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ISS
Einblicke in die vierte Zustandsform der Materie
Redaktion
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29. April 2002

Nach dem problemlosen Start und Andocken des Sojus-Raumschiffs an die Internationale Raumstation ISS ist nicht nur der zweite Weltraumtourist Mark Shuttleworth am Ziel seiner Träume angelangt, sondern auch ein aufwendiges deutsches Experiment, das in den nächsten Tagen neue Erkenntnisse über die Bewegung von Plasmateilchen liefern soll.

ISS

Die Internationale Raumstation ISS. Foto:  NASA

An der am 25. April gestarteten "Taximission" zur Internationalen Raumstation (ISS) ist auch das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching mit seinem Plasmakristall-Experiment (PKE) beteiligt. Unter Schwerelosigkeitsbedingungen sollen vom 1. bis zum 4. Mai in diesem kleinen Labor Versuche laufen, in denen die Einzelbewegungen der Plasmateilchen sichtbar gemacht werden können. Das Experiment dient der grundlegenden Erforschung der vor wenigen Jahren von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik entdeckten flüssigen und kristallinen Plasmazustände. "Das Experiment soll unter anderem dazu beitragen, komplexe Vorgänge wie Schmelzen, Kondensation und Kristallbildung auf dem fundamentalsten Niveau - der Bewegung einzelner Teilchen - zu verstehen", sagt Prof. Gregor Morfill. Das Labor war das erste naturwissenschaftliche Experiment auf der ISS und wird in Zusammenarbeit mit Forschern der Russischen Akademie der Wissenschaften betrieben.

Ein Plasma ist ein ionisiertes, elektrisch leitendes Gas aus Elektronen und Ionen und neben "fest", "flüssig" und "gasförmig" die vierte Zustandsform der Materie. Plasmen begegnen uns im täglichen Leben, zum Beispiel in einer Kerzenflamme oder in dem Gas in einer Leuchtstoffröhre. 99 Prozent der sichtbaren Materie im Universum befindet sich im Plasmazustand. Um ein Plasma zu kristallisieren, bedarf es der Zugabe von Mikropartikeln ("Staub"). Diese Teilchen - die Wissenschaftler verwenden Kunststoff-Kügelchen mit einer Größe ab einem Tausendstel Millimeter - werden im Plasma aufgeladen und beginnen bei hoher Dichte miteinander zu wechselwirken. Sie formen schließlich ein so genanntes komplexes oder "staubiges" Plasma. Diese Wechselwirkung kann zu einer starken Kopplung (Flüssigkeit) führen, bis hin zur Kristallisation der Partikel in typischen Abständen von einem Zehntel Millimeter: dem "Plasmakristall".

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Solche Plasmakristalle zeichnen sich durch besondere Eigenschaften aus: Teilchen können individuell beobachtet werden; Zeitskalen werden durch die im Vergleich zu den einzelnen Atomen große Masse der Partikel verlangsamt, was eine hohe zeitliche Auflösung der beobachteten Prozesse bedeutet; Teilchen können individuell kontrolliert und manipuliert werden, was "aktive" Experimente erlaubt. Das alles ermöglicht einen ganz neuen Zugang zur Physik kondensierter Materie und eröffnet Wege zur Entwicklung neuer Materialien.

Seitdem Plasmakristalle im Jahr 1994 im Labor entdeckt wurden, ist deren Untersuchung auf theoretischer und experimenteller Basis sehr stark angestiegen. Die Schwerkraft spielt eine besondere Rolle im Aufbau von Plasmakristallen. Unter den Bedingungen im irdischen Labor lassen sich im Wesentlichen nur zweidimensionale Plasmakristalle bilden. Unter Schwerelosigkeit dagegen formen sich große, dreidimensionale Plasmakristalle. Für diese Versuche nutzt das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik die Internationale Raumstation (ISS). Im März vergangenen Jahres wurde das Plasmakristall-Experiment in Zusammenarbeit mit der russischen Raumfahrtagentur als eines der ersten wissenschaftlichen Versuche an Bord der ISS ausgeführt.

Während der am 25. April gestarteten "Taximission" sollen die Versuche fortgesetzt werden. Alle Daten werden auf Videobändern aufgezeichnet und nach dem Ende des Experiments für die Auswertung zur Erde zurückgebracht.

Links im WWW
ISS, Seiten der ESA
ISS, Seiten der NASA
 
siehe auch
ISS: Mission Marco Polo erfolgreich gestartet - 25. April 2002
ISS: Internationaler Besuch auf der ISS - 17. April 2002
ISS: Italiener fliegt für Europa zur ISS - 22. Februar 2002
ISS - die astronews.com-Berichterstattung über die ISS
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