Diffusionsexperimente in der Raumstation ISS, von Bayreuther Physikern konzipiert und begleitet
Dipl. Phys. Andreas Königer, Doktorand von Prof. Dr. Werner Köhler und Mitarbeiter im DCMIX-Projektteam. Foto: Chr. Wißler
Experimente im Weltall, unter den Bedingungen der Schwerelosigkeit, sind aus der physikalischen Forschung nicht mehr wegzudenken. Aber sie wären wertlos ohne die vielen wissenschaftlichen Untersuchungen, die zeitgleich am Boden stattfinden. Ein Beispiel dafür sind Messungen zu Diffusionsvorgängen, die seit November 2011 in der Internationalen Raumstation ISS durchgeführt werden. Zum „Bodenpersonal“, das diese Experimente konzipiert und wissenschaftlich begleitet, gehört auch ein Forschungsteam an der Universität Bayreuth unter der Leitung von Prof. Dr. Werner Köhler.
Die Wissenschaftler an Bord der ISS wollen mit ihren Messungen zu den molekularen Prozessen vordringen, die immer dann ablaufen, wenn sich verschiedene Flüssigkeiten infolge der Eigendynamik ihrer Teilchen vermischen. Im Rahmen dieses von der European Space Agency (ESA) koordinierten Forschungsprojekts DCMIX entwickeln die Bayreuther Physiker ein Präzisionsinterferometer, das zeitgleich mit fünf verschiedenen Lasern arbeitet. Dieses Instrument wird für die Auswertungen der in der ISS gemessenen Daten einen wesentlichen Beitrag leisten können.
Die beteiligten Forscher aus Belgien, Deutschland, Frankreich, Kanada, den Niederlanden und Spanien trafen sich im Dezember 2011 auf dem Bayreuther Campus zu einem Workshop. Weitere Projektteilnehmer aus dem europäischen Ausland waren per Web-Konferenz zugeschaltet. Die Teilnehmer zogen eine erste Bilanz der bisherigen wissenschaftlichen Untersuchungen und entwickelten konkrete Pläne für die weiteren Forschungsarbeiten. Dipl.-Phys. Andreas Königer, der in Bayreuth derzeit promoviert, stellte dem internationalen Projektteam das Konzept des neuen Präzisionsinterferometers vor.
„Der Workshop war ein voller Erfolg“, berichtet Köhler. „Wir haben den Workshop bewusst so gelegt, dass bereits erste Rohdaten von den in der ISS durchgeführten Experimenten zur Verfügung standen. Auf dieser Grundlage konnten wir an konkreten Beispielen spezielle Fragen der Datenauswertung diskutieren und technische Probleme bei den aktuell laufenden Messungen lösen. Insbesondere freut es mich, dass unsere Bayreuther Forschungs- und Entwicklungsbeiträge auf so große Anerkennung gestoßen sind. Noch bis Ende 2014 erhalten wir dafür vom Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) eine finanzielle Förderung.“
Die Untersuchungen zur Diffusion von Flüssigkeiten sind darauf ausgerichtet, Klarheit über grundlegende molekulare Prozesse zu gewinnen, die sich unter Laborbedingungen auf der Erde nur schwer störungsfrei analysieren lassen. Denn um zu fehlerfreien Messergebnissen zu kommen, ist es erforderlich, den Einfluss der Schwerkraft so weit wie möglich zu reduzieren. Dies aber ist – weil die Versuchsreihen mehrere Tage in Anspruch nehmen – nur in der Raumstation möglich. „Die Schwerelosigkeit, wie sie etwa im Bremer Fallturm oder bei Parabelflügen erzeugt werden kann, ist kürzer als eine Minute und daher für unsere Diffusionsexperimente nicht ausreichend“, erläutert Köhler.
Der erste Messzyklus in der ISS konnte vor wenigen Tagen abgeschlossen werden. Doch weil die Datenmengen sehr groß sind, können sie erst im August 2012 auf einer Festplatte zur Erde zurückgebracht werden. Von der Auswertung, die voraussichtlich ein Jahr in Anspruch nehmen wird, erwarten die Wissenschaftler Erkenntnisse, welche die Forschung auf verschiedensten Gebieten voranbringen werden. Denn die hier untersuchten grundlegenden physikalischen Effekte spielen bei sehr unterschiedlichen Vorgängen eine Rolle, wie z.B. der Bildung von Erdöllagerstätten, der Entstehung des Lebens oder der Charakterisierung von großen Kunststoffmolekülen.
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