Nr. 6 Weltraumforschung: Mit Wissenschaft in die Zukunft und Vergangenheit blicken

Hören Sie sich The DesignSpark Podcast an

Nr. 6 Sollten wir alle im Weltraum leben?

Der Schlüssel zum Verständnis unserer Existenz und möglicherweise auch zu ihrer Verlängerung geht über unseren eigenen Planeten hinaus. Unsere Faszination für die Sterne geht Tausende von Jahren zurück. Astronomie gilt als die älteste Wissenschaft der Menschheit und die Untersuchung des Nachthimmels ging wahrscheinlich den Henges voraus – den ersten bekannten Sonnenobservatorien.

Heute sind unsere Techniken zur Weltraumbeobachtung etwas fortgeschrittener. Nach der Entdeckung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung (Cosmic Microwave Background, CMB) im Jahr 1964 haben wir dieses Nachleuchten von Ereignissen in den ersten 380.000 Jahren nach dem Urknall mit steigender Auflösung untersucht: Zuerst mit den Satelliten COBE (Cosmic Microwave Background Explorer) und WMPA (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) und zuletzt mit dem Planck-Satelliten, der 2009 in den Weltraum gebracht wurde.

Echos der Vergangenheit

Der Planck-Satellit verbrachte vier Jahre damit, den Himmel in Millimeterwellenlängen in neun Frequenzbändern bis zu einer Winkelauflösung von 0,07 Grad abzubilden. Nachdem diese Auflösung erreicht wurde, ist es physikalisch unmöglich, feinere Bilder des CMB zu erfassen (Abbildung 1). Der Prozess der Wissensgewinnung aus den gesammelten Daten wird aber wohl mehrere Jahre dauern.

Abbildung 1: Der Himmel, wie Planck ihn gesehen hat (Copyright: ESA/Planck Collaboration)

Um diese unübertreffliche Präzision zu erreichen, wurden die Sensoren der Planck-Instrumente auf -273,6 °C gekühlt, um die schwache CMB-Strahlung bei etwa 3 Kelvin ± 5,0 K zu erkennen. Die Ergebnisse haben es uns ermöglicht, das Alter des Universums von 13,8 Milliarden Jahren zu ermitteln und uns ein besseres Bild davon zu machen, wie alles begonnen hat.

Planck hat vielleicht alle Informationen erfasst, die die CMB bieten kann, aber es gibt noch mehr über die stürmischen Anfänge des Universums zu entdecken. Das James Webb Space Telescope (Webb), das im Jahr 2021 in den Weltraum geschickt werden soll, wird Nah- und Mittelinfrarot-Wellenlängen untersuchen, um Klarheit in die zweiten halbe Milliarde Jahre zu bringen – die Zeit der Reionisierung, als die ersten Sterne zur Entstehung von Galaxien führten. Im Laufe der Zeit und über die Entfernung hat sich die Strahlung dieser Sterne gedehnt und die sichtbaren Wellenlängen in den roten Bereich verschoben, auf den die integrierten Sensoren des Webb abgestimmt sind. Das Webb wird auch Beobachtungen in unserem eigenen Sonnensystem machen, um Antworten auf für uns greifbarere Belange zu finden – nur einige alltägliche Dinge wie die Bausteine von Planeten, die Ursprünge des Lebens ...

Der Weg in die Zukunft

So viel dazu, woher wir kommen. Wie sieht es mit dem Weg in die Zukunft aus? Der Science-Fiction-Autor Ray Bradbury hat mit seiner Serie „Die Marschroniken“ Generationen von Astrophysikern inspiriert und die Idee befeuert, dass der Mensch aufgrund von Notwendigkeit einen anderen Planeten besiedeln könnte. Angetrieben von unserer natürlichen Neugier über das, was da draußen ist, sammeln wir mit Missionen wie Voyager und New Horizons und dem Hubble Space Telescope Informationen, die für zukünftige Generationen von interplanetaren Kolonisten wertvoll sein könnten. Vor Kurzem entdeckte Hubble Natriumchloridablagerungen auf der Oberfläche des Jupitermondes Europa, die möglicherweise von einem unterirdischen Meer stammen, das Mikroorganismen beherbergen könnte.

Die Voyagers 1 und 2, die 1977 in den Weltraum gebracht wurden, sind nach wie vor aktiv und in gutem Zustand. Sie senden Daten aus interstellaren Bereichen, während sie über die Planeten in unserem Sonnensystem hinaus reisen und dem Einfluss unserer Sonne entfliehen.  

New Horizons liegt nur wenige Milliarden Meilen hinter ihnen und hat uns bessere Bilder von unseren Nachbarn als je zuvor (Abbildung 2) sowie neue Informationen über Objekte im Kuipergürtel am Rand unseres Sonnensystems geliefert.

Abbildung 2: Zusammengesetztes Bild von Jupiter und Io aus der Sicht von New Horizons. Foto: NASA

Menschen werden womöglich nie so weit reisen wie New Horizons, aber unser nächster Nachbar Mars könnte ein Ziel werden (Abbildung 3), wie es von Bradbury vorgeschlagen wurde. Es gibt faszinierende Möglichkeiten: Gibt es indigenes Leben? Könnten Menschen auf dem Mars überleben? Mit den Mars Rover-Missionen wird weiterhin die Oberfläche des Planeten abgebildet, dessen Geologie untersucht und nach wichtigen Ressourcen wie Wasser Ausschau gehalten.

Abbildung 3: Das Konzept eines Künstlers der menschlichen Lebensräume auf dem Mars. Zur Verfügung gestellt von: NASA.

Wenn Menschen zum Mars reisen, müssen wir mehr wissen als nur, ob Wasser vorhanden ist. Bei -63 °C ist die durchschnittliche Oberflächentemperatur deutlich niedriger als die der Erde. Ebenso wichtige Kenntnisse sind die Auswirkungen, die die Schwerkraft auf dem Mars auf den menschlichen Körper haben wird, da sie weniger als 40 % der Schwerkraft auf der Erde ausmacht. Das Leben auf dem Mars wäre erst nach einer Reise von etwa neun Monaten durch den Weltraum möglich. Daher würde eine bemannte Mission zum Mars wahrscheinlich auf das Wissen über das Leben und Arbeiten im Raum zurückgreifen, das durch Experimente an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) gewonnen wurde. Zu den aktuellen ISS-Projekten gehören Bioscience-3 und Tangolab Mission 11, bei denen die Auswirkungen der Mikrogravität auf das Gefäßsystem des Körpers und das Verhalten der Leukozyten untersucht werden. Die Ergebnisse werden auch unser allgemeines Verständnis von Mechanismen bei kardiovaskulären Erkrankungen stärken, was für die Menschen unter uns von Vorteil sein wird, die dazu bestimmt sind, als reine Erdlinge zu leben.

Kommerzielle Kräfte

Seit 2012 übernehmen kommerzielle Betreiber einen Teil der Verantwortung für die Lieferung neuer Experimente und wichtiger Materialien an die ISS. Tatsächlich wurde die Reihe von Experimenten, zu der auch Bioscience-3 gehört, an Bord von SpaceX-Raumfahrzeugen geliefert, darunter die Falcon-9-Rakete und das Dragon-Raumschiff. Die Kommerzialisierung des Transports zu und von niederen Erdumlaufbahnen durch Initiativen wie das NASA Commercial Crew Program wird voraussichtlich den Zugang zum Weltraum erschwinglicher machen, sodass neue Märkte entwickelt werden können. Neben Elon Musks SpaceX zählen zu den weltraumorientierten Unternehmen berühmter Milliardäre auch Jeff Bezos' Blue Origin und Sir Richard Bransons Virgin Orbit. Blue Origin legt nahe, dass Millionen von Menschen im Weltraum leben und arbeiten und dabei die dortigen Ressourcen und Energie nutzen könnten, um das zu bewahren, was hier auf der Erde ist. Bezos sieht auch Potenzial auf dem Mond und stellte vor Kurzem seinen Blue Moon Lander (mit optischer Gigabit-Kommunikation) vor, um Experimente durchzuführen.

Das Ziel von Musk mit SpaceX ist wohl noch „weitblickender“, denn er möchte interplanetares Leben zu einem Bestandteil unserer künftigen Entwicklungen machen. Auch Branson möchte den Weltraum für jeden zugänglich machen.

Die Sicht von Branson bringt vielleicht unweigerlich die Passagier-Raumfahrt auf den Plan. Im Mai dieses Jahres hat sein Unternehmen Virgin Galactic seine Geschäfte in den weltweit ersten speziell entwickelten Weltraumbahnhof (Abbildung 4) verlagert, der für den kommerziellen Dienst bereit ist.

Abbildung 4: Spaceport America in New Mexico könnte die ersten Abflüge des Weltraumtourismus anbieten. Copyright: Virgin Galactic

Aber Sie müssen kein Milliardär sein, um ein Projekt ins Weltall zu bringen. Es gibt jetzt kostengünstige Pico-Satelliten wie CubeSat, die als Initiative zur Förderung des universitären Lernens und der Forschung begannen. Daraus entstand der U-Formfaktor (Universität) mit einer Größe von 10 cm x 10 cm x 10 cm und einer Masse von normalerweise ca. 1,0–1,33 kg. Raumfahrzeuge der U-Klasse können entlang einer Achse skaliert werden und ermöglichen Formfaktoren von 1U, 1,5U, 2U, 3U usw. Trotz der einfachen Proportionen kann eine CubeSat-Mission über 100.000 US-Dollar kosten, obwohl die NASA über ein Programm verfügt, mit dem ausgewählte Missionen im Gegenzug für einen Bericht über die Ergebnisse auf einer ihrer Raketen mitfliegen können.

Schon ab 8.000 US-Dollar einschließlich des Starts in polare niedere Erdumlaufbahnen bietet die kommerzielle Organisation Interorbital Systems (IOS) TubeSat, einen persönlichen Satelliten ähnlicher Größe, der in Kit-Form erhältlich ist und für Missionen wie wissenschaftliche Experimente, Fotografie, Tierverfolgung oder Weltraumkunst eingesetzt werden kann. Das Kit enthält Arduino-gesteuerte Elektronik, Solarzellen und einen Funk-Transceiver für die Zweiwegekommunikation.

Der Massenzugang zum Weltraum könnte zwar unser Verständnis für alles verbessern, aber es könnten auch einige Nachteile entstehen. Die Menge an Weltraumschrott, der die Erde umkreist und zum Großteil aus langsam absinkenden Teilen alter Raumfahrzeuge besteht, könnte erheblich ansteigen. Bei einer Geschwindigkeit von mehreren Tausend Meilen pro Stunde können selbst Partikel, die so klein sind wie ein Farbfleck, arbeitende Satelliten beschädigen.

Um dies zu verhindern, wird die Trümmerreduzierung im Orbitalraum als Designanforderung für Raumfahrzeuge formalisiert. Pico-Satelliten werden dieses Problem zumindest nicht verschärfen: CubeSats müssen die Einhaltung der Vorschriften zur Risikominderung nachweisen, um mit der NASA mitfliegen zu dürfen, während IOS langfristige Ansammlungen verhindert, indem CubeSats und TubeSats in einen Selbstverrottungsorbit gelegt werden.

Fazit

Es scheint, dass nicht einmal die Zeit selbst uns daran hindern kann, zu erkunden, woher wir kommen und wohin wir 50 Jahre nach der ersten Landung des Menschen auf dem Mond reisen könnten. Wir können beginnen, die Raumfahrt als Touristenaktivität und interplanetares Reisen als echte Möglichkeit ins Auge zu fassen.

Für einen unbeschwerten Einstieg in die Weltraumforschung besuchen Sie Apple Podcasts oder Spotify und laden Sie den DesignSpark Podcast herunter.