Lisa Pathfinder: Die Technik zur Gravitationswellenmessung funktioniert
Es war eine wissenschaftliche Sensation, als Anfang des Jahres Astrophysiker vom Ligo-Observatorium in den USA erklärten, Gravitationswellen nachgewiesen zu haben. Europäische Forscher wollen künftig Gravitationswellen vom Weltall aus erforschen. Die Technik dafür scheint sehr gut zu funktionieren.
Laser Interferometre Space Antenna (Lisa) Pathfinder(öffnet im neuen Fenster) heißt die Sonde, die die Europäische Raumfahrtagentur (European Space Agency, Esa) im Dezember 2015 ins All geschossen hat. Sie soll die Technik für die künftige Forschungsmission Elisa erproben.
Lisa befindet sich am Lagrange-Punkt 1
Der Lisa Pathfinder erreichte Ende Januar seinen Orbit am Lagrange-Punkt 1(öffnet im neuen Fenster) , etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, und ist seit dem 1. März im Einsatz. Im Inneren der Sonde befinden zwei Würfel aus Gold, die 46 Millimeter groß sind und 2 Kilogramm wiegen. Am Lagrange-Punkt 1 heben sich die Anziehungskräfte von Sonne und Erde gegenseitig auf. Das bedeutet, die Würfel befinden sich in einem freien Fall und schweben in einem Abstand von 38 Zentimetern in der Sonde.
Die Steuerdüsen von Lisa sorgen dafür, dass die Sonde ihre Position hält – und die Würfel in ihrem Inneren. Ein Laserinterferometer misst ständig den Abstand zwischen den beiden Würfeln und ihre Ausrichtung zueinander. Die Genauigkeit dieser Messungen liegt im Pikometerbereich.
Die Würfel sind im freien Fall
Die Messergebnisse zeigten, dass die beiden Testmassen frei im Weltall fielen und nur dem Einfluss der Schwerkraft unterlägen, schreiben die Forscher des Lisa-Teams in der Fachzeitschrift Physical Review Letters(öffnet im neuen Fenster) . Die Isolation von äußeren Störkräften sei fünfmal besser als erwartet. "Mit Lisa Pathfinder haben wir den ruhigsten der Menschheit bekannten Ort geschaffen" , sagt Karsten Danzmann(öffnet im neuen Fenster) , Direktor des Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik in Hannover. "Die Leistung der Mission ist spektakulär und übertrifft alle unsere Erwartungen bei weitem."
Mitte der 2030er Jahre will die Esa das Gravitationswellen-Observatorium Elisa(öffnet im neuen Fenster) ins All schicken. Es soll aus drei Sonden bestehen, von der jede zwei dieser Würfel an Bord haben wird. Die drei Sonden werden etwa eine Million Kilometer voneinander entfernt im All positioniert. Gemessen wird jeweils die Entfernung zwischen den Würfeln benachbarter Sonden.
Elisa soll niederfrequente Wellen erfassen
Läuft eine Gravitationswelle, also eine Störung der Raumzeit, durch die Konstellation hindurch, lässt sich das messen. Elisa soll Gravitationswellen im Bereich von 0,1 Millihertz bis 1 Hertz nachweisen. Gravitationswellen in diesem Bereich lassen sich auf der Erde nicht erfassen. Sie sollen beispielsweise bei der Verschmelzung von extrem massereichen schwarzen Löchern entstehen. Möglicherweise kann Elisa auch Gravitationswellen des Urknalls nachweisen.
Albert Einstein hatte Gravitationswellen in seiner allgemeinen Relativitätstheorie vorausgesagt. Erst in diesem Jahr konnte sie experimentell nachgewiesen werden.