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LISA PATHFINDER
Wissenschaftliche Mission hat begonnen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik
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8. März 2016

Seit einer Woche läuft die wissenschaftliche Phase der Mission der ESA-Sonde LISA Pathfinder. Zuvor war die Funktion der Sonde und der Experimente an Bord ausführlich überprüft worden. Mit LISA Pathfinder sollen Technologien getestet werden, die für ein weltraumgestütztes Gravitationswellenobservatorium benötigt werden.

LISA Pathfinder

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

Nach erfolgreichem Abschuss einer langen Reihe von Tests des Satelliten und der Nutzlast hat die ESA-Mission LISA Pathfinder ihre wissenschaftliche Missionsphase begonnen. Während der nächsten sechs Monate werden die Missionswissenschaftler Hunderte Experimente durchführen, um den Weg für zukünftige Weltraumobservatorien wie eLISA zu ebnen.

LISA Pathfinder ist eine Satellitenmission zur Technologiedemonstration und befindet sich rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in Richtung der Sonne. Dort haben Missionswissenschaftler nun ein Weltraumlaboratorium "aufgebaut", um den perfekten freien Fall zweier würfelförmiger Testmassen zu untersuchen. Das Team wird damit notwendige Technologien für zukünftige Gravitationswellen-Observatorien im Weltraum testen.

"Wir stehen jetzt am Anfang der zweiten Woche von LISA Pathfinders wissenschaftlicher Mission und sind absolut begeistert davon wie gut unsere ersten Experimente gelaufen sind", freut sich Prof. Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und Direktor des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover, der zudem Co-Principal Investigator des LISA Technology Package – des wissenschaftlichen Herzstücks des Satelliten – ist. "Für die nächsten Wochen gibt es einen engen Zeitplan von Experimenten, die wir auf dem Satelliten durchführen wollen. Damit wollen wir letztendlich zeigen, dass wir ein großes Gravitationswellen-Observatorium im All bauen können."

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Einstein sagte Gravitationswellen aus seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorher. Sie wurden vor kurzem – 100 Jahre nach der Vorhersage – erstmals von den Advanced LIGO-Detektoren auf der Erde nachgewiesen. Observatorien im Weltraum wie eLISA werden existierende Detektoren auf der Erde ergänzen, indem sie niederfrequente Gravitationswellen messen, die sich auf der Erde nicht nachweisen lassen.

Solche Observatorien nutzen Testmassen im perfekten freien Fall, die von allen äußeren Kräften bis auf die Gravitation isoliert sind. Das Dehnen und Stauchen der Raumzeit von durchlaufenden Gravitationswellen wird dabei durch die dauerhafte Überwachung des Abstands der beiden frei fallenden Testmassen gemessen. Diese werden sich in drei Satelliten im Abstand von Millionen von Kilometern befinden. Laser werden die Abstände vermessen.

LISA Pathfinder enthält einen dieser sogenannten Laserarme, der auf 38 Zentimeter verkleinert wird, damit er in den Satelliten passt. Dort wird ein Paar identischer Gold-Platin-Würfel in Vakuumkammern platziert. Missionswissenschaftler stellen nun sicher, dass sich die Massen tatsächlich nur unter dem Einfluss der Schwerkraft bewegen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts und der Leibniz Universität in Hannover leiteten und überwachten die Konstruktion des präzisen optischen Messsystems, das dafür genutzt wird.

Selbst im Weltraum, weit entfernt von allen Störeinflüssen, wirken verschiedene innere und äußere Kräfte auf die Würfel ein. LISA Pathfinder überwacht diese und nutzt Triebwerke mit minimalen Schubkräften, um den Satelliten stets einem Würfel folgen zu lassen. Zusätzlich können beide Testmassen feinfühlig mittels elektrostatischer Felder bewegt und kontrolliert werden.

Um zu verstehen wie verschiedene Kräfte auf die Testmassen wirken und deren perfekten freien Fall stören, wird das Team diese Kräfte absichtlich auf die Massen einwirken lassen und die Wirkung untersuchen. In einem dieser Experimente werden die Wissenschaftler die Temperatur innerhalb der Vakuumkammern erhöhen und die wenigen Restgasmoleküle erhitzen, um so zu messen, ob dies die Bewegung der Würfel beeinflusst.

In ähnlichen Experimenten werden die Testmassen zunehmend stärkeren magnetischen oder elektrischen Kräften ausgesetzt werden, um deren Einflüsse zu charakterisieren. "Wir wollen nicht nur den Einfluss der bekannten Störkräfte auf die Würfel minimieren, sondern auch die restlichen Effekte besser verstehen, die im Rauschen versteckt sind", so Danzmann.

Die wissenschaftliche Missionsphase von LISA Pathfinder hat offiziell am 1. März begonnen und wird sechs Monate dauern, davon 90 Tage für das LISA Technology Package und 90 Tage für das Disturbance Reduction System, ein zusätzliches Experiment des Jet Propulsion Laboratory der NASA. Während der gesamten Betriebsdauer sind Wissenschaftler aus Hannover wichtige Partner bei der Datenanalyse, die von zentraler Bedeutung bei der Gewinnung entscheidender Informationen aus den Messdaten ist. Sie spielten zudem eine führende Rolle bei der Entwicklung der verwendeten Software.

Das Institut hat einen Kontrollraum in Hannover eingerichtet, der zur Unterstützung für den am europäischen Raumflugkontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt und für eingehendere Untersuchungen dient. Weil eine unmittelbare Datenanalyse für die Konfiguration nachfolgender Experimente erforderlich ist, nehmen Forschende des Instituts zudem am Schichtbetrieb am ESOC teil.

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Links im WWW
Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut)
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