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LISA PATHFINDER
Satellit übertrifft die Erwartungen
Redaktion / Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik
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7. Juni 2016

Mit dem im Dezember gestarteten Satelliten LISA Pathfinder werden gegenwärtig Technologien getestet, die einmal für ein weltraumgestütztes Observatorium für Gravitationswellen benötigt werden. Heute stellten die beteiligten Wissenschaftler erste Ergebnisse der Mission vor: Die Erwartungen des Teams wurden in den ersten zwei Monaten mehr als erfüllt.

LISA Pathfinder

LISA Pathfinder (künstlerische Darstellung) testet Technologien, die für ein Observatorium für Gravitationswellen im All benötigt werden. Bild: ESA–C.Carreau  [Großansicht]

Nach einem Bilderbuchstart, einer Reise von rund 1,5 Millionen Kilometern von der Erde in Richtung Sonne und einem erfolgreichen Freilassen der Testmassen begann die wissenschaftliche Mission von LISA Pathfinder am 1. März (astronews.com berichtete wiederholt). Heute präsentierten Wissenschaftler die Ergebnisse der ersten zwei Monate des Missionsbetriebs.

"Mit LISA Pathfinder haben wir den ruhigsten der Menschheit bekannten Ort geschaffen. Die Leistung der Mission ist spektakulär und übertrifft alle unsere Erwartungen bei weitem", sagt Prof. Karsten Danzmann, Direktor am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut, AEI) und Direktor des Instituts für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover, der außerdem einer der verantwortlichen Wissenschaftler des LISA Technology Package ist.

Die Ergebnisse zeigen, dass die zwei Testmassen im Herz des Satelliten frei im Weltall fallen und nur dem Einfluss der Schwerkraft unterliegen. Die Isolation von äußeren Störkräften ist fünfmal besser als ursprünglich erwartet. Das Team konnte zeigen, dass die Testmassen relativ zueinander nahezu bewegungslos schweben. Die relative Beschleunigung beträgt weniger als ein Teil in zehn Millionen von einem Milliardstel der Erdbeschleunigung. Das entspricht der Gewichtskraft eines Virus auf der Erde.

LISA Pathfinders Hauptziel ist die Demonstration von Schlüsselelementen eines weltraumbasierten Observatoriums für Gravitationswellen, das die europäische Weltraumagentur ESA Anfang der 2030er Jahre mit eLISA plant. Das Albert-Einstein-Institut und das Institut für Gravitationsphysik der Leibniz Universität Hannover koordinieren dabei die deutschen Beiträge und sind dafür verantwortlich. "LISA Pathfinder ist eine bemerkenswerte Mission. Sie hat etwas erreicht, das man selten in wegweisenden wissenschaftlichen Projekten sieht. Sie hat nicht nur die Anforderungen erfüllt, sondern sie bei weitem übertroffen", sagt Dr. Jens Reiche, nationaler Projektmanager für das LISA Pathfinder Technology Package in Hannover.

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Ein entscheidender Teil der Experimente an Bord von LISA Pathfinder besteht darin, zwei Testmassen in den freien Fall zu versetzen und ihre relativen Positionen zu überwachen, während sie sich nur unter dem Einfluss der Schwerkraft bewegen. Selbst im Weltraum ist dies eine Herausforderung, weil verschiedene Kräfte – wie der Sonnenwind und der Strahlungsdruck des Sonnenlichts – ständig den Satelliten und die Testmassen stören.

Daher sind in LISA Pathfinder zwei identische Testmassen im Abstand von 38 Zentimetern durch den Satelliten von den Störeinflüssen abgeschirmt. Sie schweben im Inneren ohne mechanischen Kontakt zum Satelliten, der ständig seine Position und Ausrichtung korrigiert, um den Massen zu folgen.

Zwischen den zwei Testmassen befindet sich ein Laserinterferometer, das die Positionen und die Ausrichtung der beiden Testmassen relativ zum Satelliten und zueinander bestimmt. Dieses optische Präzisionsmesssystem wurde unter Federführung und mit maßgeblicher Beteiligung von Wissenschaftlern aus Hannover entwickelt und gebaut.

"Diese Messungen des ersten Laserinterferometers im All sind viel besser als wir erwartet hatten. Wir können den Abstand der beiden frei fallenden Testmassen genauer als den Durchmesser eines einzelnen Atoms bestimmen", sagt Prof. Gerhard Heinzel, Leiter der Forschungsgruppe Interferometrie im Weltraum am Albert-Einstein-Institut und der Leibniz Universität Hannover.

Während der gesamten Betriebsdauer sind Experten 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 für eingehendere Untersuchungen der Daten und zur Unterstützung für den Kontrollraum am Europäischen Raumflugkontrollzentrum (ESOC) in Darmstadt dient. Weil eine unmittelbare Datenanalyse für die Konfiguration nachfolgender Experimente erforderlich ist, nehmen Forschende des Instituts zudem am Schichtbetrieb am ESOC teil.

"Wir waren absolut begeistert als wir nach nur einem Tag das uns selbst gesetzte Ziel erreichten. Und wir wissen nun, dass die Leistung des Laserinterferometers die Messgenauigkeit für ein zukünftiges Gravitationswellen-Observatorium im All um mehr als das Hundertfache übertrifft", sagt Dr. Martin Hewitson, LISA Pathfinder Senior Scientist vom Albert-Einstein-Institut und der Leibniz Universität Hannover, der die Entwicklung der Datenanalyse-Software LTPDA leitete.

Die wissenschaftliche Missionsphase von LISA Pathfinder begann am 1. März 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. Eine Entscheidung über den Bau eines Observatoriums für Gravitationswellen im All wird 2020 erwartet.  

Über die Ergebnisse berichtet das LISA-Pathfinder-Team in einer Publikation, die heute in Physical Review Letters veröffentlich wurde.

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Links im WWW
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