Freitag, 5. Dezember 2014

Alexander Gerst testete "Star-Trek-Technologie" an Bord der ISS


Symbolbild: Das von einem Schutzschild geschützte Raumschiff Enterprise. | Copyright: Paramount Pictures

Köln (Deutschland) - Während planetare Magnetfelder Planeten wie unsere Erde vor der ionisierten Teilchenstrahlung der Sonne und anderer kosmischer Quellen schützen, generieren Raumschiffe wie die "Enterprise" in der Science-Fiction-Serie "Star Trek" einen künstlichen Schutzschild gegen die starke Sternenstrahlung. In der Realität ist eine solche Technologie jedoch noch Zukunftsmusik. Statt dessen müssen Raumschiffe und -stationen noch mit aufwendiger Schutzverkleidung vor dem "Dauerfeuer der Sterne" geschützt werden. Doch schon jetzt arbeiten Wissenschaftler daran, Magnetfelder besser zu verstehen, um sie so einst auch zum Schutz ganzer Raumschiffe nutzen zu können. Aktuell führte der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst an Bord der Internationalen Raumstation (ISS), erste Experimente in dieser Richtung durch.

Wie das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) berichtet, untersuchte Gerst mit dem "Magnetic Field Experiment - MagVector/MFX", wie Magnetfelder mit einem elektrischen Leiter in Wechselwirkungen treten, um dem Geheimnis dieser magnetischen Schutzhüllen auf die Spur zu kommen.


Mit dem MagVector/MFX können verschiedene Zustände nachgestellt werden. "So haben die Forscher erstmals gemessen, wie sich die Magnetfeldstruktur um ihn herum verändert hat, während er um die Erde kreist", erläutert die DLR-Pressemitteilung und führt dazu weiter aus: "Denn ein Feld um einen bewegten Leiter herum entwickelt sich nicht gleichmäßig: Der Strahlenschutz der Erde und zahlreicher anderer Planeten wird durch einen Dynamo im Inneren der Himmelskörper angetrieben - einem metallischen Kern, der von mehreren rotierenden Mantelschichten umgeben ist. Im tiefsten Inneren entsteht das Feld, das unsere Erde vor dem permanenten Beschuss durch hochenergetische Teilchen - dem Sonnenwind - und der kosmischen Strahlung bewahrt. Wie bei diesem 'Schutzschild' unserer Erde staut sich das Feld vor dem Leiter auf der ISS auf und dünnt sich hinter ihm wieder aus."


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"Der Nachweis dieses magnetischen Staueffekts und der Ausdünnung - analog zur Strömungsmechanik - wurde so zum ersten Mal bei unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten, die über unterschiedliche Temperaturen erreicht werden, gemessen", erklärt der DLR-Projektmanager Volker Schmid.

Darüber hinaus gibt es aber auch Planeten und andere Himmelskörper, die nicht selbstständig ein Magnetfeld erzeugen können. Beispiele in unserer direkten Nachbarschaft sind Venus und Mars. Hier trifft das Magnetfeld der Sonne direkt auf die jeweiligen Planetenatmosphären: Dieses bewegte Feld reagiert mit den durch UV-Strahlung elektrisch leitfähig gewordenen Atomen (Ionen) in der Hochatmosphäre (Ionosphäre) der beiden Himmelskörper. Die Ionosphären verändern dabei den Ladungszustand ihres Planeten so stark, dass sie von einem schlechten elektrischen Leiter zu einem sehr guten werden. Bisher wurden solche Wechselwirkungen nur durch kostspielige Satellitenmissionen vor Ort untersucht. Doch ist der Orbiter einmal gestartet, dann können Forscher die voreingestellten Messprogramme kaum noch oder gar nicht mehr verändert, um die Parameter den Umgebungsbedingungen anzupassen.


"Auf der ISS ist das ganz anders: Hier herrschen ideale Voraussetzungen, um solche Fragestellungen mit dem variablen elektrischen Leiter des MagVector/MFX-Experiments und dem Erdmagnetfeld zu simulieren", so Schmidt.



Alexander Gerst während seiner Experimente mit dem Instrument MagVector/MFX an Bord der ISS. | Copyright/Quelle: NASA

Das gleichzeitig auch das lokale Magnetfeld der Erde als Referenz gemessen wird, kann das Experiment nun erstmals astrophysikalische Zustände und Wechselwirkungen zwischen dem irdischen Magnetfeld und den verschiedensten Körpern im Sonnensystem direkt untersuchen, indem sie in der Experimentbox an Bord der ISS nachgestellt werden. "Mit dieser wichtigen Grundlagenforschung stößt MFX ein Tor zur experimentellen Astrophysik auf", ist sich Schmid sicher.


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Die ISS sei hierfür ein ideales Testgebiet, so der Wissenschaftler weiter, durchfliege die Raumstation schließlich mit einer Orbitalgeschwindigkeit von rund 7,5 Kilometern pro Sekunde ständig das Erdmagnetfeld. Eine einzigartige Laborumgebung also, um an einem effektiven Schutzschild zu forschen.
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Wenn sich durch MagVector/MFX zum Beispiel folgende Fragen beantworten lassen, könne man, so Schmidt, einem mit der "Enterprise" vergleichbaren Schutzschild schon einen ganzen Schritt näher kommen: Wie interagieren die Ionosphären - vergleichbar mit unterschiedlich guten elektrischen Leitern - mit dem solaren Magnetfeld? Wann bildet sich eine künstliche Magnetosphäre? Wie groß ist das Magnetfeld unserer Erde? Was passiert mit dem Feld im Planeteninneren in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit? Wie lassen sich Magnetfelder von Sonne und anderen Himmelskörpern für Raumfahrtanwendungen nutzen?

Erste Ergebnisse, um diese Fragen in den kommenden Monaten und Jahren zu beantworten, habe das Experiment bereits geliefert, so der Forscher abschließend.


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