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

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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