu sein.
• Das Modul Kristall, gestartet am 31. Mai 1990, diente zur biologischen und materialwissenschaftlichen Forschung. Daneben waren an der Außenseite des Moduls Solarzellenpaneele angebracht, um den erhöhten Energieverbrauch der Mir zu decken. Für Kristall war eine für den russischen Raumtransporter Buran vorgesehene Andockstelle konstruiert worden, die später für das amerikanische Space Shuttle genutzt werden konnte.
• Als 1991 die Sowjetunion zusammenbrach und unter anderem auch das für Weltraumstarts wichtige Kasachstan unabhängig wurde, entstand ein fünfjähriges Loch im Ausbau der Raumstation Mir. Erst am 20. Mai 1995 startete ein neues Modul ins All: Spektr. Um den Andockplatz freizumachen, verlegten die Mir-Kosmonauten das Modul Kristall um 90° an eine andere Stelle des Basisblocks. Spektr diente in erster Linie der Erdbeobachtung. So sollten besonders Naturphänomene und die Erdatmosphäre untersucht werden.
• Der Ausbau der Mir wurde schließlich mit dem Start am 23. April 1996 durch das Modul Priroda vollendet. Die Aufgaben lagen auch hier im wissenschaftlichen Bereich: Man wollte Festland, Ozeane und die Atmosphäre in ihrer Dynamik beobachten.

Eine weitere wichtige „Komponente“ der Mir war der unbemannte Raumtransporter Progress, der die Station bis zu ihrem Ende mit Nachschub von der Erde versorgte und schließlich auch bei ihrem kontrollierten Absturz eine wichtige Rolle spielte. Progress beliefert bis heute auch die ISS.

Missionsverlauf
15 Jahre lang, von 1986 bis 2001, war die russische Raumstation Mir im Erdorbit. In dieser Zeit besuchten sie viele Menschen und sammelten für die russische Raumfahrt und letztlich für die gesamte Menschheit etliche Erfahrungen beim Betrieb von Raumstationen, die unter anderem für die Internationale Raumstation unerlässlich sein werden. Daher handelt dieser Artikel vom Missionsverlauf in 15 Jahren Mir.

Vielversprechender Anfang
Nach dem unbemannten Start des Basisblocks der Mir am 20. Februar 1986 wird dieser zum ersten Mal von zwei Kosmonauten bemannt. Sie benutzen Ihre Sojus-Kapsel, um von der Mir zur noch immer verwendbaren Station Saljut 7 und wenige Wochen später zurück zur Mir zu pendeln. Nach dem erfolgreichen Start des zweiten Moduls Quant 1 1987 startet in Baikonur zum allerersten Mal Buran, der russische Raumtransporter. Der Start geschieht noch unbemannt, allerdings wird ein Docking an die Mir beim nächsten Flug angekündigt. Wegen dem Zusammenbruch der Sowjetunion und daraus resulierender fehlender Finanzierung muss das Buran-Programm jedoch kurz danach eingestellt werden, ein zweiter Buran-Flug findet nie statt.
1991 bricht die Sowjetunion zusammen. In den Wirren dieser Zeit ist dir Mir trotz allem bemannt: Sergej Krikaljow wird vom Westen als „gestrandeter Kosmonaut“ dargestellt. Im gleichen Jahr besuchen ein österreichischer Forscher und eine britische Astronautin die Mir.

Westliche Kooperation
Im Dezember 1990 besucht der japanische Journalist Toyohiro Akiyama die Station, um direkt vom Schauplatz des Geschehens zu berichten. Die nichtrussischen Besuche nehmen in den kommenden Jahren sogar noch zu, so 1992 durch den Deutschen Klaus Dietrich Flade und den Franzosen Michel Tognini. Von Januar 1994 bis Mai 1995 bleibt der Russe Valery Polyakov auf der Mir. Mit 438 Tagen im All stellt er damit einen neuen Rekord für die menschliche Verweildauer im All auf. Der lange Zeitraum, den Polyakov im All bleibt, wird auch als Test für einen möglichen bemannten Marsflug gewertet: Der Flug zum roten Planeten dauert etwa ein Jahr. 1994 besucht außerdem der deutsche ESA-Astronaut Ulf Merbold die Mir, der bereits 1983 mit dem Space Shuttle im All war.
Neben dem weiteren Ausbau der Station 1995 startet in dem Jahr auch der erste amerikanische Astronaut zur Mir, noch von Baikonur aus mit einem Sojus-Raumschiff. Bereits im Juli des gleichen Jahres beginnt die erste Shuttle-Mir-Mission: Mit STS-71 dockt die Atlantis zum ersten Mal an die russische Raumstation an. Im gleichen Jahr besucht auch der Deutsche Thomas Reiter die Mir und bleibt 179 Tage an Bord. 1996 wird der Aufbau der Station mit dem Modul Priroda beendet. Der längste Aufenthalt eines amerikanischen Astronauten im All wird ironischerweise auch auf der Mir gefeiert: John Blaha verbringt im gleichen Jahr 118 Tage auf der Station.

Pannenserien
Am 24. Februar entzündet sich ein chemischer Sauerstoffgenerator. Es entwickelt sich giftiger Rauch auf der Station und zwingt die beiden russischen und den amerikanischen Raumfahrer an Bord zum Tragen von Sauerstoffmasken. Aufgrund der entschlossenen Reaktion der Mir-Insassen kann eine verfrühte Rückkehr zur Erde verhindert und die Luft innerhalb eines Tages wieder gereinigt werden. Bereits zwei Wochen nach diesem Vorfall fällt die primäre Sauerstoffversorgung aus, es muss auf die sekundäre umgeschaltet werden. Daneben sind aufgrund eines Defekts des Lagekontrollsystems nur noch manuelle Manöver möglich. Außerdem lässt das marode russische Satellitensystem nur noch 10 Minuten Funkkontakt zur Moskauer Bodenstation pro Erdumlauf zu.
Obwohl die NASA Anfang 1997 erst ihre Zweifel an einer weiteren Zusammenarbeit mit Russland auf der Mir bekundet, startet nach Reparatur der Bordsysteme am 15. Mai 1997 wiederum die Atlantis zur Station und löst den Amerikaner Jerry Linenger an Bord durch Michael Foale ab.
Wiederum nur einen Monat später, am 25. Juni 1997, kollidiert aufgrund eines Fehlers das Progress-Versorgungsraumschiff M-34 mit der Station. Neben dem Modul Spektr, das versiegelt werden muss, werden auch die Solarzellen des Moduls schwer beschädigt und ein Drittel der Mir-Energieversorgung wird lahmgelegt. Die Probleme an Bord können zwei Monate später nach einem Crew-Austausch beendet werden.
Am 30. August 1997 startet erneut die Atlantis zur Mir, nachdem es heftigste Kontroversen bei der NASA gegeben hatte, ob man nach der Pannenserie in dem Jahr die Shuttle-Mir-Missionen überhaupt fortsetzen sollte.

Die Mir wird alt
Am 20. November 1998 startet das erste Modul der Internationalen Raumstation Zarya und die NASA-Führung versucht die russische Regierung dazu zu bewegen, die Mir möglichst bald im Pazifik zu versenken. Vorerst entscheidet sich Russland noch dagegen. 1999 bildet sich eine Organisation, die versuchen will, das Überleben der Mir über private Mittel zu sichern. Im Kontrast dazu wird die am 28. August 1999 landene Crew nicht wieder ersetzt.
Am 4. April 2000 startet schließlich die letzte Besatzung zur Mir. Zu diesem Zeitpunkt hofft die russische Raumfahrt noch darauf, die Mir durch westliche Gelder für zwei weitere Jahre betreiben zu können. Diese Hoffnungen zerschlagen sich jedoch durch die horenden Unterhaltskosten für Russland.

Krönender Abschluss
Im März 2001, einige Tage nach dem 15. Geburtstag der Mir, beginnt schließlich der kontrollierte Absturz der Station. Zuvor war ein letztes Progress-Raumschiff gestartet worden, um mit der Hilfe seiner Triebwerke die Orbithöhe langsam zu verringern und die Mir in die richtige Lage zu drehen. Der Wiedereintritt wird weltweit mit Faszination und Angst beobachtet, denn falls der 140 Tonnen schwere Koloss außer Kontrolle geriete und auf bewohntes Gebiet fallen würde, wäre das eine Katastrophe. Die Ingengieure in der Moskauer Bodenstation beweisen allerdings, dass man nach wie vor auf das russische Raumfahrt-Know-how zählen kann. Die schwersten Trümmerteile der Mir stürzen genau über dem vorher berechneten Absturz-Korridor östlich von Neuseeland in den Pazifik.
Mit dem Ende der Russischen Raumstation Mir endet auch eine Ära der Raumfahrt. Russland ist ein Land, das wirtschaftlich von Krisen geschüttelt ist. Trotzdem gelang es über 15 Jahre, eine große Raumstation zu betreiben und trotz etlicher lebensgefährlicher Zwischenfälle an Bord, das Leben der Insassen immer zu sichern. Mit dem beginnenden Aufbau der ISS beginnt eine neue Raumfahrt-Ära. Starke amerikanischen Finanzhilfen beim russischen ISS-Modul Zarya belegen die finanziellen Probleme des Landes und der Raumfahrtindustrie Russlands. Allerdings belegen die vielen gemeisterten Pannenserien an Bord der Mir auch, dass man beim Ausbau der ISS und ihrem Betrieb ebenfalls nicht auf Russland und die Erfahrung russischer Kosmonauten und Ingenieure verzichten darf.

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