Relativität von Raum und Zeit (Foto: ©Taneli Lahtinen, unsplash.com)

Relativität von Raum und Zeit

Relativität von Raum und Zeit

Einblicke in die moderne Raumzeit-Forschung

18. November 2019

Neue Gedankenräume erobern.

Astroherbst Information zur Veranstaltungsreihe

Fast kein Tag vergeht, an dem nicht neue extrasolare Planeten entdeckt werden, dabei immer häufiger auch erdähnliche.

Raumsonden liefern uns faszinierende Bilder fremder Welten, und mit Weltraumteleskopen blicken wir bis in die kosmische Frühzeit zurück. Kaum eine wissenschaftliche Disziplin hat unser Weltbild so grundlegend beeinflusst wie die Astronomie. Immer wieder haben neue Entdeckungen den Menschen dazu gebracht, sein Verständnis des Universums zu revidieren.

Gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) präsentiert das Haus der Wissenschaft Braunschweig spannende Vorträge von renommierten Experten*innen, die allgemeinverständliche Einblicke in ihre Wissenschaftsbereiche geben:

Der für uns wichtigste Stern im ganzen Universum ist unsere eigene Sonne – was werden wir durch die Mission Solar Orbiter über sie lernen? Welche neuen Ziele haben wir fünfzig Jahre nach Apollo 11 auf dem Mond? Was wissen wir über das Innenleben unserer Nachbarplaneten Mars und Venus, und welche Entdeckungen hat uns die Asteroidenmission DAWN gebracht? Wie schnell die Zeit verstreicht, hängt vom lokalen Schwerefeld ab – können wir die phantastischen Effekte der Relativitätstheorie auch praktisch nutzen?

Die Vortragsreihe "Astroherbst" geht diesen und weiteren Fragen auf den Grund. Wie immer bleibt im Anschluss an die Vorträge genügend Zeit, Fragen zu stellen und das Gehörte zu diskutieren.

Relativität von Raum und Zeit Einblicke in die moderne Raumzeit-Forschung

Prof. Dr. Wolfgang Ertmer vom Institut für Quantenoptik der Leibniz-Universität Hannover berichtet über den Stand der modernen Raumzeit-Forschung, bei der die Krümmung von Raum und Zeit durch Gravitationsfelder gemäß der Allgemeinen Relativitätstheorie Albert Einsteins verifiziert wird. Die Effekte dieser Krümmung von Raum und Zeit erscheinen unserer Alltagserfahrung sehr seltsam und sind nur in der Nähe extremer Massekonzentrationen wie Neutronensternen und Schwarzen Löchern dominant. Aber selbst in schwachen Gravitationsfeldern wie dem der Erde sind sie messbar und für zahlreiche Anwendungen nutzbar zu machen, zum Beispiel für die Satellitennavigation.

Als Albert Einstein 1915 seine Allgemeine Relativitätstheorie veröffentlichte, nach der alle im Raum eingebetteten Massen den Raum selbst sowie den Fluss der Zeit verzerren, schienen diese Effekte fast noch seltsamer zu sein als die schon früher (1905) in der Speziellen Relativitätstheorie vorhergesagte Zeitdilatation. Diese tritt bei bewegten Körpern auf und dominiert alles, sobald die Geschwindigkeit dieser Bewegung in die Nähe der Lichtgeschwindigkeit gerät. Auch wenn die Richtigkeit beider Einstein´scher Theorien schon in der Mitte des 20. Jahrhunderts durch eine Vielzahl experimenteller Nachweise unwiderlegbar bewiesen war, schienen Szenarien, in denen ihre Effekte das Geschehen dominieren, noch kaum vorstellbar zu sein.

Inzwischen wissen wir aber, dass entscheidende Bereiche im Universum von diesen „relativistischen“ Effekten beherrscht werden, z.B. die Zentralbereiche von Galaxien, wo sich supermassive Schwarze Löcher befinden. Aber auch im vergleichsweise extrem schwachen Schwerefeld eines Planeten können diese Effekte mit hochgenauen Uhren (z.B. denen der PTB in Braunschweig) gemessen werden.

Wenn etwa der Mond über uns steht und auf unserer Seite der Erde einen Flutberg hervorruft, können wir das zwar nur am Meer durch den Tidenhub direkt beobachten. Aber auch die Erdkruste hebt sich um einige Zentimeter, d.h. sie bewegt sich im Schwerefeld der Erde nach außen - und sogleich gehen die Uhren anders. Die Technik der Zeitmessung ist heute so genau, dass sich eine Fülle neuer Anwendungen vor allem in der Navigation und Geodäsie auftut.

Prof. Dr. Wolfgang Ertmer ist Direktor des Instituts für Quantenoptik der Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Universität Hannover (LUH). Gleichzeitig ist er Gründungsdirektor des neuen Instituts für Satellitengeodäsie und Inertialsensorik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das gegenwärtig in enger Kooperation mit der LUH in Hannover aufgebaut wird.

Referent

  • Prof. Dr. Wolfgang Ertmer, Gottfried-Wilhelm-Leibniz-Universität Hannover, Institut für Quantenoptik

Ungleiche Geschwister der Erde das Innenleben von Mars und Venus

2. Dezember 2019

Weitere Informationen folgen... 

Referentin

  • Dr. Ana-Catalina Plesa, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Planetenforschung, Berlin

Vulkanismus aus Eis und Schlamm

11. November 2019

Überraschende Ergebnisse der DAWN-Mission

Im Rahmen der Veranstaltungsreihe Astroherbst laden das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und das Haus der Wissenschaft Braunschweig am 11. November 2019 um 19 Uhr in die Aula des Haus der Wissenschaft ein. Dr. Wladimir Neumann vom Institut für Planetenforschung des DLR in Berlin berichtet über überraschende Ergebnisse der Asteroidenmission DAWN der NASA. Es geht um die Entdeckung einer seltsamen Form von Vulkanismus auf dem Kleinplaneten Ceres, wo Massen aus Eis und Schlamm eigentümliche „Vulkanberge“ wie den Ahuna Mons geformt haben. Das Verständnis dieser Phänomene ist wichtig für das Verständnis der Entstehungsgeschichte des Sonnensystems insgesamt.

Nicht nur die Monde von Jupiter und Saturn, sondern auch die größeren Asteroiden sind offenbar geologisch viel aktiver, als man früher geglaubt hatte. Während es bei den Monden der Riesenplaneten die Verformung durch Gezeitenkräfte ist, die dort flüssige Ozeane unter einer Eisdecke ermöglicht sowie Vulkane und Geysire aktiv sein lässt, gibt es bei den Himmelskörpern im Asteroidengürtel diese Energiequelle nicht. Die Frage, welche Effekte hier wirken, ist wichtig für das Verständnis der Geschichte des Sonnensystems.
Der größte dieser Körper ist der Kleinplanet Ceres, der in den Jahren 2015-2018 intensiv von der amerikanischen Raumsonde DAWN aus nächster Nähe untersucht worden ist, wobei der rätselhafte Eis-Schlamm-Vulkanismus vor allem an dem Berg „Ahuna Mons“ entdeckt wurde.
Die DAWN-Mission war die erste Forschungsmission im Sonnensystem, bei der das Raumfahrzeug nacheinander zwei verschiedene Himmelskörper (Vesta und Ceres) anflog und auch um beide jeweils in eine stabile Umlaufbahn ging. Diese aktiven Bahnmanöver im Asteroidengürtel waren möglich, weil die Sonde neben konventionellen Hydrazin-Triebwerken auch drei leistungsfähige Ionen-Triebwerke an Bord hatte.
Das Kamerasystem der Raumsonde war unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung in Göttingen entwickelt worden.
Entscheidende Beiträge kamen vom Institut für Datentechnik und Kommunikationsnetze (IDA) der TU Braunschweig und vom Institut für Planetenforschung des DLR in Berlin-Adlershof. Aus dem letztgenannten Institut kommt auch der Referent, Dr. Wladimir Neumann. Er ist dort wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Planetenphysik und war ganz maßgeblich an der Auswertung der Beobachtungen der DAWN-Mission am Kleinplaneten Ceres beteiligt.


Referent

  • Dr. Wladimir Neumann, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Planetenforschung, Berlin

Das Projekt 3D4Space Die Rückkehr zum Mond und wie man Häuser aus Mondstaub druckt

4. November 2019

Simon Stapperfend, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Raumfahrtsysteme der TU Braunschweig, berichtet über das Projekt 3D4Space, in dem weltraumtaugliche Varianten des 3D-Druck-Verfahrens entwickelt werden, mit denen man große Strukturen und Gebäude auf dem Mond aus dem örtlich vorhandenen Regolith errichten kann. Diese Technologie wird dauerhafte Stationen auf dem Mond zu wirtschaftlich tragbaren Bedingungen überhaupt erst ermöglichen.

Als vor fünfzig Jahren die ersten Menschen auf dem Mond landeten, wurde allgemein erwartet, dass schon wenige Jahre später permanente bemannte Stützpunkte, ja sogar ganze Siedlungen auf dem Mond errichtet werden würden. Diese Erwartungen erfüllten sich nicht: Einerseits weil die Prioritäten der Zielsetzungen in der Raumfahrt sich massiv verschoben, andererseits, weil die immensen Kosten des Materialtransports zum Mond in der Nach-Apollo-Ära nicht mehr aufzubringen waren. Erst in den letzten Jahren ist der Mond wieder in den Fokus des Interesses gerückt. Einen erheblichen Anteil daran haben neue technologische Möglichkeiten, um Bauteile und Strukturen auf dem Mond selbst aus dem dort vorhandenen Material herzustellen. An erster Stelle stehen die 3D-Druck-Verfahren, die sich auch auf der Erde anschicken, viele Fertigungsprozesse völlig zu revolutionieren.
Das Projekt 3D4Space beinhaltet die Weiterentwicklung von irdischen 3D-Druck-Verfahren, bei denen man Bauteile durch schichtweise Materialauftragung und Verfestigung mit Hilfe von Lasern formgenau bis zu der gewünschten Kontur anwachsen lässt, für den Einsatz unter den Bedingungen des Weltraums. Diese Bedingungen herrschen auch auf dem Mond, und als Baumaterial steht hier der Regolith der Mondoberfläche in unbegrenzter Menge zur Verfügung. Energiequelle für die nötige Stromerzeugung ist die Sonne. Durch den Einsatz dieser Verfahren wird es möglich werden, große Strukturen für Gebäude, Solarzellenträger, Antennen und vieles andere vor Ort aus Regolith zu fertigen und den Antransport von der Erde auf wirklich hochwertige Teile zu beschränken. Für die Finanzierbarkeit – und damit für die Realisierungschancen – einer zukünftigen permanenten Präsenz auf dem Mond wird dies entscheidend sein.
Der Referent, Simon Stapperfend, ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Raumfahrtsysteme der Technischen Universität Braunschweig und ist hier ganz maßgeblich am Projekt 3D4Space beteiligt, welches auch das Thema seiner Dissertation sein wird.

Referent: 

  • Simon Stapperfend, Technische Universität Braunschweig, Institut für Raumfahrtsysteme

Eine Reise zu unserem lebenspendenden Stern

7. Oktober 2019

Zum diesjährigen Auftakt der Veranstaltungsreihe Astroherbst laden das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und das Haus der Wissenschaft Braunschweig am 7. Oktober 2019 um 19 Uhr in die Aula des Haus der Wissenschaft ein. Prof. Dr. Sami K. Solanki, Direktor am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen, berichtet über die bevorstehende Raumfahrtmission „Solar Orbiter“, die unsere Sonne aus der Nähe erforschen soll und von der hochspannende Ergebnisse erwartet werden, die auch für das Verständnis des Einflusses von Prozessen auf der Sonne auf unsere Erde von großer Bedeutung sein werden.

Die Sonne ist eigentlich nur ein ganz gewöhnlicher Stern durchschnittlicher Größe, einer unter einigen hundert Milliarden Sternen allein in unserer Galaxis, der Milchstraße – und sie befindet sich an einem unscheinbaren Platz weit von deren Zentrum entfernt. Und doch ist dieser Stern für uns von buchstäblich zentraler Bedeutung: Die Sonne spendet ihren Planeten Licht und Wärme, die Grundvoraussetzung für Leben auf der Erde.
Ihre nähere Erforschung ist deshalb für die Menschheit von essenzieller Bedeutung, allein schon, um abschätzen zu können, ob und inwieweit kleine Strahlungsschwankungen der Sonne unser Klima beeinflussen können und wie der Sonnenwind mit dem solaren Magnetfeld wechselwirkt. Im Weltraum stationierte Sonnenteleskope haben unser Verständnis der Prozesse auf der Sonne zwar enorm vorangebracht, aber die Beobachtung aus erdweiter Distanz genügt nicht: Es bedarf zusätzlich der Exploration aus größerer Nähe. Die dort herrschenden extremen Temperaturen machen jedoch die Naherkundung der Sonne mit Raumfahrzeugen extrem schwierig.
Im Februar 2020 soll nun ein neuer Meilenstein gesetzt werden, wenn die europäische Raumsonde „Solar Orbiter“ mit einer amerikanischen Atlas-V-Trägerrakete starten wird, um nach mehreren Swingby-Manövern an Erde und Venus einen Orbit mit einem sonnennächsten Punkt in nur 0,28 Astronomischen Einheiten von der Sonne zu erreichen. Die Instrumente wurden von ESA und NASA ausgewählt.
Prof. Dr. Sami K. Solanki ist einer von drei Direktoren am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Göttingen, einem der international bedeutendsten Institute auf dem Gebiet der Erforschung der Sonne, ihrer Planeten, der Monde und kleinen Körper des Sonnensystems. Er selbst leitet die Abteilung für Sonnen- und Heliosphärenforschung des Instituts und ist auf diesem Gebiet einer der führenden Wissenschaftler weltweit. Daneben hat Professor Solanki mehrere Honorarprofessuren inne, darunter auch an der Technischen Universität Braunschweig.

Referent:

  • Prof. Dr. Sami K. Solanki, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Göttingen

Die "NewSpace" Invaders wie Unternehmer mit neuen Technologien das Weltall erobern wollen

03. Dezember 2018

Daniel Rothe vom GAIA Aerospace e.V. berichtet über die kühnen Strategien, mit denen private Unternehmen die Initiative in der Weiterentwicklung der Raumfahrt an sich reißen und den nationalen bzw. multinationalen Raumfahrtagenturen wie NASA oder ESA die Führungsrolle entwinden wollen.

Einen Satelliten in eine Erdumlaufbahn bringen oder gar eine Raumsonde in den interplanetaren Raum befördern? Das konnten bis zum 28. September 2008 nur von staatlichen Raumfahrtagenturen finanzierte Trägerraketen. Doch an diesem Tag brachte die amerikanische Firma SpaceX erstmals eine rein durch private Finanzierung entwickelte Rakete in den Orbit. So wurde durch die "Falcon 1" ein wichtiger Meilenstein in der Geschichte des "NewSpace" gesetzt - jene Branche der Raumfahrt außerhalb des Spektrums von staatlichen oder multinationalen Raumfahrtagenturen wie NASA oder ESA, die im letzten Jahrzehnt einen immer größeren Anteil an echten Projekten für sich erobert hat.

Spätestens seit der Erprobung wiederlandbarer Raketen ist klar, dass hier etwas völlig Neues entsteht: Wer hätte gedacht, dass es neben der "Wegwerfrakete" für den Einmal-Flug und dem aufwändigen Konzept des Space Shuttles noch eine dritte vielversprechende Alternative gibt? Und die Erfolge der privaten Raumfahrt häufen sich: Testflüge von Raumschiffen für den Weltraumtourismus, aufblasbare Module an der Internationalen Raumstation, private Startgelände für Raketen sind bereits Wirklichkeit. Von privaten Firmen durchgeführte Flüge zu Mond und Mars erscheinen zunehmend realistisch.Was haben die Unternehmen des "NewSpace" vor und vor welchen Herausforderungen stehen sie? Und welche Rolle spielen dabei Unternehmen außerhalb der USA - zum Beispiel in Europa?

Der Referent Daniel Rothe ist Vorsitzender des Braunschweiger Ortsvereins von GAIA Aerospace e.V., einem deutschlandweiten interdisziplinären Netzwerk von Studenten und Professionals. GAIA verfolgt das Ziel, zum zentralen Netzwerk der NewSpace-Branche in Europa zu werden und die Begeisterung für die Raumfahrt in die Bevölkerung zu tragen.

Referent

  • Daniel Rothe, GAIA Aerospace e.V., Braunschweig 

Sprünge auf einer kleinen Welt MASCOT und die Asteroidenmission Hayabusa-2

19. November 2018

Die große Bedeutung der Asteroiden ebenso wie die der Kometen für das Verständnis der frühen Entwicklung unseres Sonnensystems wurde lange Zeit unterschätzt. Deswegen dauerte es sehr lange, bis erstmals gezielte Missionen zur Erforschung dieser kleinen Körper im Sonnensystem geplant und durchgeführt wurden. Eines der spektakulärsten Projekte der Gegenwart ist die Reise der japanischen Raumsonde Hayabusa-2 zum Asteroiden 162173 Ryugu. Die Mission begann am 3. Dezember 2014 mit dem Start von Hayabusa-2 auf einer H-IIA-Rakete und erreichte nach fast vierjährigem Flug in diesem Herbst ihr Ziel. Das wichtigste Anliegen der Mission besteht darin, mit einem Probensammelrohr Oberflächenmaterial aufzunehmen und schließlich zur Erde zurück zu bringen. Dazu ist jedoch eine vorhergehende nähere Exploration der Oberfläche notwendig. Diese leistete das von den europäischen Partnern der Mission unter Führung des DLR entwickelte Landemodul MASCOT.
Am 3. Oktober 2018 wurde MASCOT von der Muttersonde ausgesetzt und hatte 20 Minuten später den ersten Bodenkontakt, genau im festgelegten Landegebiet. Anschließend bewegte sich MASCOT 17 Stunden lang mit Hilfe eines eingebauten Exzentermechanismus in Sprüngen über die wilde und zerklüftete Oberfläche des Asteroiden, machte hochaufgelöste Bilder und sammelte wissenschaftliche Daten, die es erlauben werden, die geplanten drei Probenentnahmestellen optimal auszuwählen.
Referentin Dr. Tra-Mi Ho leitet die Abteilung "Systementwicklung und Projektbüro" am Institut für Raumfahrtsysteme des DLR in Bremen. Sie ist verantwortliche Projektleiterin für MASCOT. Ihr wissenschaftliches Team arbeitet eng mit Partnerteams bei der französischen CNES (Nationales Zentrum für Weltraumforschung, Frankreich) und vor allem auch an der TU Braunschweig zusammen.

Referentin

  • Dr. Tra-Mi Ho, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt, Institut für Raumfahrtsysteme, Bremen

 

 

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