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LISA PATHFINDER
Beide Testmassen schweben frei
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik
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16. Februar 2016

Erleichterung beim Team der ESA-Sonde LISA Pathfinder: Die beiden würfelförmigen Testmassen an Bord schweben frei im vorgesehenen Gehäuse. Nun steht dem Beginn des wissenschaftlichen Betriebs der Sonde kaum mehr etwas im Weg. Mit LISA Pathfinder sollen Technologien getestet werden, die für ein weltraumgestütztes Gravitationswellenobservatorium benötigt werden.

LTP

Das LISA Technology Package ist das wissenschaftliche Herz der Mission. Es vermisst und kontrolliert den nahezu perfekten freien Fall von zwei Testmassen in ihren Vakuumkammern. Bild: ESA / ATG medialab [Gesamtansicht]

Die LISA Pathfinder-Missionswissenschaftler haben erfolgreich erstmals beide würfelförmigen Gold-Platin-Testmassen im Satelliten freigesetzt. LISA Pathfinder wird diese Würfel im präzisesten jemals erreichten freien Fall vermessen, um Kerntechnologien für die Beobachtung von Gravitationswellen im Weltraum zu testen. Die Sonde LISA Pathfinder war am 3. Dezember 2015 ins All gestartet und hatte ihr Ziel – den Lagrange-Punkt L1 rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in Richtung Sonne – am 22. Januar 2016 erreicht.

Die ersten Komponenten der wissenschaftlichen Nutzlast waren bereits zwischen dem 11. und 13. Januar erfolgreich aktiviert worden (astronews.com berichtete), gefolgt von weiteren Schritten zur Inbetriebnahme der Sonde. Nun wurde ein Meilenstein auf dem Weg zum wissenschaftlichen Missionsbetrieb erreicht, der am 1. März beginnen soll: Erstmals wurden die beiden Testmassen von LISA Pathfinder – zwei identische 46 mm große Würfel aus einer Gold-Platin-Legierung – von ihren Haltemechanismen freigegeben und schweben nun frei innerhalb des Satelliten. Ein Laserinterferometer vermisst den Abstand zwischen den Massen mit höchster Präzision.

"LISA Pathfinder arbeitet weiterhin perfekt! Das Freilassen der Testmassen erforderte etwas Lernen, aber das Team hat dann schnell eine elegante Lösung gefunden. Mit dem erfolgreichen Betrieb eines Laserinterferometers im Weltraum zwischen zwei freischwebenden Testmassen liefert LISA Pathfinder eine echte Weltneuheit!", freut sich Prof. Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und Direktor des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover. "Wir stehen nun kurz vor dem Beginn der wissenschaftlichen Mission, die Schlüsseltechnologien zur Beobachtung von Gravitationswellen im Weltraum demonstrieren wird."

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Während der Vorbereitung des Satelliten am Boden, während des Starts und der Bahnmanöver, die LISA Pathfinder nach einer sechswöchigen Reise zum Lagrangepunkt L1 brachten, wurden beide Würfel fest mit acht "Fingern" an den Ecken fixiert. Am 3. Februar wurden diese Haltefinger gelöst, gleichzeitig wurde ein Ventil geöffnet, um die Restmoleküle aus der Vakuumkammer um die Testmassen zum Weltraum zu entlüften.

Ein Paar von Druckstäben, die die Würfel beidseitig fixierten, hielt die Testmassen bislang in der Mitte der Einhausungen fest. Diese Druckstäbe wurden nun gestern von der einen Testmasse und heute von der anderen gelöst. Nun schweben die Würfel frei im Abstand von einigen Millimetern von den Wänden der Einhausung ohne mechanischen Kontakt zum Satelliten.

Zwischen den zwei Testmassen, die rund 38 Zentimeter voneinander entfernt sind, befindet sich ein Laserinterferometer, das 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 von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik und von der Leibniz Universität in Hannover entwickelt und gebaut.

Die Testmassen werden derzeit durch elektrostatische Kräfte von den Elektrodeneinhausungen kontrolliert. Dies sorgt dafür, dass die Testmassen den Bewegungen des Satelliten folgen. In einer Woche soll LISA Pathfinder erstmals im wissenschaftlichen Messbetrieb laufen. Dann werden die Testmassen im vollständigen Freifall sein und der Satellit wird ihren Bewegungen mittels seiner Mikronewton-Triebwerke folgen.

Nach einer Woche letzter Überprüfungen wird die wissenschaftliche Mission von LISA Pathfinder am 1. März beginnen. Diese wird Schlüsseltechnologien für den Nachweis von Gravitationswellen im Weltraum demonstrieren und validieren. So wird die Mission den Weg für zukünftige Gravitationswellen-Observatorien im All – wie eLISA – ebnen.

Forscherinnen und Forscher der Max-Planck-Gesellschaft und der Leibniz Universität 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, besetzen Forscher des Instituts außerdem rund um die Uhr Schichten im Darmstädter Kontrollzentrum (ESOC) der europäischen Weltraumagentur ESA.

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. Kürzlich gelang mit den erdgebundenen Advanced LIGO-Detektoren der erste direkte Nachweis.

Weltraumobservatorien wie eLISA werden 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.

Im Zusammenspiel mit anderen astronomischen Methoden werden diese Gravitationswellen-Observatorien bisher noch unbekannte Bereiche beobachten, gleichsam die "dunkle Seite" des Universums. Mit eLISA wollen die Forscher verfolgen, wie massereiche Schwarze Löcher entstehen, wachsen und miteinander verschmelzen. Und auch die Entwicklung von Galaxien während der gesamten Vergangenheit des Universums wird sich erfassen lassen. Außerdem soll eLISA Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie überprüfen und nach bisher unbekannter Physik suchen. eLISA soll - so die aktuellen Planungen - Mitte der 2030er Jahre starten.

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LISA Pathfinder: Tests der Sonde erfolgreich begonnen - 13. Januar 2016
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Links im WWW
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)
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