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LISA Pathfinder-Mission beendet Wegbereiter für das Graviationswellen-Observatorium

Die Europäische Weltraumagentur ESA will auf die Jagd nach den von Einstein prophezeihten Gravitationswellen gehen. Dafür erprobte der Test-Satellit LISA Pathfinder anderthalb Jahre lang im All die Techniken zum Nachweis der feinen Wellen.

Stand: 20.07.2017

Rund anderthalb Jahre lang - von Dezember 2015 bis Juli 2017 - testete der ESA-Satellit LISA Pathfinder im All Technologien für das geplante Gravitationswellen-Observatorium LISA (Laser Interferometer Space Antenna), das 2034 ins All starten soll.

Pfadfinderin LISA prüft die Technik

Raumsonde LISA Pathfinder legte die Grundlagen für das Weltraumobservatorium LISA.

LISA Pathfinder erprobte Sensoren und Laser für die zukünftige Mission. Die Sonde hatte dafür zwei separate Vakuumtanks an Bord, in denen jeweils eine würfelförmige Testmasse von zwei Kilogramm nahezu frei von allen inneren und äußeren Störkräften schwebte. Mittels Laserstrahlen wurden die Positionen der beiden Goldwürfel zum Satelliten und zueinander mit einer sehr hohen Genauigkeit von etwa einem hundertmillionstel Millimeter gemessen. Und gerade um diese hohe Genauigkeit ging es: Mit der Technologie sollen extrem feine Bewegungen aufgespürt werden, ausgelöst von Gravitationswellen.

Gravitationswellen im Weltraum messen

Albert Einstein sagte sie zwar schon vor einem Jahrhundert voraus, aber erst im September 2015 wurden Gravitationswellen erstmals auf der Erde nachgewiesen. Mit Hilfe der Gravitationswellen könnten die Forscher den großen Rätseln des Weltalls auf die Schliche kommen: Wie ist das Universum entstanden? Wie entstehen und verbreiten sich Schwarze Löcher? Vom Urknall und Schwarzen Löchern, aber auch von Supernovae und Doppelsternsystemen erwartet man, dass sie Gravitationswellen auf die Reise schicken. Diese könnten wiederum Rückschlüsse auf die Masse ihrer Quellen, und wie diese sich im Lauf der Zeit verändern, zulassen.

Gravitationswellen

Fällt ein Stein ins Wasser, breiten sich Schwingungen in Form von Wellen über die Wasseroberfläche aus. Ganz ähnlich erzeugen auch große Massen, die sich sehr schnell und ungleichförmig beschleunigt durchs All bewegen, Wellen. Gravitationswellen breiten sich als winzige Störungen der Raum-Zeit im Weltall aus. Albert Einstein hatte sie bereits 1916 auf der Grundlage seiner 1915 veröffentlichten Allgemeinen Relativitätstheorie vorausgesagt. Wegen der äußerst geringen Wirkung von Gravitationswellen zweifelte Einstein allerdings daran, dass sie jemals nachweisbar wären.

Ungestört im All

Letzte Vorbereitungen an der Raumsonde LISA Pathfinder. Eine Vega-Rakete brachte sie ins All.

Auch Sensoren überwachten die Position der Testmassen im LISA Pathfinder. Mithilfe der Messdaten wurde die Sonde dann so gesteuert, dass sie stets auf die Testmassen zentriert blieb. Die Triebwerke des Satelliten wurden extra so entwickelt, dass sie den Antrieb extrem fein und gleichmäßig dosieren konnten. LISA Pathfinder hatte es sehr ruhig auf ihrer Bahn: Sie umkreiste die Sonne am Lagrangepunkt L1. Die nach Joseph-Louis Lagrange benannten Punkte sind Orte, bei denen zwischen Himmelskörpern ein gravitatives Gleichgewicht eintritt. Die Raumsonde konnte hier störungs- und kräftefrei verharren.

LISA Pathfinder im Friedhofsorbit

LISA Pathfinder habe mit den Messungen die Erwartungen aller beteiligten Wissenschaftler übertroffen, meldete das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover anlässlich des Endes der Mission.

"Nach jahrelanger Planung und dem Start des Satelliten im Dezember 2015 haben wir seit Anfang 2016 viele Tage und Nächte damit verbracht, mit LISA Pathfinder den Weg für die Zukunft der Gravitationswellen-Astronomie zu ebnen."

Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik

Am Abend des 18. Juli 2017 schaltete sich LISA Pathfinder ab, nachdem es die letzten Kommandos von der Erde erhalten hatte. Seither umkreist das Gravitationswellen-Labor die Sonne in einem sicheren "Friedhofsorbit". Die rund zwei mal einen Meter große Pfadfinderin ebnete den Weg für eine viel größere Mission.

LISA, das größte Gravititionswellen-Observatorium

Gravitationswellen-Observatorium LISA

Mit LISA soll im Jahr 2034 dann die eigentliche ESA-Mission ins All starten, um niederfrequente Gravitationswellen im gesamten Universum aufzuspüren. Dann werden drei Satelliten ins All starten, die im Formationsflug ein Laser-Dreieck mit einer Kantenlänge von etwa 2,5 Millionen Kilometern bilden. Das gesamte Dreieck rotiert und folgt der Erde auf ihrer Bahn um die Sonne in zehn bis 25 Millionen Kilometern Abstand.

Jeder der Satelliten enthält eine freifliegende Testmasse wie schon LISA Pathfinder, die so ungestört wie möglich von äußeren Einflüssen gehalten wird. Die Abstände der einzelnen Testmassen zueinander werden per Laserstrahlen vermessen. Wird einer der Satelliten - salopp ausgedrückt - von einer Gravitationswelle minimal geschubst, ändert sich der Abstand der Testmassen um einen winzigen Betrag. Diese kleine Abweichung soll LISA registrieren und damit die feinen Wellen im Weltraum messbar machen.

  • LISA Pathfinder - Das Ende einer erfolgreichen Weltraummission. IQ - Wissenschaft und Forschung, 21.07.2017, 18.05 Uhr, Bayern 2
  • Gravitationswellen - Ein Jahr nach der Sensation. IQ - Wissenschaft und Forschung, 14.09.2016, 18.05 Uhr, Bayern 2
  • Jagd auf Gravitationswellen - Forscher erkunden Technik für ein Weltraum-Observatorium. IQ - Wissenschaft und Forschung, 08.06.2016, 18.05 Uhr, Bayern 2
  • Pfadfinder im All - ESA bringt Wissenschaftssatelliten "Lisa Pathfinder" auf den Weg. IQ - Wissenschaft und Forschung, 02.12.2015, 18.05 Uhr, Bayern 2

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