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LISA PATHFINDER
ESA-Testsonde vor dem Start
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik
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1. Dezember 2015

Mit der Sonde LISA Pathfinder will die ESA Technologien testen, die für das weltraumbasierte Gravitationswellenobservatorium eLISA benötigt werden, das in etwa 20 Jahren einsatzbereit sein soll. Der Start der Sonde ist für Mittwochmorgen geplant, ihren Einsatzort wird die Sonde dann im Januar des kommenden Jahres erreichen.

LISA Pathfinder

Die ESA-Sonde LISA Pathfinder soll neue Technologien für ein Gravitationswellenobservatorium im All testen. Bild: ESA/ATG medialab [Großansicht]

Die ESA-Sonde LISA Pathfinder soll morgen, am 2. Dezember 2015, um 5.15 Uhr MEZ vom europäischen Weltraumbahnhof Kourou in Französisch-Guyana an Bord einer Vega-Rakete abheben. Die Sonde hat eine besondere Mission: Sie wird, daher auch der Name, neuartige Technologien testen, die für das geplante weltraumbasierte Gravitationswellen-Observatorium eLISA benötigt werden. Im LISA Pathfinder-Projekt stecken mehr als zehn Jahre wissenschaftlicher Entwicklungsarbeit, an denen das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) in Hannover als einer der führenden Partner beteiligt ist.

"Mit LISA Pathfinder werden wir zentrale Technologien für zukünftige Missionen wie eLISA demonstrieren und so der Messung von Gravitationswellen im Weltraum entscheidend näher kommen", erläutert Prof. Dr. Karsten Danzmann, Direktor am Albert-Einstein-Institut und Professor an der Leibniz Universität Hannover.

Nach dem Start am 2. Dezember wird LISA Pathfinder zunächst eine Parkbahn nahe der Erde einnehmen und sich rund zwei Stunden später von der Oberstufe der Rakete trennen. Von 6. Dezember an beginnen dann eine Reihe von sechs Bahnkorrekturmanövern, die den erdfernsten Punkt der elliptischen Umlaufbahn innerhalb von fünf Tagen immer weiter anheben. Schließlich wird die Sonde den Erdorbit vollständig verlassen und auf einer Transferbahn in Richtung des sogenannten Lagrangepunkts L1 driften - rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde in Richtung Sonne entfernt. Nach rund 40 Tagen Reisezeit wird der Satellit dort ankommen und eine Bahn um den Lagrangepunkt einnehmen.

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Dieser Orbit bietet ideale Bedingungen für die Hauptaufgabe von LISA Pathfinder: zwei Testmassen im perfekten freien Fall zu platzieren und dabei ihre Positionen mit nie zuvor erreichter Präzision zu vermessen und zu kontrollieren. Dieses wissenschaftliche Kunststück wird nur mit ausgeklügelten, technisch überaus anspruchsvollen Methoden funktionieren, etwa mit Trägheitssensoren, hochgenauen Lasermessungen, einem berührungsfreien Kontrollsystem und einem extrem präzisen Antrieb. All diese Technologien sind für das im Weltraum geplante Gravitationswellen-Observatorium eLISA unentbehrlich.

In jedem der beiden separaten Vakuumtanks der wissenschaftlichen Nutzlast von LISA Pathfinder soll während des Missionsbetriebs jeweils eine zwei Kilogramm schwere, würfelförmige Testmasse frei von allen inneren und äußeren Störkräften schweben und so die präzise Vermessung und Kontrolle einer kräftefreien Bewegung im Raum demonstrieren. Mittels Laserinterferometrie werden die Positionen und die Ausrichtung der beiden Testmassen relativ zum Satelliten und zueinander mit bisher unerreichter Genauigkeit von etwa zehn Pikometern (hundertmillionstel Millimeter) bestimmt.

Dieses optische Präzisionsmesssystem wurde unter Federführung und mit maßgeblicher Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik in Hannover entwickelt und gebaut. Danzmann ist außerdem Co-Principal Investigator für das LISA Pathfinder Technology Package, das wissenschaftliche Herzstück des Satelliten.

Die wissenschaftliche Hauptmission von LISA Pathfinder beginnt, wenn alles wie vorgesehen klappt, am 1. März 2016 und wird mindestens sechs Monate dauern. Während dieser Zeit wollen die Wissenschaftler viele einzelne, aufeinander aufbauende Experimente ausführen. Diese sollen den nahezu perfekten freien Fall vermessen, indem sie die nicht von der Schwerkraft stammenden Störbeschleunigungen bestimmen, wesentliche Störquellen identifizieren und falls erforderlich weiter minimieren.

Die Wissenschaftler in Hannover sind führend an der Entwicklung der Auswertungssoftware beteiligt, die eine zentrale Rolle beim Extrahieren der entscheidenden Information aus den Messdaten spielt. Dafür betreibt das Institut einen Kontrollraum in Hannover. Da eine unmittelbare Auswertung der Daten für die Konfiguration der Folgeuntersuchungen entscheidend ist, sind Mitarbeiter des Instituts auch ständig am Raumfahrtkontrollzentrum der ESA in Darmstadt präsent.

LISA Pathfinder ist Wegbereiter für eLISA, ein großes Weltraumobservatorium, das eines der am schwersten fassbaren astronomischen Phänomene direkt beobachten soll - Gravitationswellen. Der Nachweis dieser von Albert Einstein im Jahr 1916 vorhergesagten winzigen Verzerrungen der Raumzeit erfordert eine sehr empfindliche und hochpräzise Messtechnik.

Weltraumobservatorien wie eLISA sollen Gravitationswellen mit Frequenzen im Millihertz-Bereich nachweisen, wie sie Paare extrem massereicher Schwarzer Löcher oder Doppelsternsysteme aus Weißen Zwergen aussenden. So ergänzen sie irdische Detektoren wie GEO600, aLIGO und Virgo, die bei höheren Frequenzen Gravitationswellen von weniger massereichen Objekten aufspüren sollen. eLISA soll, so die aktuellen Planungen der ESA, Mitte der 2030er Jahre gestartet werden.

Update (1. Dezember, 17.45 Uhr): Der Start von LISA Pathfinder wurde wegen eines Problems mit der Vega-Trägerrakete verschoben. Nach einer Untersuchung des Problems morgen soll dann entschieden werden, ob der Start übermorgen erfolgen kann.

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Links im WWW
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