ISS
Der magnetische Schutz der Erde
Redaktion / Pressemitteilung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt
astronews.com
9. Dezember 2014

Könnte man Astronauten in Raumschiffen mithilfe eines magnetischen Schutzschildes vor gefährlicher Strahlung schützen? Um diese Frage zu klären, wollen Wissenschaftler mit einem Experiment an Bord der Internationalen Raumstation ISS zunächst den Schutzschild der Erde besser verstehen. Jetzt wurden erste Messungen gemacht.

Der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst hat während seiner Mission das Experiment MagVector/MFX ins European Drawer Rack im europäischen Columbus-Modul auf der ISS eingebaut. Foto: NASA [Großansicht]

Magnetfelder bewahren Planeten wie unsere Erde vor der starken ionisierten Partikelstrahlung der Sonne und anderer kosmischer Quellen. In den Science-Fiction-Filmen der legendären StarTrek-Reihe wird die Enterprise auf ihren Reisen zu fernen Sternen von einem Schutzschild umgeben, das diese starke Sternenstrahlung abschirmt. Noch ist so eine Technologie Zukunftsmusik. Noch müssen aufwendige Verkleidungen bei Raumfahrzeugen und -stationen das "Dauerfeuer der Sterne" – den sogenannten Sonnenwind – abwehren.

Wenn man die Magnetfelder und ihre Schutzmechanismen aber besser versteht, dann könnte "Raumschiff Enterprise" in naher Zukunft keine bloße Fiktion mehr sein. Das Magnetic Field Experiment "MagVector/MFX" des Raumfahrtmanagements im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) testet auf der Internationalen Raumstation ISS, wie Magnetfelder mit einem elektrischen Leiter in Wechselwirkungen treten, um dem Geheimnis dieser Schutzhüllen auf die Spur zu kommen.

Vom 17. bis 19. November herrschte eine starke Anspannung auf dem Airbus-Gelände in Bremen und am German Space Operation Center (GSOC) auf dem DLR-Gelände in Oberpfaffenhofen. Grund dafür ist ein rund 75 Kilogramm schwerer, bananenkistengroßer Quader im European Drawer Rack des europäischen Columbus-Moduls. "Wir haben diese Nutzlast in Rekordzeit entwickelt, gebaut, qualifiziert und auf die ISS gebracht. Wir wollten MagVector/MFX unbedingt auf dem letzten europäischen Raumtransporter ATV-5 fliegen und haben dafür die Nutzlast buchstäblich in letzter Minute abgeliefert. Das ganze MagVector/MFX-Team hat hier eine hervorragende Arbeit geleistet", freut sich DLR-Projektmanager Volker Schmid.

Nach einigen Testläufen im September und Oktober, die noch der deutsche Astronaut Alexander Gerst während seiner Blue Dot-Mission startete und bei denen Schritt für Schritt die einzelnen Subsysteme getestet wurden, begann nun erstmals eine volle Messkampagne. MagVector/MFX lief dabei fast drei Tage ohne Unterbrechung.

In diesem Experimenteinschub steckt eine ganz spezielle Probe: In einer kühlbaren Vakuumkammer liegt ein elektrischer Leiter mit veränderbarer Leitfähigkeit. Mit ihm können verschiedene Zustände nachgestellt werden. So haben die Forscher erstmals gemessen, wie sich die Magnetfeldstruktur um ihn herum verändert hat, während er um die Erde kreist.

Denn ein Feld um einen bewegten Leiter herum entwickelt sich nicht gleichmäßig: Der Strahlenschutz der Erde und zahlreicher anderer Planeten wird durch einen Dynamo im Inneren der Himmelskörper angetrieben – einem metallischen Kern, der von mehreren rotierenden Mantelschichten umgeben ist. Im tiefsten Inneren entsteht das Feld, das unsere Erde vor dem permanenten Beschuss durch hochenergetische Teilchen – dem Sonnenwind – und der kosmischen Strahlung bewahrt.

Wie bei diesem "Schutzschild" unserer Erde staut sich das Feld vor dem Leiter auf der ISS auf und dünnt sich hinter ihm wieder aus. "Der Nachweis dieses magnetischen Staueffekts und der Ausdünnung – analog zur Strömungsmechanik – wurde so zum ersten Mal bei unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten, die über unterschiedliche Temperaturen erreicht werden, gemessen", erklärt Schmid.

Doch es gibt auch Planeten und andere Himmelskörper, die nicht selbstständig ein Magnetfeld erzeugen können. Bei unseren Nachbarn Venus und Mars trifft das Magnetfeld der Sonne direkt auf die jeweiligen Planetenatmosphären: Dieses bewegte Feld reagiert mit den durch UV-Strahlung elektrisch leitfähig gewordenen Atomen (Ionen) in der Hochatmosphäre (Ionosphäre) der beiden Himmelskörper. Die Ionosphären verändern dabei den Ladungszustand ihres Planeten so stark, dass sie von einem schlechten elektrischen Leiter zu einem sehr guten werden.

Bisher wurden solche Wechselwirkungen nur durch kostspielige Satellitenmissionen vor Ort untersucht. Doch ist der Orbiter einmal gestartet, dann können Forscher die voreingestellten Messprogramme kaum noch oder gar nicht mehr verändert, um die Parameter den Umgebungsbedingungen anzupassen.

"Auf der ISS ist das ganz anders: Hier herrschen ideale Voraussetzungen, um solche Fragestellungen mit dem variablen elektrischen Leiter des MagVector/MFX-Experiments und dem Erdmagnetfeld zu simulieren", so Schmid. Gleichzeitig wird das lokale Magnetfeld der Erde als Referenz gemessen. Nach der Auswertung eines Datensatzes lässt sich die Einstellung der Experimentbedingungen immer wieder neu vornehmen beziehungsweise verändern.

Das Bodenkontrollzentrum in Oberpfaffenhofen, unterstützt vom ESC bei Airbus in Bremen, übermittelt die neuen Einstellungen zur ISS. In Bremen werden die frischen Messwerte von den Wissenschaftlern ausgewertet. So kann das Experiment nun erstmals astrophysikalische Zustände und Wechselwirkungen zwischen dem irdischen Magnetfeld und den verschiedensten Körpern im Sonnensystem direkt untersuchen, indem sie in der Experimentbox an Bord der ISS nachgestellt werden.

"Mit dieser wichtigen Grundlagenforschung stößt MFX ein Tor zur experimentellen Astrophysik auf", ist sich Schmid sicher. "Die ISS ist ein ideales Testgebiet: Sie durchfliegt mit einer Orbitalgeschwindigkeit von rund 7,5 Kilometern pro Sekunde ständig das Erdmagnetfeld – eine einzigartige Laborumgebung, um an einem effektiven Schutzschild zu forschen".