Quelle: Universität Augsburg 6. August 2024.

6. August 2024 – Etwa 80 bis 120 Kilometer über der Erdoberfläche wird die Luft so dünn, dass dieser Höhenbereich oft als Grenze zum Weltraum bezeichnet wird. Dennoch hat diese Atmosphärenschicht eine enorme Bedeutung – einerseits für den Flug von Satelliten und andererseits für das Erdklima. Die Universitäten Augsburg und Bern sowie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) wollen diesen Grenzbereich nun genauer untersuchen. Die DFG und die SNSF fördern das auf den Namen GIGAWATT getaufte Projekt mit insgesamt 1,2 Millionen Euro.

Das GIGAWATT-Projekt nimmt eine bestimmte Sorte von Strömungen genauer unter die Lupe, die sogenannten atmosphärischen Schwerewellen. Diese entstehen häufig in den unteren Luftschichten und pflanzen sich von dort bis in über 100 Kilometer Höhe fort – ähnlich wie Meereswellen, nur dass sie nicht nur horizontal, sondern vor allem auch vertikal verlaufen. Im Grenzbereich zwischen Atmosphäre und All brechen die Schwerewellen und verursachen dabei chaotische Verwirbelungen.

Dieser Vorgang ist es, der die Forschenden vor allem interessiert. Denn das Schicksal der Schwerewellen hat Auswirkungen auf unser Klima. „Die Wellen stellen gewissermaßen die Weichen für die großen erdumspannenden Strömungssysteme“, erklärt Michael Bittner, Professor für Atmosphärenfernerkundung an der Universität Augsburg. „Darunter sind beispielsweise die hochliegenden Windsysteme, die den Luftaustausch zwischen den Polen der Erde steuern. In Klimamodellen wird die Wirkung von Schwerewellen bislang aber nur sehr ungenau abgebildet.“

Ein Grund: Zwar ist die Ausbreitung und Brechung der Wellen physikalisch gut verstanden. Die Gleichungssysteme, die diese Prozesse beschreiben, sind aber so komplex, dass sie sich auch mit den schnellsten Supercomputern nicht lösen lassen. Forschende behelfen sich daher mit Näherungen, sogenannten Parametrisierungen, um den Werdegang der Wellen zu modellieren. „Damit diese Modelle ein realistisches Ergebnis liefern, muss man sie aber mit möglichst exakten Ausgangsdaten füttern“, erläutert Bittners Mitarbeiter Dr. Patrick Hannawald.

Radarsysteme und optische Kameras in den Alpen
Soll heißen: Man muss wissen, wo sich die Wellen aktuell befinden und wie sie sich verhalten, um ihren Verlauf in die Zukunft extrapolieren zu können. Und je genauer man das weiß, desto besser wird das Ergebnis. Doch bislang ist es nur sehr schwer möglich, die Wellen in der Grenzschicht zwischen Atmosphäre und All aufzuspüren. Genau hier setzt das neue Projekt an: Die beteiligten Arbeitsgruppen möchten die Schwerewellen mit verschiedenen Methoden exakter sichtbar machen. „Dazu werden wir zusammen mit unseren Projektpartnern in den deutschen und schweizer Alpen Radarsysteme installieren und zugleich optische Kameras aufbauen“, sagt Hannawald. „Damit lassen sich dann sogenannte tomografische Messungen durchführen.“

Mit diesem Ansatz lassen sich die Wellenfronten in ihrer dreidimensionalen Ausdehnung sichtbar machen. Die Beteiligten nutzen dazu ein Phänomen, das als Airglow bekannt ist: Die Moleküle in der oberen Atmosphäre werden durch die energiereiche Strahlung der Sonne angeregt, so dass sie permanent schwach leuchten. Vom Weltall aus ist dieses Glühen mit bloßem Auge zu sehen. Mit den Kameras soll das auch vom Boden möglich werden. Bereiche mit einem höheren Luftdruck – die Wellenberge, wenn man so will – leuchten dabei besonders stark. „Aus den Intensitätsmustern lässt sich daher auf den Verlauf der Wellen schließen“, erklärt der Augsburger Wissenschaftler.

So werden in den Aufnahmen oft charakteristische Strukturen sichtbar, ähnlich wie Rippeln in einem Sandstrand bei Ebbe. Wenn die Wellen brechen, hinterlassen sie zudem in den Fotos eine Art „Gischtspur“. Diese Ergebnisse sind nicht nur für die Klimaforschung relevant, sondern auch für einen ganz anderen Bereich. „Momentan nimmt die Zahl der Satelliten im erdnahen Orbit rasant zu“, sagt Prof. Bittner. „Dort etabliert sich gerade ein neues Industriegebiet. Die Flugkörper haben aber nur eine begrenze Lebensdauer – irgendwann fliegen sie immer niedriger und niedriger und stürzen schließlich ab.“

Wenn sie bei diesem Prozess mit einer Geschwindigkeit von mehreren Kilometern pro Sekunde in die oberste Atmosphärenschicht eintauchen, werden sie erheblich abgebremst. „Gerade in den Bereichen, in denen die Schwerewellen brechen, werden die Satelliten so stark durchgeschüttelt wie ein Auto auf einer Piste mit Schlaglöchern“, verdeutlicht Bittner. Das ist einer der Gründe, warum die Bahn der High-Tech-Flugkörper sich bislang nicht gut vorhersagen lässt.

Die GIGAWATT-Ergebnisse könnten auch hier Fortschritte ermöglichen. Vielleicht wird es auf ihrer Basis irgendwann möglich sein, Satelliten am Ende ihrer Lebenszeit gezielt so abstürzen zu lassen, dass die Trümmer im Meer landen – und nicht über bewohntem Gebiet niedergehen.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Swiss National Science Foundation (SNSF) fördern das GIGAWATT-Projekt in den kommenden drei Jahren mit insgesamt 1,2 Millionen Euro.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• Planet Erde

Der Beitrag Universität Augsburg: Studie untersucht „Schlaglöcher“ an der Grenze zum All erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Universität Augsburg 19. Juli 2022.

19. Juli 2022 – Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt und die Universität Augsburg haben gemeinsam das „DLR_School_Lab Universität Augsburg“ eröffnet. Schülerinnen und Schüler können hier in die Welt des Forschens und Experimentierens in den Naturwissenschaften eintauchen.

Nach zwei Jahren Um- und Aufbauarbeiten ist es nun soweit – das DLR_School_Lab Universität Augsburg konnte offiziell mit einem großen Publikum eröffnet werden.

Im neuen DLR_School_Lab Universität Augsburg können Heranwachsende aktuelle Forschungsschwerpunkten der Universität und des DLR zum Beispiel aus den Bereichen Luft- und Raumfahrt, Materialwissenschaften, Künstlicher Intelligenz, und Physik kennenlernen. Sie können selbst forschen und experimentieren und erfahren so unmittelbar, welche Bedeutung die Technologien und Forschungstätigkeiten für ihr Leben und die Gesellschaft haben. Die Experimente werden stetig erweitert und Schulen können individuelle Programmschwerpunkte auswählen.

„Das DLR_School_Lab ermöglicht Schülerinnen und Schülern aus der Region einen spielerischen Zugang zu MINT-Themen, der Wissensentstehung veranschaulicht. Mit diesem Angebot möchten wir ein Interesse für die Beschäftigung mit naturwissenschaftlichen Fragestellungen wecken und hoffen, dass unsere Faszination auf die Schülerinnen und Schüler übergreift!“, erklärt Prof. Dr. Malte Peter, Vizepräsident für Innovation, Transfer und Allianzen.

Verortet ist das DLR_School_Lab im Geschäftsbereich MINT_Bildung des Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung (AMU), welches seinen Sitz im Inno-Cube der Universität Augsburg hat. Betreut werden die Schülerinnen und Schüler von einem Team aus wissenschaftlichen Mitarbeitenden und Studierenden der Fakultät für Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät (MNTF). Fußläufig zum DLR_School_Lab sind die beiden DLR-Forschungseinrichtungen „Zentrum für Leichtbauproduktionstechnologie (ZLP)“ und „Institut für Test und Simulation für Gasturbinen“, die sich mit Experimenten am DLR_School_Lab Universität Augsburg beteiligen und Führungen für Schülerinnen und Schüler anbieten.

„So erhalten die Schülerinnen und Schüler Einblicke in die faszinierende Welt der Forschung, die sie sonst vielleicht nie kennengelernt hätten. Das kann den jungen Leuten Perspektiven für ihren weiteren Berufs- und Lebensweg eröffnen“, sagte Klaus Hamacher, stellvertretender Vorsitzender des Vorstandes des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). „Aber auch unabhängig von solchen Aspekten der Berufsorientierungen soll es dazu führen, dass Kinder und Jugendliche schon in frühen Jahren den Wert von Wissenschaft, Forschung und Technik für unser alltägliches Leben begreifen.“ Das DLR unterstützt den Betrieb des DLR_School_Labs Universität Augsburg zu diesem Zweck neben Experimenten auch mit finanziellen Mitteln.

Die Nachwuchsgewinnung greift auch Dr. Marietta Menner, die das Schullabor am AMU mit ihrem Team verantwortet, nochmals auf: „Wir haben im Jahr 2017 damit begonnen, mit unserem MINT-Netzwerk „MINT-Region A3“ eine durchgängige Bildungskette zu etablieren. Ein regional auf dem Campus verortetes School-Lab war dabei immer unser Ziel, um Schülerinnen und Schülern einen Einblick in unsere aktuelle Forschung zu geben, Ängste und Hemmungen vor technischen Innovationen abzubauen und zu zeigen, welche spannenden Berufsmöglichkeiten es in diesem Umfeld in der Region gibt.“

Lehrkräfte können über die Website DLR_School_Lab Buchungsanfragen online an das DLR_School_Lab Universität Augsburg stellen. Derzeit werden Programme für die Unter- und Mittelstufe angeboten.

Weitere Informationen erhalten Interessierte per Mail unter dlr_school_lab at amu.uni-augsburg.de oder direkt bei den unten angegebenen Ansprechpersonen.

Diskutieren Sie mit im Raumcon-Forum:

• DLR

Der Beitrag Universität Augsburg: MINT zum Mitmachen! erschien zuerst auf Raumfahrer.net.