Quelle: AIP.

Während Studien über die Bewegungen sonnennaher Sterne auf einen sowohl schnellen als auch kleinen Balken schließen lassen, finden direkte Beobachtungen der galaktischen Zentralregion übereinstimmend einen deutlich langsameren und längeren Balken. Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Tariq Hilmi von der University of Surrey und Ivan Minchev vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) hat eine Erklärung für diese scheinbare Diskrepanz gefunden. Das Team untersuchte die letzten Stufen in der Evolution der Milchstraße. Dazu analysierten die Wissenschaftler modernste Simulationen der Galaxienentstehung und konnten zeigen, dass sowohl die Größe des Balkens, als auch seine Rotationsgeschwindigkeit zeitlich schwanken, wodurch der Balken zu bestimmten Zeiten bis zu doppelt so lang und 20 Prozent schneller erscheint als zu anderen.

Diese Pulsationen des galaktischen Balkens resultieren aus seinen regelmäßigen Begegnungen mit den galaktischen Spiralarmen – eine Art „kosmischer Tanz“. Spiralarme sind Dichtewellen innerhalb unserer Galaxie und bewegen sich mit ähnlicher Geschwindigkeit wie die Sonne. Eine volle Umdrehung um das Zentrum der Milchstraße vollführen sie in etwa 200 Millionen Jahren, während der zentrale Balken etwa 60 Millionen Jahre benötigt. Wenn sich der schneller rotierende Balken einem Spiralarm nähert, bewirkt ihre gegenseitige Anziehung aufgrund der Schwerkraft eine Verlangsamung des Balkens und eine Beschleunigung des Spiralarms. Sobald sie verbunden sind, bewegen sich beide Strukturen wie eine Einheit, und der Balken erscheint viel länger, als er tatsächlich ist. Wenn sich die Tänzer voneinander trennen, beschleunigt der Balken, während die Spiralarme ihre Rotationsgeschwindigkeit wieder verlangsamen.

„Die Kontroverse um den galaktischen Balken, die auf verschiedenen Studien von Beobachtungsdaten beruht, kann dann einfach aufgelöst werden: Wir leben zu einer Zeit, in der der Balken und die Spiralarme miteinander verbunden sind, wodurch die Illusion eines großen und langsamen Balkens entsteht, während die Bewegung der Sterne in der Nähe der Sonne von der wahren, viel kleineren Statur des Balkens bestimmt wird“, sagt Ivan Minchev. Tatsächlich haben jüngste Beobachtungen gezeigt, dass der innere Spiralarm der Milchstraße mit dem Balken verbunden ist.

Die meisten Spiralgalaxien wie unsere Milchstraße beherbergen in ihrem Zentrum eine Balkenstruktur. Die Anziehungskraft dieses galaktischen Balkens formt nicht nur die Umlaufbahnen der Sterne in seiner Nähe, sondern bis zu unserer Sonne und darüber hinaus. Die Kenntnis der wahren Balkengröße und seiner Rotationsgeschwindigkeit ist entscheidend, um zu verstehen, wie sich unsere Heimatgalaxie gebildet und entwickelt hat und wie Galaxien im gesamten Universum Balken bilden. Anders als bei externen Galaxien ist der Balken der Milchstraße aufgrund unserer Position in der galaktischen Scheibe jedoch schwer direkt zu beobachten. Daten aus der bevorstehenden 3. Datenveröffentlichung der Gaia-Mission werden dieses Modell weiter testen können – und künftige Missionen werden herausfinden, ob der Tanz in anderen Galaxien im gesamten Universum weitergeht.

Originalpublikation
Tariq Hilmi, Ivan Michev et al. (2020): Fluctuations in galactic bar parameters due to bar–spiral interaction. MNRAS 497, 933–955

Pressemitteilung der Royal Astronomical Society
https://ras.ac.uk/news-and-press/research-highlights/galactic-bar-paradox-resolved-cosmic-dance

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Ein Beitrag von Roland Rischer. Quelle: ESA, University of Surrey, DLR.

Die Segeltechnik dient im All grundsätzlich zwei Zielen. Einerseits möchte man den Sonnenwind nutzen, um mit weniger Treibstoff an Bord eines Satelliten auch entferntere Ziele im Sonnensystem zu erreichen. Da kann so ein Segel nicht groß genug sein. Andererseits kann man mit einem Segel den Widerstand der Restatmosphäre in bis zu 600 Kilometer für einen schnelleren Absturz eines ausgedienten Satelliten nutzen. Weil ein solches Segel zwar der Weltraumhygiene, aber nicht dem eigentlichen Missionsziel dient, darf es nicht zu viel Masse und – im verpackten Zustand – Volumen mitbringen. Es soll ferner möglichst kostengünstig und vor allem robust sein, weil das Entpacken ja erst nach, sagen wir mal, 15 Jahren funktionieren muss.

Mit Mitteln aus dem Advanced Research in Telecommunications Systems Programm (ARTS) der Europäischen Weltraum-Agentur ESA hat das Zentrum für Weltraumwissenschaften der University of Surrey ein De-Orbit-Segel entwickelt, welches nun Reif für einen Praxistest erscheint. Es ist ein sogenanntes Gossamer-Segel, welches sich über vier Karbon-Ausleger zu einer quadratischen Segelfläche aufspannt. Im verpackten Zustand hat das Segelmodul Außenmaße von 15 mal 15 mal 25 Zentimeter und wiegt 2 Kilogramm. Würde man die Satelliten mit dem Bordtriebwerk abbremsen wollen, würde der zusätzliche benötigte Treibstoff die zehnfache Masse des Segel-Moduls ausmachen. Innerhalb einer Minute soll ein Segel von 5 mal 5 Metern aufgespannt werden, ausreichend, um Satelliten mit bis zu 700 Kilogramm Masse nennenswert abzubremsen und so schneller aus ihrer Umlaufbahn in Richtung Erde zu lenken. Die Segelfläche besteht aus wenigen Mikrometer starkem, aluminiumbeschichtetem Kapton, eine Hochleistungskunststofffolie von DuPont.

Die Segel-Technologie ist eine der Optionen, mit der die Europäische Weltraum-Agentur ESA ihrer Selbstverpflichtung aus dem Jahr 2008 nachkommen möchte, stillgelegte Satelliten bis in 750 Kilometer Höhe innerhalb von 25 Jahren aus ihrer Umlaufbahn zu holen. Mit einem solchen Zeitbedarf muss man laut ESA beim Segel-De-Orbit durchaus rechnen. Ohne Segel blieben Satelliten in 750 Kilometer Höhe mitunter jedoch über 100 Jahre eine Gefahr.

In Surrey hofft man jetzt auf eine Mitflug-Gelegenheit eines Demonstrationssatelliten in den Weltraum bis Ende 2014. Im Orbit wird man nach erfolgreichem Aufspannen zunächst zwei bis drei Wochen die Nutzung als Sonnenwind-Segel testen. Danach wird der Demonstrationssatellit gedreht, um den Atmosphären-Widerstand zu maximieren. Innerhalb von zwei bis zwölf Monaten soll das Objekt dann in die dichtere Erdatmosphäre eintreten und verglühen. Sonnenwind ist eine Möglichkeit, ausgediente Satelliten aus höheren Flugbahnen zunächst in niedrigere zu holen und dann mit Hilfe der Restatmosphäre ab etwa 600 Kilometer Höhe weiter abzubremsen.

Bleibt zu ergänzen, dass man auch bei Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt zusammen mit der ESA an Weltraumsegeln arbeitet, hier aber primär mit Zielrichtung Fernmissionen. Das Projekt „DLR-ESA Gossamer“ sieht 2015 (Stand April 2013) den Start von Gossamer-1 mit Entfaltung eines 5 mal 5 Meter großen Segels in einer Erdumlaufbahn von 320 Kilometern vor. Erfolg vorausgesetzt, ist 2017 Gossamer-2 zur Demonstration eines 20 mal 20 Meter messenden Sonnensegels in einer Höhe von 500 Kilometer Höhe geplant. Die Mission Gossamer-3 wird noch anspruchsvoller und 2019 ein Segel von 50 mal 50 Metern in einer Höhe von über 10.000 Kilometern entfalten. Der zugehörige Segelcontainer wird eine Masse von rund 80 Kilogramm und ein Volumen von 100 mal 100 mal 100 Zentimetern haben.

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