Guten Abend meine Damen und Herren, ich begrüße Sie herzlich zur heutigen Ausgabe von Physik im Theater,
hier dieses Mal im großen Haus des Staatstheaters.
Unser Thema ist die Erforschung unserer Galaxie und der neue Wahrnehmungssinn der Astronomen.
Ich möchte mich zunächst noch einmal entschuldigen, dass wir die letzte Veranstaltung im Februar
sehr kurzfristig absagen mussten, das war
einfach der Grippewelle damals geschuldet,
umso mehr freut es mich, dass so viele von Ihnen den Weg heute zu uns gefunden haben
und wir sind ja sogar vom kleinen ins große Haus gewechselt, damit auch noch weitere Interessierte
heute Abend teilnehmen können.
Lassen Sie mich zunächst einige besonders wichtige Personen grüßen,
das sind zunächst mal am heutigen Tag alle Mütter, die den Weg zu uns gefunden haben,
alles Gute zum Muttertag!
Das schließt ganz ausdrücklich meine liebe Frau ein und auch die Mitarbeiterin von unserem Institut,
die uns heute später dann mit den Mikrofonen helfen werden.
Darüber hinaus freue ich mich, den Vize-Präsidenten für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs
der Johannes Gutenberg-Universität, Herrn Stefan Müller-Stach zu begrüßen,
als Vertreter des Ministeriums für Wissenschaft, Weiterbildung und Kultur
Herrn Dr. Kurta und Herrn Hingst und seine Frau und dann das Ehepaar Göbel,
die ich dort hinten sehe auf der Seite, von der Elke und Rainer Göbel-Stiftung, seien Sie uns herzlich willkommen
Das Thema des heutigen Vortrags führt uns in den Weltraum,
wir werden etwas lernen über die Struktur unserer eigenen Heimatgalaxie, der Milchstraße,
aber auch über die Struktur des ganz frühen Universums als Ganzes
und dabei interessiert uns heute nicht nur die Perspektive des Wissenschaftlers,
sondern auch die des leitenden Ingenieurs, der für die Vorbereitung und Durchführung
dieser unbemannten Raumfahrtmissionen verantwortlich ist.
Ziel der Gaia Mission ist es, eine dreidimensionale Karte unserer Milchstraße anzufertigen,
in der die Positionen und Geschwindigkeiten von einer Milliarde Sternen, wie unserer Sonne,
kartografiert sein werden.
Eine Milliarde Sterne, das ist jeder hundertste Stern der Milchstraße, es ist also unglaublich,
diese Menge von Sternen zu beobachten und zu kartografieren.
Die Daten von Gaia werden Aufschlüsse liefern über die Mechanismen der Sternenentstehung,
da gibt es noch viele offene Fragen, da die Bewegung von Sternen aber von sämtlicher Materie
in einer Galaxie abhängt, werden wir auch etwas darüber lernen beispielsweise,
wie die Dunkle Materie in der Milchstraße verteilt ist.
Das ist also ein ganz spannendes Projekt, was unsere unmittelbare Umgebung im Kosmos,
unsere eigene Galaxie genauer beleuchtet.
Und LISA Pathfinder ist eine Forschungs- und Entwicklungsmission, ein Satellit, der zum Ziel hat,
Messinstrumente und Technologien zu testen, die in einer späteren Mission,
sogenannt LISA eingesetzt werden sollen.
Lisa hat zum Ziel einen Millionen Kilometer großen Gravitationswellendetektor in den Weltraum zu bauen.
Sie haben, wenn Sie häufiger Gast sind hier, schon gehört über die Entdeckung von Gravitationswellen
mit Hilfe von Experimenten auf der Erde, dabei studiert man spektakuläre Ereignisse,
wie meinetwegen die Verschmelzung von relativ leichten Schweren Löchern,
LISA hat zum Ziel, die Verschmelzung von sogenannten Superschweren Schwarzen Löchern zu studieren,
das sind die Objekte, die Millionen bis Milliarden mal so schwer sind wie die Sonne
und sich im Zentrum ganzer Galaxien befinden.
Das ist eines der wichtigen Ziele von LISA, ein weiteres Ziel, das man erhofft zu erreichen ist,
die Gravitationswellen vom Urknall nachweisen zu können, das wäre, wenn es gelingt,
der frühestmögliche Blick auf das Universum unmittelbar im Moment seiner Entstehung.
Andreas Rudolph studierte Luft- und Raumfahrttechnik in Stuttgart und Toulouse,
seit 1991 arbeitet er an der Europäischen Raumfahrtorganisation ESA,
zunächst am Weltraum-Technologiezentrum in den Niederlanden
und dann seit 1993 am sogenannten Weltraum-Operationszentrum ESOC bei Darmstadt.
Er ist dort verantwortlich als Flugdirektor für mehrere Missionen im Bereich der Meteorologie,
aber auch der Naturwissenschaften, so zum Beispiel die Mission Herschel,
die die Entstehung ganz junger Sterne wie unsere Sonne untersucht hat
oder die Mission des berühmten Planck-Satelliten, der die kosmische Hintergrundstrahlung
sehr genau vermessen hat.
Beide Missionen werden in diesem Jahr zehnjähriges Jubiläum feiern.
Eine jüngere Mission an der er als stellvertretender Missionsdirektor verantwortlich ist,
ist die japanisch-europäische Partnermission BepiColombo zum Merkur,
von der Sie wahrscheinlich auch in den Medien gelesen haben, wenn Sie sich für solche Dinge interessieren,
aber sonst säßen Sie nicht hier.
Andreas Rudolph ist seit über zehn Jahren Leiter der Abteilung für Weltraummissionen
im Bereich der Astronomie und Grundlagenphysik, befasst sich also mit Missionen,
die wirklich Fragen der Grundlagenphysik und Astronomie beantworten werden.
Und als solcher ist er eben auch verantwortlich für die Gaia und die LISA Pathfinder Missionen,
über die er uns heute berichten wird.
Ich freue mich sehr, dass wir es geschafft haben, jetzt beim zweiten Anlauf, ihn nach Mainz zu holen.
Begrüßen Sie mit mir Andreas Rudolph und ich wünsche Ihnen einen spannenden Abend.
Also als echter Raumfahrer machen wir natürlich hier erst einmal einen Voicecheck,
how do you read me? Loud and clear? Very good.
So meine Damen und Herren, ich möchte mich anschließend Professor Neubert,
recht herzlichen dank für die Einführung,
willkommen zu meinem Vortrag heute, er wird circa 60 bis 75 Minuten in Anspruch nehmen je nachdem,
und im Anschluss haben Sie Gelegenheit Fragen zu stellen.
Ich werde in meinem Vortrag erstmal kurz eingehen auf die Europäische Weltraumorganisation,
was wir machen, was wir tun und daraufhin und mich dann dem Kernthema
der Gaia Mission und LISA Pathfinder widmen.
Zunächst ganz kurz, was ist die ESA, die ESA ist die Europäische Weltraumorganisation oder -agentur,
hat aber mit der Europäischen Union direkt nichts zu tun, das ist eine unabhängige Organisation,
obwohl wir natürlich viele Mitgliedsstaaten gemeinsam haben mit der Europäischen Union
und auch mit der Europäischen Union in mehreren Programmen eng zusammenarbeiten.
Wir haben unter anderem auch Kooperationsabkommen mit anderen EU-Staaten,
die noch nicht Mitglieder bei uns sind,
und ein Kooperationsabkommen mit Kanada, bei dem wir in gewissen Programmen auch zusammenarbeiten.
Europäische Raumfahrt, ja, wir decken eigentlich alles ab, was in der Raumfahrt gemacht wird.
Wir haben vom Thema Trägerrakete, Ariane, vom Thema Telekommunikation, Navigation mit Galileo,
Technologie, Weltraumtechnologie, Erforschung, Exploration unseres Sonnensystems,
bemannte Raumfahrt mit der internationalen Raumstation, Erdbeobachtung,
auch ein Thema für Kooperationen mit der Europäischen Union und Weltraumwissenschaften,
alles im Programm, Sie verzeihen mir, daneben gibt es auch ein neues Programm,
das nennt sich Space Safe, die zu tun der Sicherheit im Weltraum, nicht militärisch, aber mit Weltraumschrott
und ähnlichen Themen, die uns da beschäftigen oder Asteroiden.
Sie werden mir verzeihen, als jemand, der in einem Kontrollzentrum arbeitet,
habe ich natürlich den Raumflugbetrieb ins
Zentrum gesetzt,
das ist natürlich auch dem geschuldet,
dass bei uns eigentlich die Wissenschaft das Licht des Weltraums erblickt,
weil bei uns die Missionen gestartet und kontrolliert werden.
In meinem Vortrag lassen wir den Rest außen vor,
wir beschäftigen uns mit Weltraumwissenschaften und dem Raumflugbetrieb.
Lassen Sie uns zunächst darüber reden über, was wir nicht sprechen werden,
nämlich die Erforschung unseres Sonnensystems.
Das ist für die Astronomie viel zu nah, wir gucken weiter hinaus in den Weltraum,
aber nichtsdestotrotz, es gibt auch eine Anzahl interessanter Programme,
wo man vielleicht kurz drüber was sagen sollte.
Cassini-Huygens zum Beispiel war eine Gemeinschaftsmission zwischen NASA und ESA.
Die ESA hat diese kleine Sonde, die Sie hier sehen, gestellt, die mitgeflogen ist auf Cassini
und die dann abgesetzt worden ist, und die die erste Landung der Menschheit
auf einem Planeten oder Mond des äußeren Sonnensystems bewerkstelligt hat.
Das war im Jahre 2005 auf dem Titan, einem Saturnmond.
Diese Mission, von der haben Sie vielleicht einen früheren Vortrag hier schon gehört, Rosettam
eine Mission zu einem Kometen, Tschurjumow-Gerassimenko.
In der Zukunft ist eine große Mission geplant zum Jupiter, JUICE,
die sich die Planeten des Eisplaneten des Jupiters anschaut,
oder zu den Eisgiganten Uranus und Neptun in unserem Sonnensystem.
Das ist noch eine Konzeptstudie.
Wir kommen zu den Astronomie-Missionen und das ist natürlich mein Haus- oder mein Heimatthema,
wenn Sie so möchten, was wir sehen, ist im Wesentlichen das Elektromagnetische Spektrum.
Das heißt, wir haben hier etwas sehr langweiliges, den Mikrowellen Submillimeter Infrarot
für kalte Prozesse im Weltraum zu beobachten sind Standentstehungen typischerweise, Gas,
optischen Missionen, hier im optischen Bereich, da haben wir Gaia angesiedelt, ultraviolett,
und dann sehr energieintensive Phänomene, Röntgen- und Gammastrahlen,
und dann hier drüben ganz was Neues, da kommen wir nachher noch dazu.
Worüber wir aber jetzt erst mal reden werden, ist die Gaia Mission,
und bevor wir das tun, ein Wort zu dem, was macht eigentlich ein Betriebs-, ein Kontrollzentrum aus,
wir haben zunächst einmal, hier haben Sie die Weltkarte, wir haben hier den Hauptkontrollraum
bei uns in der ESOC in Darmstadt, haben von dem aus unsere Satelliten-Missionen kontrolliert werden.
Wir haben natürlich, wenn wir mit diesen Missionen kommunizieren wollen,
den Bedarf, ein großes Bodenstationsnetzwerk zur Verfügung zu haben,
je nachdem was es für eine Mission ist, wir haben hier zum Beispiel, ich nenne sie die Kronjuwelen
in unserem Stationsnetzwerk, die 35-Meter-Antennen, da ist eine in Junosha in Westaustralien angesiedelt,
eine in Cebreris in der Nähe von Madrid in Spanien, wo die dritte und neueste ist,
ist die Malargüe-Station, die befindet sich in Argentinien.
Was ist besonderes dran, an diesen drei Stationen?
Im Wesentlichen, wir haben auf jedem Längengrad eine, das heißt, die Erde dreht sich da draußen,
diese Missionen im tiefen Weltraum, drehen sich natürlich da nicht mit,
und wenn man mit den kommunizieren möchte, braucht man natürlich eine große Anzahl von Antennen
an diesen Längengraden.
Sie müssen natürlich auch vom Kontrollzentrum hier, das sozusagen das Nervenzentrum darstellt
des Satellitenbetriebs, mit unseren Ohren und Augen, wenn man so möchte,
und unser Mund in den Weltraum verbunden sein, das geht über Kommunikationsnetzwerke am Boden,
die da aufgesetzt sind.
Die Kronjuwelen nochmal, die 35-Meter-Antennen sind hier ganz umweltfreundlich
sogar mit Schafsherde in Cebreros in Spanien und diese Antennen sind was ganz besonderes,
35 Meter im Durchmesser, die Antenne hat eine Empfangsempfindlichkeit von 10 hoch -21 Watt,
das heißt, Sie können sehr schwache Signale empfangen,
das entspricht etwa, wenn Sie es ins Optische übersetzen, wenn jemand auf dem Mars vergisst,
seine 10 Watt Glühlampe auszuschalten, wenn Sie das mit einem optischen Teleskop
von der Erde aus beobachten wollen, das entspricht dieser Energie.
Gaia, es wurde vorhin angesprochen, ist eine Astrometriemission.
Das heißt, wir vermessen und kartografieren sehr genau unsere Milchstraße.
Gaia macht das für eine Milliarde Sterne, wie sieht unsere Milchstraße eigentlich aus?
Ich muss dazu sagen, das ist eine Künstler Darstellung, weil so hat die Milchstraße noch niemand gesehen.
Warum, ist offensichtlich, die Milchstraße
hat circa 100.000 Lichtjahre,
diese Höhe sind circa 16.000 Lichtjahre, schätzen wir, die Sonne befindet sich in einem der Spiralarme,
Das heißt also, wir sitzen mittendrin in der Milchstraße und wenn wir sie uns anschauen,
gucken wir sie eben aus dieser Perspektive an.
Andere Milchstraßen kennen wir natürlich und da können wir besser Rückschlüsse ziehen.
Die Milchstraße hat neben der Sonne, die hier circa 25.000 Lichtjahre vom Zentrum entfernt ist,
wo sich auch ein Schwarzes Loch befindet übrigens,
da gibt es kleinere Kugelhaufen, die auch unsere Milchstraße mit begleiten.
Zum Thema Astrometrie, was ist Astrometrie eigentlich?
Die genaue Vermessung des Himmels war immer ein Thema gewesen in der Menschheitsgeschichte,
wissenschaftlich angefangen 127 vor Christus mit Hipparchos,
der damals 850 Sterne vermessen hat in seinem Katalog.
und die hatten eine Genauigkeit, das war hauptsächlich eigentlich mit dem Auge, mit dem bloßen Auge,
beziehungsweise mit einfachen Instrumenten wie Sextanten und mit so einer Kugel hier, einem Quadranten
mit diesen Instrumenten hat er das beobachtet und er hat also eine Genauigkeit erzielt von circa einem Grad,
also ein Grad Winkelmessung das entspricht circa zwei mal den Mond von der Erde aus gesehen im Durchmesser.
Also diese Genauigkeit hat er erreicht.
Es ging dann weiter in der Geschichte natürlich dann in der Neuzeit Tycho Brahe, dänischer Astronom,
der hat weiter gearbeitet, hat die Methoden verfeinert mit weiteren Sextanten und Mauerquadranten,
und hat dann Genauigkeiten erreicht von einer Bogenminute.
Eine Bogenminute - ein 60tel von einem Grad, also schon nicht ganz schlecht,
und er ist da hingekommen, irgendwann kamen die Optischen Teleskope mit dazu,
die sieht man jetzt hier drüben, die sind natürlich weiter verfeinert worden und letztendlich erreichte man dann
im 20. Jahrhundert eine Messgenauigkeit von circa 0,1 Bogensekunden.
Eine Bogensekunde ist 1 durch 3.600 eines Grads.
Das heißt also, wir haben ziemlich viel erreicht, aber das Beste kommt noch:
Wir haben nämlich hier die Parcus-Mission das war die Vorgängermission von Gaia,
auch eine Weltraummission, europäisch, und Sie sehen hier gestartet 1989,
diese Mission hat eine Millibogensekunde erreicht in der Genauigkeit
und circa 100.000 Sterne kartographieren sollen, letztendlich, in der Sternenkarten sind 2 Millionen Sterne gewesen,
und das neueste Mitglied in der Familie der Astrometrie ist Gaya, gestartet 2013
und Sie sehen hier schon an der Anzahl der Sterne, sowie auch hier dieses Haar-Lot, was Sie hier sehen,
soll die Genauigkeit der Messung mitbestimmen und hier ist das also sehr sehr klein,
Das heißt, wir reden hier über Mikrobogensekunden, 10 hoch -6.
Ich wollte dazu sagen, mein Vortrag wird sich sehr viel mit Extremen beschäftigen,
nicht in der Politik, da haben wir genug von, sondern in der Wissenschaft, in der Messgenauigkeit
mit großen, sowie sehr kleinen Zahlen.
Gaja fliegt heute um einen sogenannten Lagrange-Punkt,
Joseph Louis Lagrange, ein italienisch-französischer Wissenschaftler, Mathematiker,
der diese Punkte mathematisch ermittelt hat, warum sind die interessant für uns?
Sie sehen hier die Sonne, das ist die Erde, der Mond, hier haben wir diesen Lagrange-Punkt,
der ist circa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt,
man kann sich natürlich nicht direkt darin befinden, weil da wären Sie im Erdschatten,
sondern müssen drumherum fliegen, aber dieser Punkt hat mehrere Eigenschaften,
die für uns sehr sehr nützlich sind.
Die erste ist, er befindet sich an der Grenze zwischen dem gravitativen Einfluss der Erde
und dem Start des gravitativen Einflusses der Sonne, das heißt alles was näher dran ist als Lagrange,
2 oder 1, befindet sich in der Umlaufbahn um die Erde,
hier sind Sie gerade an dem Punkt, wo Sie, wenn Sie ein bisschen weiter rausgehen,
sich in eine Umlaufbahn um die Sonne
befinden.
Was ist das besondere an dem Punkt?
Der Punkt rotiert mit der gleichen Geschwindigkeit um die Sonne wie die Erde,
das heißt für uns als Weltraumwissenschaftler und
Weltraumingenieure ist das ein toller Punkt,
weil wir haben immer die gleiche Distanz zur Erde.
Das heißt also Telekom, von der Übertragung der Daten her gesehen, konstante Distanz ist gut,
das heißt, wir erreichen die gleichen Bitraten, um die Daten zurückzuschicken von dieser Sonde.
Das zweite ist natürlich, Sie brauchen die relativ wenig Energie, um sich um diesen Punkt zu halten.
Ist auch gut, wenig Treibstoff, großer Vorteil, weil den Treibstoff müssen Sie erstmal dort hochbringen.
Der dritte Vorteil, Sie haben es vielleicht schon erraten, ist, alles was hell ist, haben Sie in Ihrem Rücken.
Die Sonne, die Erde, der Mond, alles im Rücken.
Das Teleskop kann sehr schön den freien Weltraum und unser Sonnensystem mit beobachten.
Das ist ein Rückblick, 5 Jahre, vor 5 Jahren, also ein bisschen früher, 19. Dezember 2013,
das ist eine Sojus Rakete die von Französisch-Guyana aufsteigt,
hier der Fehring, die Verkleidung, die den Satelliten schützt, wenn er noch in der Atmosphäre ist,
der wird abgetrennt, unnützes Gewicht in der Raumfahrt wird immer abgeworfen.
Sie sehen den Satelliten, die Oberstufe, der wird ausgesetzt, und hier ist unser Teleskop,
das war noch nicht sehen können, weil dieser Sonnenschild,
der den Satelliten und die Teleskopöffnungen, hier sind diese zwei Teleskopöffnungen zu sehen,
vor der Sonne schützen soll, der kann natürlich erst im Weltraum ausgefahren werden,
das sind Folien im Wesentlichen und der Durchmesser von 11 Metern wäre viel zu groß,
um den auf der Rakete nach oben zu transportieren und es würde auch zerbrechen dabei.
Das heißt, es wird erst im Weltraum ausgefahren, ist natürlich eine hoch kritische Sache für uns im Betrieb,
weil, Mechanismus ausfahren im Weltraum, es gibt keinen ADAC, den man anrufen könnte,
das heißt, wir sind auf uns allein gestellt.
Was Sie jetzt hier sehen, ist unsere Satellit, die Erde, in seiner Umlaufbahn um diesen Lagrange-Punkt,
man kann auch ganz schön noch hier den Erdschatten sehen.
GAIA vermisst die Milchstraße, dazu haben wir diese zwei Teleskopöffnungen,
die den Himmel überstreichen, der Satellit dreht sich um die eigene Achse, einmal alle sechs Stunden,
zusätzlich dreht sich die Rotationsachse um einen Kegel alle 64 Tage,
und natürlich folgt der Satellit mit dem Lagrange-Punkt dem Umlauf der Erde um die Sonne.
Das heißt also, wir haben verschiedene Bewegungen,
die zusammen eben dieses Abtasten des ganzen Himmels ermöglichen.
Das ist jetzt ein Ingenieursbild, Sie haben es vorher gesagt, Professor Neubert,
wir versuchen hier, die Effekte, die Ingenieure und die Wissenschaft zusammenzubringen,
das ein Bild, wie es sich uns damals dargestellt hat im Kontrollzentrum auf unseren Bildschirmen,
das war die kritische Phase, Sie sehen gerade dieser Sonnenschildes ist gerade nach dem ausfahren,
auf diesen Mimic-Diagramm, so wie wir das nennen,
ist nicht so ganz weit ausgefahren gewesen, sehr kritische Phase,
da ist man ein bisschen angespannt zu dem Zeitpunkt, aber da gingen die Finger nach oben,
90 Grad erreicht, der Sonnenschutzschild war ausgefahren.
Sie sehen hier, das bin ich als Flugdirektor mit meinem Boss, Paolo Ferri, dahinter,
ziemlich angespannt, da waren wir noch nicht fertig mit dem Ausfahren,
hier kommen die ersten Hände hoch, und dann war auch Zeit für das Bild mit den Fingern nach oben, Thumbs up.
Übrigens mit Thomas Reiter, einem deutschen Austronauten, der damals unser Direktor gewesen ist.
Und was macht GAIA? Jetzt hoffe ich, dass das funktioniert.
GAIA erstellt eine hochpräzise Karte unserer Milchstraße, das heißt also die Position der Sterne,
die Geschwindigkeiten der Sterne, die Abstände dieser Sterne von uns,
aber auch prinzipielle Charakteristika dieser Sterne, das heißt, die Farben, Temperaturen, et cetera.
Wir machen also Astrometrie von einer Milliarde Sterne.
Was man hier übrigens sieht, sind die Spiegel hier,
das kann man jetzt hier nicht so ganz gut sehen, hier die Spiegel,
das ist der zweite Spiegel, die hängen an einem an einer Struktur aus Silikon-KB,
die sehr sehr steif sein muss, also Keramik
und Sie sehen jetzt hier, das ist das Zelt, dass das Teleskop schützt vor Streulicht,
genau wie dieser Sonnenschutzschild und dann betastet er jetzt die Milchstraße,
bei diesen Bewegungen, die ich grade vorher erklärt habe.
Man muss dazu sagen, diese GAIA-Mission,
Sie kommen da keine schönen Bilder.
Da wird jeder Stern einzeln vermessen, das ist, um die Datenmenge nicht so groß zu gestalten,
und wird nach unten geschickt, das heißt also, Sie haben für diese eine Milliarde Objekte
machen Sie neben dieser Astrometrie und Photometrie, die Spektroskopie auch für eine kleinere Anzahl,
150 Millionen Sterne, und Sie bekommen im Allgemeinen keine Bilder außer die Sternenkarte am Schluss.
Das besondere an der Mission ist auch, dass jeder Stern über 5 Jahre circa 70 Mal beobachtet wird,
warum machen wir das?
Das ist, um die Fehler zu reduzieren.
Das heißt also, nachdem diese einzelnen Sterne mehrmals vermessen worden sind,
wird am Boden eine numerische Datenverarbeitung gestartet,
die sicherstellt, dass wir nachher die Sternenpositionen mit diesen sehr hohen Genauigkeit haben.
Die Genauigkeit übrigens, ich hab es vorher erwähnt, diese Bogensekunden, Mikrobogensekunden,
entsprechen circa der Größe einer Münze auf dem Mond, von der Erde gesehen.
Die erste Katalogveröffentlichung von GAIA war im September 2016,
der zweite, und das war der erste vollständige Katalog, im April 2018
an der Internationalen Luft- und Raumfahrtausstellung in Berlin, wurde er dort vorgestellt
und die Wissenschaftler waren hoch begeistert.
Wie funktioniert die Entfernungsmessung im Weltraum?
DIe Position da oben kann man sich ja noch vorstellen, wie das geht,
aber wie messen wir die Entfernungen?
Es geht mit einer Methode, die nennt sich Parallaxe, das heißt, Sie haben hier wiederum die Sonne, die Erde,
sie kreist herum, man nutzt diesen natürlichen Abstand der Sonne zur Erde auf ihrer Umlaufbahn,
um Messungen des gleichen Sternes vor dem Hintergrund zu machen
und zu sehen, wenn der Hintergrund sehr weit entfernt ist, wie er sich verschiebt.
Wir können das ja eben mal probieren, ich weiß nicht, die, die sehr weit von mir weg sitzen,
wenn Sie sich mal das eine Auge zuhalten und beobachten mich vor dem Hintergrund
dann halten sich das andere Auge zu,
jetzt müssten sich theoretisch gesehen eine sehr kleine Verschiebung feststellen können,
hier werden wir natürlich über Entfernungen, die sich in Lichtjahren, Millionen von Lichtjahren abspielen,
das heißt, da sind die Entfernungen wesentlich größer
und damit kann man mit dieser Methode dann den Stern beobachten
und seine Position beziehungsweise seine Entfernung über diesen Winkel bestimmen.
Wie funktioniert die ganze Methode jetzt von Gaia?
Sie haben ja gesehen vorher, das dreht sich um die eigene Achse,
wir haben diese zwei Teleskoprichtungen, das heißt, wir beobachten hier jeweils gleichzeitig einen Teil des Himmels,
der dann nachher auf dieser Lokalebene, auf der CCD, mit der diese Bilder abgelichtet werden, zusammenkommt.
Das heißt also, zwei Blickrichtungen werden nachher auf der CCD kombiniert,
das ist ein Bild der CCD, die übrigens zufälligerweise auch eine Milliarde Pixel hat,
das heißt also, wir haben hier 106 CCDs insgesamt circa, ein bisschen weniger als eine Milliarde Pixel,
und wenn jetzt diese Sterne wegen der Rotation vorbeifliegen, dann fliegen sie so über die CCDs,
werden einzeln abgelichtet beziehungsweise verfolgt.
Hier hinten sieht man dann in blau und rot Messungen, Lichtmessung
und die Rotverschiebungen werden hier hinten bestimmt.
Das ist ein Bild des Katalogs von Gaia von unserer Milchstraße,
wie Sie das vorher erklärt haben, wir sind also in der Milchstraße,
das heißt, wir sehen das Bild in dieser Helafix-Projektion des Himmels
von unserer Postition, von unserem Sonnensystem aus gesehen, wo sich Gaia befindet.
Und man sieht ja sehr schön, also das Zentrum der Milchstraße,
man sieht die große und kleine Magellansche Wolke, das sind Begleitergalaxien unserer Milchstraße,
man sieht hier drüben Andromeda, zweieinhalb Millionen Lichtjahre von unserer Milchstraße entfernt,
da kommen wir nachher noch zu.
Was wir aber auch sehen auf dem Bild, ist natürlich, hier gibt es schwarze Flecken - warum?
Warum sollte es schwarze Flecken geben?
Naja, das ist auch damit zusammenhängend, wie wir unsere Milchstraße beobachten,
das heißt, wir haben Gas, Nebel zwischen uns und dem Zentrum der Milchstraße.
Das heißt, wir können die Sterne, die dort dahinter sind, nicht sehen von unserer Perspektive aus.
Das war die zweite Katalogveröffentlichung, bildlich dargestellt,
das heißt, man hat hier also circa 1,7 Milliarden Objekte,
jetzt lassen Sie uns noch überlegen, 1,7 Milliarden Objekte, wie viel ist das?
Ich zähle mal ganz langsam: 1, 2, 3, 4, 5, ich kann jetzt weiter machen,
aber ich glaube da würden wir die Vorstellung länger überschreiten,
weil, wenn ich auf diese Art und Weise die eine Milliarde voll machen wollte, müsste ich 30 Jahre zählen.
Wir haben ja bei Gaia 1,3 Milliarden Objekte, also Sterne mit Paralaxe und Eigenbewegung,
die ich vorhin erwähnt habe, was sehr wichtig ist, gerade diese Eigenbewegung,
um festzustellen, wie bewegen sich diese Sterne.
Das heißt, wo sind sie früher gewesen, beziehungsweise wo werden sie in Zukunft sein.
Und damit kann man Milchstraßen-Archäologie betreiben mit diesen Messungen.
Erwähnenswert, vielleicht nicht, weil es besonders groß ist,
immerhin ist die Anzahl der Sterne 7,2 Millionen, für die Radialgeschwindigkeit bestimmt worden ist,
das heißt, die Geschwindigkeit in die Richtung, in der wir das jetzt schon beobachten,
ist natürlich die am schwierigsten zu bestimmen und da haben wir aber immerhin 7,2 Millionen beobachtet,
das ist die weltweit größte Beobachtung bisher.
So, was hier noch zu beobachten ist,
hier hinten sehen Sie noch mal den Staub sehr schön, das hier richtig ausgearbeitet.
Redefining the foundations of astronomy, was bedeutet das?
Wir hatten also, als dieser zweite Datenkatalog veröffentlicht worden ist,
in den ersten 48 Stunden mehr als 17.000 Nutzer pro Stunde.
Wir haben das hier drübern mal grafisch dargestellt, wie die der Zugriff auf den Katalog war
um den Globus herum.
Wir hatten erste wissenschaftliche Veröffentlichungen innerhalb weniger Stunden,
nachdem dieser Katalog rauskam und was da passiert ist, die Leute hatten ihre Papiere schon geschrieben
und haben nur gewartet, dass sie die Daten bekommen, um dann die entsprechenden Zahlen einzusetzen.
Ein weiteres Beispiel dafür, wie man Gaia-Daten nutzen kann, möchte ich hier jetzt kurz zeigen,
dies ist eine Computersimulation von unserer Milchstraße in ihrer Entstehungsgeschichte,
wir wissen, dass in der Entstehungsgeschichte unserer Milchstraße,
sie sich mehrere andere kleinere Galaxien einverlebt hat.
Dieses Beispiel zeigt jetzt etwas, das vor
circa 10 Milliarden Jahren passiert ist,
das heißt, das ist eine Computersimulation, die man beobachtet,
und was Sie hier sehen, ist unsere Milchstraße im blau und eine kleinere Galaxie, Enceladus,
Gaia Enceladus genannt, die hier mit unserer Milchstraße über mehrere Millionen Jahre
interagiert hat und letztendlich sind die beiden miteinander verschmolzen.
Was ist jetzt daran besonders?
Heute sozusagen können Sie das nicht mehr sehen, eigentlich, wo kam welcher Stern her.
Bis Gaia kam, denn mit Gaia sind Sie in der Lage, die Eigengeschwindigkeiten dieser Sterne zu beobachten,
was Sie sehen ist, die blauen, die rotierende eine Richtung und die von Enceladus in die andere.
Das heißt, Sie können das in den Gaia Daten sehr deutlich sehen.
Ein weiteres Beispiel, ich habe gesagt, wir kommen nachher noch auf die Andromeda-Galaxie zurück,
wir haben hier die drei größten Galaxien in unserer lokalen Galaxiengruppe,
wir haben unsere Milchstraße, wir haben Triangulum (M33), wir haben Andromeda (M31),
circa zweieinhalb Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt.
Die Andromeda ist etwas größer als unsere eigene Galaxie
und was wir mit den Gaia-Daten und diesen Geschwindigkeitsmessungen sagen konnten,
man hatte immer erwartet gehabt, dass dieses Triangulum,
also bevor man Gaia hatte, dass die Milchstraße und Aandromeda sich aufeinander zu bewegen
und dass die irgendwann einmal miteinander verschmelzen werden.
Man dachte aber, dass Triangulum (M33) vorher mit Andromeda verschmelzen wird,
es sieht jetzt so aus, durch diese Beobachtungen,
dass Triangulum um die Andromeda herumsegelt,
Andromeda sich in Richtung unserer Milchstraße, unsere Milchstraße in Richtung Andromeda bewegt.
Das ist in circa 4,5 Milliarden Jahren und dann, circa zu diesem Zeitpunkt,
werden sich die beiden Milchstraßen also die unsere und Andromeda
in circa 400.000 Lichtjahren voneinander entfernt umeinander bewegen
und werden sich dann einfangen, werden miteinander verschmelzen.
Das wird passieren, aber machen Sie sich keine Sorgen, das erlebt keiner von uns mehr mit.
Wir haben die Astronomie, das heißt, die Beobachtung im elektromagnetischen Spektrum hinter uns gebracht,
Wir bewegen uns jetzt in Richtung der Gravitationswellen, ein neues Thema,
ich habe verstanden, in der Vergangenheit sind hier schon Vorträge dazu gewesen,
das heißt, vielleicht ist ein oder andere im Publikum mit dem Thema sogar besser vertraut als ich.
Was wir im Weltraum auf jeden Fall tun, um dieses neue Gebiet der Forschung mit zu beackern, ist,
wir haben die LISA Pathfinder-Mission von 2015 bis 2017 gestartet,
wir haben in Zukunft geplant, ein weltraumbasierendes Gravitationswellen-Observatorium zu bauen,
die sogenannte LISA-Mission, deren Start circa 2034 geplant ist.
Das heißt, hier unten sehen Sie natürlich die Missionen, die zu Ende gebracht worden sind,
hier sind die Missionen, die noch in Betrieb sind
und hier oben sind geplante Missionen in der Zukunft und Konzeptstudien.
Wenn wir uns über das Thema Gravitationswellen austauschen,
dann kann man natürlich zwei bekannte Physiker nicht außenvorlassen,
der eine ist Isaac Newton, richtig,
der hat ein Prinzip alles, was mit Mechanik und mit Gravitation zu tun hat,
glaube zumindest, wird ihm zugeschrieben, als erster gefunden hat,
und der zweite ist Albert Einstein, der 1915 seine Allgemeine Relativitätstheorie veröffentlicht hat.
Der Unterschied zwischen den Zweien, was die Gravitation betrifft ist,
dass Newton sagte, die Gravitation ist eine Naturkraft, die sofort und überall wirkt,
das heißt, hat keinen Zeitversatz zwischen einem Gravitationseffekt und der Wirkung.
Während Einstein sagte, so ist das nicht,
vereinfacht ausgedrückt, die Physiker unter Ihnen mögen mir verzeihen,
so ist das nicht, das bewegt sich nicht schneller als Lichtgeschwindigkeit im Vakuum
und damit auch nicht Schwerkraft
und damit ist es so, wenn es irgendwann
ein Gravitationsereignis gibt,
das heißt, was weiß ich, verschmelzende schwarze Löcher zum Beispiel,
dann breitet sich das mit  Lichtgeschwindigkeit aus und es gibt eine Welle.
Das sehen wir hier oben: Das symbolisiert zum Beispiel eine Gravitationswelle.
Wenn wir jetzt alle mal unsere Hände nach oben nehmen und uns zuwinken,
dann kreieren wir eine Gravitationswelle.
Sie müssen sich keine Sorgen machen, die Welle ist so klein, das interessiert niemanden,
kann auch keiner messen, aber im Wesentlichen, eine Gravitationswelle entsteht,
wenn sich Massen beschleunigen, Massen bewegen.
Und das sehen wir hier oben, da sind zwei
Objekte zusammengekommen.
Und dann gibt es diese Wellen, die hier auftreten.
Wir wissen seit Planck, also das ist eine Darstellung, wie die Energie in unserem Universum verteilt ist,
das heißt, wir haben circa 4,8 Prozent, wenn ich das richtig im Kopf habe, 4,2 Prozent
barionische, also normale Materie - Protonen, Elektronen, Neutronen,
von diesen sehen wir 0,4 Prozent, die leuchten.
Der Rest ist also nicht beleuchtet auf unserer Erde.
Und wir haben einen großen Anteil, was die Astronomen nicht sehen können,
bezeichnen sie als dunkel, also als Dunkle Materie und Dunkle Energie.
Das besondere daran ist natürlich, das geht alles zurück bis zum Urknall
und eine Gravitationswelle, so wie sie hier ist, interagiert nicht mit dem elektromagnetischen Spektrum.
Heißt aber auch, sie wandert ungesehen durch den Weltraum und kann bis zum Big Bang zurückgehen.
Wir haben jetzt hier eine Animation, wie so eine Welle aussieht,
das ist keine normale Welle wie eine Schallwelle, keine magnitudinal Welle,
sondern diese Wellen sind wie ein Quadrupol, das heißt, die Welle bewegt sich wie eine Raupe vor sich hin,
und was Sie sehen können, ist, dass gewisse Distanzen hier gestaucht, andere ausgedehnt werden.
Das heißt, wenn jetzt eine Welle bei mir vorbeikommt, dann werde icherstmal ein bisschen größer,
ein bisschen dünner, das ist gut, dann kommt die nächste Hälfte, dann werde ich etwas kleiner und breiter,
das ist schlecht, aber genau diesen Effekt nutzen wir aus,
um so eine Gravitationswelle messen zu können.
Jetzt ist es leider so, der Raum ist sehr sehr steif, das heißt diese Gravitationswellen,
wie wir sie jetzt gerade vorher gemacht haben mit unserer Handbewegung,
die sind sehr sehr klein, das heißt, sie sind kaum zu messen.
Wir kommen wieder in den Bereich der kleinen Zahlen.
Wir schauen uns das jetzt mal an, das ist ein Dschungel, da sind Bäume,
wir sehen einen Wasserfall, wir sehen Wolken im Hintergrund
und auf einmal erwacht der Dschungel zum leben, weil wir den Schall mit dazugenommen haben.
Wir hören den Wasserfall, wir hören das Regensystem, wir hören die Tiere
und der Dschungel lebt.
Das ist eigentlich die Analogie, wenn man so möchte, zu dem was wir in der Astronomie bis jetzt gemacht haben.
Das heißt, wir haben alles mit elektromagnetischen Wellen beobachtet, das heißt mit Licht, hier am Beispiel,
und die Gravitationswellen, der Schall kommen jetzt mit dazu, der neue Wahrnehmungssinn der Astronomen.
Der neue Sinn der Astronomen, die Gravitationswellen, die am 14.9 2015
in diesen Bodenstadt(?)-Detektoren in Livingston und Hanford, USA, zum ersten Mal gemessen worden sind,
ist das erste Mal, dass eine Gravitationswelle gemessen wurde, also direkt gemessen wurde.
Albert Einstein hat damals übrigens gesagt, als er es gefunden hat,
das wird man im Leben nicht messen können, weil diese Effekte, die da auftreten, sind viel, viel zu klein.
Das heißt also, schauen Sie sich das mal an, hier kommt die Welle,
das ist die Originalfrequenz, da ist das ganze ein bisschen nach oben transponiert,
damit es besser hören kann und da läuft die Welle durch.
Was ist passiert, also das Signal ist ziemlich deutlich zu sehen in diesem Bodendetektoren,
die circa vier Kilometer Armlänge haben,
Was ist passiert?
Was ist also der maximale Ausschlag, also diese Staupunkte des Raus, die wir gemessen haben?
1 mal 10 hoch -17 Meter, das heißt, das ist so in der Größenordnung Elektronen,
wenn ich mich richtig entsinne, ein Elektronendurchmesser.
Was haben wir beobachtet?
Wir haben beobachtet zwei Schwarze Löcher, das eine mit 36 das mit 29 Sonnenmassen,
die miteinander verschmolzen sind.
Und als die miteinander verschmolzen sind, gab es natürlich eine Gravitationswelle,
die sich ausgebreitet hat, die alle getroffen hat.
Hier kann man sehen, das ist natürlich sehr übertrieben im Maßstab 10 hoch -18,
aber so, dass man sich ein bisschen Gedanken gemacht machen kann,
so sieht das ungefähr aus, am Schluss ging die Welle hochfrequent durch
und das hat man eben am Boden gemessen.
Na gut, da haben wir Gravitationswellen gemessen, ist das wichtig?
Also als Physiker wissen Sie, Physical Review Letters ist eine wichtige Publikation
und die Entdeckung der Gravitationswellen hat es auf die Titelseite geschafft,
das heißt also schon mal in dem Monat wo das publiziert worden ist, war das ein wichtiges Thema.
Naja gut, Physiker sind eine begrenzte Anzahl von Menschen auf dieser Welt, leider.
Was gibt es sonst noch, was wichtig wäre?
Sie schaffen es auf die Titelseite der New York Times, das ist prima,
das war aber nicht nur die New York Times, das waren insgesamt 670 Zeitungen rund um den Globus,
die sich das auf die Titelseite als Titelthema ausgesucht hatten.
Es war übrigens Einstein, der sagte, das werden wir nie finden.
Naja, wer liest noch Zeitungen, Social Media - Barack Obama: "Einstein was right" - Einstein hatte recht -
"Congratulations to NSF and LIGO on detecting gravitational waves - a huge breakthrough in how we understand the universe."
Ein anderer Präsident hätte vielleicht was anderes getweetet, dieser hier das.
Es könnte jemand sagen "Fake news".
Aber ich glaube der Nobelpreis in der Physik ist doch durchaus eine anerkennenswerte Art und Weise,
wie man sagen kann, es war eine sehr wichtige Entdeckung.
Professor Karsten Danzmann, der verantwortlich ist für die Entwicklung des LISA Instruments,
sagte, das sei die größte Entdeckung seit der Entdeckung des Scheibenbrots, was ihn angeht,
nichtsdestotrotz, was könnte noch wichtiger sein?
Und es ist natürlich so, wenn wir bei Physik im Theater sind, habe ich verstanden, das hat Tradition,
Sheldon Cooper, Big Bang Theory, wenn Sie bei dem auf dem T-Shirt vorne sind, dann haben Sie es geschafft.
So, wir versuchen mal die ganze Sache auch etwas physikalisch anzugehen
und sie in Perspektive zu setzen.
Wir haben hier wieder so ein Äquivalent zum elektromagnetischen Spektrum,
wenn man so möchte, haben wir sehr langweilig, sehr kurzweilig,
das ist, was diese Detektoren am Boden gesehen haben,
die können übrigens nur Phänomene bis circa ein Hertz beobachten,
danach ist leider aufgrund der Tatsache, dass wir auf der Erde sind,
wo viele Störungen auftreten, Ozeane, die sich bewegen, LKWs, Menschen, alles, was sich bewegt,
was bewegte Masse ist, stört natürlich diese Detektoren und deswegen sind wir da gebunden in diesem Bereich.
Man hat dann in der Zukunft hoffentlich dieses weltraumbasierende Messsystem LISA,
wurde vorhin am Anfang schon erwähnt, es gibt andere Methoden, um Pulsare im Weltraum zu nutzen,
um da eine Zeitreferenzmessung zu machen, eine andere Möglichkeit,
oder man kann zurückgehen und sich das elektromagnetische Licht vom Big Bang,
der Cosmic Microwave Background, sich den anzuschauen
und damit kann man über die Polarisation auch Aufschlüsse ziehen.
Wir beschäftigen uns jetzt aber erstmal mit dieser schönen Mission oder Teleskop.
Das ist die LISA Mission.
Sie haben hier die Erde in ihrer Umlaufbahn um die Sonne, es ist nicht maßstabsgetreu,
die drei Satelliten bilden ein gleichseitiges Dreieck circa,
das faktisch der Erde in ihrer Umlaufbahn folgt, wir haben wieder den Vorteil wie vorher,
der Abstand zur Erde ist relativ ähnlich,
das heißt wir haben, was die Datenkommunikation angeht, einen großen Vorteil.
Hier sehen wir jetzt LISA.
das heißt, vorher diese Bodendetektoren hatten einen Arm von circa 4 Kilometern,
wir reden jetzt hier über einen Arm von 2,5 Millionen Kilometern,
das heißt, wir schicken hier ein Lichtsignal los von einem Laser mit circa 2 Watt,
bis das da drüben ankommt, sind das Picowatt, das müssen wir auffangen,
und damit müssen wir dann Laserinterferometrie machen.
Wir haben drei von diesen Satelliten, das heißt, wenn wir unsere Gravitationswelle,
unseren Quadrupol haben, der da durchläuft, wird es dann Verschiebungen in den Armen
zwischen diesen Satelliten geben. Wie groß ist das?
Es ist extrem klein, das heißt, wenn eine Gravitationswelle hier durchläuft,
haben wir eine Distanzverschiebung von circa einem Zehntel eines Atomdurchmessers
und das über zweieinhalb Millionen Kilometer.
Das heißt also, wenn wir uns das anders vorstellen würden,
wenn wir zu unserem nächsten Sonnensystem bewegen würden, Proxima Centauri, circa 4,24 Lichtjahre,
das entspricht der Distanz von circa einem Millimeter oder 160 Mikrometern, der Dicke eines Blatt Papiers.
Also messtechnisch extrem schwierig.
Deswegen hat Einstein auch gesagt, das werden wir nie messen können.
Wie macht man das Ganze? Mit Laserinterferometrie.
Das heißt, Sie haben einen Laser, das Laserlicht wird aufgeteilt zwischen diesen zwei Spiegeln,
wenn sich einer von den Spiegeln bewegt, das Licht kommt hier wieder zurück
und wird hier gebildet, gefangen, es gibt ein Interferenzsignal,
das werden wir hier drüben hoffentlich gleich sehen können.
Das heißt, das Licht kommt zurück und hier drüben findet man das Interferenzsignal,
das heißt, wenn diese Spiegel sich bewegen, dann erhält man hiervon eine Interferenz
und mit dieser Interferenz kann man dann messen, wie die Distanzverschiebung dieser Spiegel gewesen ist.
Das ist eigentlich nichts Neues, in der Physik lange bekannt, das Michelson-Interferometer,
allerdings, was den Durchbruch ermöglicht hat, war die Entdeckung oder die Entwicklung von sogenannten YAG-Lasern,
die uns als besonders stabile Referenz zugute kommen.
Hier sieht man jetzt die Interferenz, wenn sich der Spiegel bewegt, gibt es die Interferenz,
und da ändert sich die Interferenz
hiernach mit dem abstand
und damit kann man Distanzverschiebung messen.
Gut, easy, also, wir haben den Abstand gemessen,
das war relativ leicht sagen wir mal, hat nur 100 Jahre der Entwicklung gebraucht, Laserinterferometrie.
Der schwierige Teil ist jetzt, was messen wir eigentlich?
Wenn wir jetzt sagen, wir haben unseren in diesem LISA-Satelliten, da gibt es übrigens,
und das ist bei den Bodendetektoren hier ähnlich, sind die Spiegel,
bei unserem Satelliten sind die Spiegel solche kleinen Kuben, quadratisch,
circa 4 Zentimeter im Durchmesser, ich habe hier einen mitgebracht,
der ist in echt allerdings aus Gold-Platinum-Legierung, nicht aus Plexiglas,
konnte ich mir nicht leisten,
das heißt also hier haben wir diesen Kubus, der hat circa 4 Kilogramm,
wenn ich mich richtig entsinne,
und der muss von jeglicher externer Störkraft isoliert sein.
Wir wollen ja nicht die externen Störkräfte messen,
sondern wir wollen ja die Gravitationswelle messen, die da durchläuft.
Das heißt, der schwierige Teil ist eigentlich zu sagen, wir wollen alle diese Störkräfte,
die uns hier die Messung versauen können, wollen wir isolieren.
Das heißt, wir haben jetzt das Beispiel von LISA Pathfinder, wir haben hier den Kubus,
der ist in einem Vakuum untergebracht, in einem Vakuumgehäuse mit Vakuum,
haben den Laser der Interferometrie und den anderen Kubus
und wir können dann die Distanz von einem zum anderen messen.
Warum hat man nicht gleich LISA gemacht?
Der Grund ist ganz einfach, Sie haben es gesehen, also hier relativ leicht
und jetzt als komplikation noch diese Technologie,
sicherzustellen, dass diese ganzen Kräfte isoliert werden können
und dass sie uns nicht die Messungen zerstören, das war die Herausforderung.
Und genau aus diesem Grund hat die ESA die LISA Pathfinder Mission geflogen.
Da sehen Sie jetzt hier noch mal, wir haben die Erde 1,5 Millionen Kilometer,
diese Mission ging übrigens zu Lagrange 1, das kein Weltraumteleskop ist,
das heißt, auf der Sonne zugewandten Seite,
das sind unsere zwei Kuben, die hier im Freiflug sind, 38 Zentimeter voneinander entfernt,
der Laser der Interferometrie,
und hier sind diese zwei Testmassen im Freiflug
und der Satellit kompensiert alle Störkräfte, die auftreten.
Man sieht jetzt den Satelliten, der zusammengebaut wird hier,
Hier haben wir den Solarflügel und eine der Störkräfte zum Beispiel ist der Sonnendruck.
Der Sonnendruck ist im Wesentlichen: Die Photonen, die von der Sonne kommen,
erzeugen Druck auf den Satelliten und diese Kraft ist so groß,
ich habe es hier oben gezeigt, wie ein Moskito am Boden.
Das heißt, so klein, aber so groß ist die Kraft, das Gewicht dieses Moskitos entspricht der Kraft,
die durch den Sonnendruck auf den Satelliten wirkt.
Der Start von LISA Pathfinder am 3.12.2015, 04:04 Uhr, das heißt, wenn Sie in dem Betrieb tätig sind,
müssen Sie früh aufstehen,
das ist die Vega-Rakete, die hier gestartet wird.
Was besonders an dieser Rakete ist, dass sie sehr sehr schnell abhebt, wie Sie gesehen haben.
Der Grund ist, das ist ein Feststoffbooster, die haben am Anfang eine sehr hohe Beschleunigung.
Und da ist der Satellit im Weltraum, so weit so gut, hier übernimmt die ESOC.
Und wir sind verantwortlich für den Satellitenbetrieb.
Das heißt, wir haben hier unseren Satelliten LISA Pathfinder,
hier oben ist das Wissenschaftsmodul, haben wir vorher gesehen, hier unten ist ein Antriebsmodul,
das wir benötigen, weil aufgrund der Tatsache, dass wir eine kleine Rakete hatten,
die Vega-Rakete, haben wir es nicht ganz nach Lagrange 1 geschafft,
sondern sind zuerst einmal in eine niedere Erdumlaufbahn geschossen worden.
Von dort aus haben uns dann mit Hilfe dieses Triebwerks, das hier unten mit dran ist,
langsam hochgearbeitet.
Durch den Strahlungsgürtel der Erde, den Van Allen Belt,
der ziemlich unangenehme Effekte hat teilweise auf die Elektronik an Bord und die Sternsensoren
und das hat ganze zehn Tage dauert circa,
aber danach hatten wir erfolgreich die Mission auf den Weg nach Lagrange 1 gebracht,
als wir angekommen sind, haben wir dieses Antriebsmodul abgetrennt
und die Mission um Lagrange 1, die wissenschaftliche Mission konnte beginnen.
Dieses Orbit um Lagrange 1 übrigens hat 400.000 Kilometer, ein Umlauf circa sechs Monate.
Was haben wir gemessen?
Naja, also der Sinn der Mission, Sie haben es ja vorher gesehen,
wenn ich eine Gravitationswelle messen möchte, brauche ich 2,5 Millionen Kilometer Arm.
Die Armlänge hier ist 38 Zentimeter.
Also überspitzt ausgesagt, Sinn und Zweck der Mission war sicherzustellen, dass wir nichts messen,
beziehungsweise, dass wir ein Störrauschen messen,
das kompatibel ist mit den Anforderungen einer LISA-Mission.
Für uns war das eine große Herausforderung, auch weil die meisten Missionen,
so wie Gaia zum Beispiel, das sind Beobachtungsmissionen,
da planen Sie sehr lange im Voraus, LISA Pathfinder ist wie ein Physiklaboratorium im Orbit gewesen,
in der Umlaufbahn.
Das heißt haben von einem Tag auf den anderen diese Experimente umplanen müssen,
um eben sicherzustellen, dass sie die wissenschaftlichen Anforderungen erreichen.
Das sind die Messungen.
Die erste Messung im April 2016, das war kurz nachdem wir die Testmassen,
die während des Starts fest verankert waren, freigelassen haben, die kontrolliert haben,
es war die erste Messung, Sie sehen hier,
was wir hier sehen über Zeit übrigens, die Frequenz, das ist also der Messbereich für LISA,
alles unterhalb ein Hertz, bis ein zehntel Millihertz und drunter,
und was Sie in dieser Kurve hier sehen, das sind die Beschleunigung über ein Frequenzspektrum,
das heißt also im Wesentlichen das Rauschen, das unter einem bestimmten Wert bleiben muss,
das war die Anforderung von LISA Pathfinder, das ist auch die Anforderung auf LISA,
im April 2016 hat man das noch nicht ganz erreicht.
Die nächste Messung dann im Februar 2017,
wunderbar, hier sind wir eindeutig besser als die Anforderungen sogar von LISA.
Und das war natürlich ein tolles Resultat für die Mission, weil das heißt, LISA ist durchführbar.
Warum dieser Unterschied?
Normalerweise ist ja so, wenn irgendwas älter wird, werden die Messungen schlechter - warum?
Naja, das sind die zwei Testmassen, die sind im Vakuumbehälter untergebracht,
dieser Behälter hat aber kein perfektes Vakuum.
Das heißt, Sie haben da noch ein paar Moleküle drin,
man hat zwar irgendwo eine Öffnung gehabt an dem Mechanismus,
damit er sich noch weiter entlüftet im Weltraum,
auf der Erde ist da ein Vakuum erzeugt worden, das nicht perfekt war,
und man hat die Moleküle gesehen.
Das heißt, diese Moleküle treffen auf die Testmasse und beeinflussen die,
das Rauschen, das können Sie sehen, einzelne Moleküle.
Gut, ist natürlich auch eine wichtige Lektion, die man über die LISA-Mission gelernt hat.
Lassen Sie uns weiter schauen und wir sind fast mit der Stunde beim Ende.
Astronomie Schwarzer Löcher, wie wird das aussehen in den 2030er-Jahren?
Wir haben jetzt gesehen, wir können mit diesen Detektoren Gravitationswellen messen,
der neue Sinn der Astronomen,
wir können beobachten, wie Schwarze Löcher miteinander verschmelzen,
was können wir sehen?
Was Sie hier sehen, ist im Wesentlichen die Masse, der logarithmische Auftrag der Masse über der Sonnenmasse,
und hier ist die Rotverschiebung, das heißt, das ist eine Distanzmessung,
ist circa 13,8 Milliarden Jahre zurück, damals ist der Big Bang passiert
und z gibt diese Rotverschiebung an.
Was wir hier haben, sind verschiedene Sensoren, ein Mal am Boden, LIGO und VIRGO,
mit der sie heute schon die erste Gravitationswelle gemessen haben
und was man sehr gut sehen kann, es wurde vorher erwähnt,
man kann damit kleinere Schwarze Löcher beobachten, bis 100 Sonnenmassen circa,
man hat auf der anderen Seite diese Pulsarmessung, die ich vorher vorgestellt habe,
da können Sie die höheren Massen mit bestimmen, aber nicht sehr weit zurückblicken.
In der Zukunft gibt es weitere bodenbasierende Systeme, die noch empfindlicher sind,
das heißt, wir werden mehr Masse und weiter zurückblicken können.
Und hier drüben, optische Teleskope, das James Webb Teleskop,
Extra Large Telescope, die Athena Mission der ESA, hier oben James Webb, Erdbeobachtung,
das sind elektromagnetische, das heißt also Licht beobachtende Observatorien,
mit denen kann man auf dieser Seite auch noch einiges besser machen,
aber Sie werden schon geraten haben, worauf ich jetzt komme.
Wir haben hier einen großen Raum, der ist unbeobachtet.
Und was ist mit diesem Raum?
Er ist für LISA.
Das heißt also, hier haben wir ein breites Spektrum,
die wir hoffen, mit unserer LISA-Mission in der Zukunft abdecken zu können.
Gut, lassen Sie uns zusammenfassen: Einstein hat die Existenz von Gravitationswellen
von circa 100 Jahren vorhergesagt und das hat uns circa 100 Jahre gebraucht,
bis wir die erste direkte Beobachtung einer solchen Welle gemacht haben.
Wir haben nicht nur Einsteins Theorie bestätigt, sondern wir haben uns auch einen neuen Sinn,
eine neue Art der Astronomie erschlossen.
Letztes Jahr haben wir dann mit der sogenannten "Multi-Messenger-Astronomie" angefangen,
was ist das?
Das ist die Beobachtung nicht nur mit diesen Gravitationswellendetektoren am Boden,
wo man eine Gravitationswelle sehen, aber deren Postition nicht sehr genau bestimmen kann,
das heißt, man benutzt dann andere Teleskope, Röntgen, Gamma, Optische Teleskope,
um nachzuverfolgen, was ist die Quelle gewesen, die eigentlich diese Gravitationswellen ausgesandt hat,
aber die Zukunft, ganz klar, liegt mit LISA, 2034,
auf diesen Vortrag werden wir noch ein paar Jahre warten müssen.
Ich schließe ab mit einem, für die Star Trekies unter Ihnen,
mit einer kleinen Episode aus Star Trek.
We are approaching the ??? I'm picking up the garvitational wave fronts.
Engage foreward shields, 35 percent.
Shields up.
Captain, repetational wave intensity is increasing steadily,
11 hundered standard G units enrising.
So, die Serie war Hero Warship, was ist falsch, nachdem was gehört haben?
Als diese Gravitationswelle durchlief, hätte der Worf eigentlich etwas breiter und kürzer
und dann etwas länger und dünner werden sollen.
Meine Damen und Herren, recht herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Und wir haben jetzt glaube ich...
Wir haben jetzt Zeit zum Diskutieren.
Zunächst einmal ganz herzlichen Dank für diesen grandiosen Vortrag
und ich glaube es wurde klar, dass nicht nur die Wissenschaft faszinierend ist,
die Fragen, die hier untersucht werden, sondern dass diese Ingenieursleistung,
diese Geräte zu bauen und diese wahnsinnigen Genauigkeiten zu erreichen,
mindestens genauso bewundernswert ist.
Herzlichen Dank, dass Sie uns da diese  Einblicke gewährt haben.
Jetzt gehen wir vor wie jedes Mal bei der Physik im Theater,
wenn Sie eine Frage haben, bitte melden Sie sich und warten Sie bis ein Mikrofon bei Ihnen angekommen ist,
damit wir Sie alle hören können und damit Herr Rudolph auch sieht, wo Sie sich befinden
und Ihre Frage dann beantworten kann.
Es ist immer schwierig für uns, hier unten die Leute im Rang zu sehen, insbesondere im zweiten Rang,
wenn Sie dort eine Frage haben, bitte ruhig auch gerne mal mit der Hand winken,
damit wir die Gravitationswellen hier empfangen und Sie dann auch entsprechend berücksichtigen.
So, wer möchte beginnen, wer hat die erste Frage?
Ich sehe Handzeichen hier vorne, der Herr in der vierten Reihe.
Gehen Sie ruhig in die Mitte und ich bleibe hier am Rand.
Vielen Dank für den Vortrag, ich habe eine Frage zum ersten Teil, zu der Gaia Vermessung,
Sie sagen, eine Milliarde Sterne haben Sie vermessen,
sprich diese eine Milliarde Sterne muss direkt sichtbar sein,
Sie können nicht hinter Nebel messen, hinter anderen Sternen messen,
die Winkelauflösung, die man dazu braucht, um diese Sterne voneinander zu trennen,
die wird sehr gering sein, wie groß ist die und wie erreichen Sie die?
Also optisch vermutlich ja nicht direkt, also wie trennen Sie die Punkte voneinander, einfach gefragt?
Die Herausforderung ist der kleine Winkel, ich wüsste jetzt nicht ganz genau, wie die Winkelgenauigkeit ist,
das hängt natürlich von mehreren Faktoren ab, zuerst einmal, ist die Sonne nah,
wie weit ist die Sonne von unserem Sonnensystem entfernt?
Das ist die erste Voraussetzung, das heißt, mit Gaia können war circa 25.000 Lichtjahre
in unsere Milchstraße hineinschauen.
Wenn man jetzt mal so einen normal hellen Stern annimmt, das ist wie Sie richtig sagen,
wenn da kein heller Stern ist, beziehungsweise wenn der Stern hinter einem Gasnebel versteckt ist,
können wir ihn nicht sehen, aber man muss dazu sagen, Gaia ist natürlich so konzipiert,
dass es nie unsere ganze Milchstraße vermessen kann.
Wir haben in unserer Milchstraße, man weiß es nicht ganz genau, 100, vielleicht 150 Milliarden Sterne,
vielleicht 200 Milliarden Sterne.
Das heißt, wir beobachten ein Prozent.
Das heißt, in den Gaia Beobachtungen konzentriert man sich auf diese Sterne,
die nah genug sind bei uns, um eben diese Parallaxenmessung machen zu können,
es ist ein sehr komplexes System, Sie haben wie gesagt, einmal die Tatsache,
dass der Winkel zwischen Gaia und der Sonne circa 45 Grad ist,
damit sie den Parallaxeneffekt noch etwas vergrößern,
Sie haben auf der anderen Seite natürlich den Parallaxeneffekt selber,
der ist vorgegeben von der Distanz.
Zwei astronomische Einheiten, die Entfernung zweimal zur Sonne, 150 Millionen Kilometer,
mal 2, 300 Millionen Kilometer, auf der anderen Seite die Entfernung und Helligkeit des Objekts,
das Sie beobachten, das heißt, es gibt keine Einzelantwort,
um zu sagen, bei dem hängt das davon ab, das hängt von mehreren Parametern ab.
Das heißt, wie hell ist das Objekt, wie weit ist es weg.
Das ist jetzt die Auflösung, wenn Sie einen Stern haben und wollen wissen,
wie weit schwankt der von der einen auf die andere Seite,
aber wenn jetzt direkt benachbart ein anderer ist, in dem einen Bild müssen Sie diesen Stern ja auch isolieren.
Ja, das ist natürlich die Herausforderung in der Datenverarbeitung, das dann zu sehen,
wenn man natürlich zwei Objekte hat, die so nah beieinander sind, dass man sie nicht auflösen kann,
sieht man sie natürlich als ein Objekt.
Deswegen haben Sie in diesem Katalog auch nicht alles gesehen, was Gaia gemessen hat,
Gaia hat circa zwei Millionen Objekte, über zwei Milliarden Objekte gemessen zu diesem Zeitpunkt,
aber wir haben nicht alle in den Katalog getan, weil einige sind bei dem Qualitätscheck hinten rausgefallen.
Das ist genau die Herausforderung, das ist richtig erkannt.
Danke. Bitte.
So, jetzt sehe ich den Herrn hier auf der rechten Seite.
Ich habe eigentlich auch noch eine Frage zu dem Gaia Sternenkatalog,
schließt sich vielleicht ein bisschen grad daran an,
soweit ich weiß ist der DR2 noch ein vorläufiger Katalog,
wann ist denn mit dem finalen Katalog voraussichtlich zu rechnen
und welche Änderungen, Korrekturen zu dem DR2 sind da eventuell noch zu erwarten?
Nun das Prinzip von Gaia ist grundsätzlich, dass je mehr Daten wir messen,
umso besser wird der Katalog.
Das haben wir glaube ich erklärt, jeder Stern wird am Ende der Mission 70 Mal gemessen sein.
Wir sind jetzt gerade dabei, über eine Missionverlängerung zu diskutieren,
das Kaltgas an Bord wird uns erlauben, die Mission vielleicht bis Ende 2024 fortzusetzen.
Das heißt also, es werden zusätzlich noch zukünftige Kataloge kommen,
momentan ist der nächste Katalog, DR3, glaube ich geplant, 2020.
Das heißt also, man wird sukzessive mehr und mehr Daten verarbeiten
und ganz am Ende der Mission, ich weiß nicht wann das sein wird, zehn Jahre wird es wahrscheinlich nochmal,
also in 8-10 Jahren wird es wahrscheinlich nochmal einen großen Abschlusskatalog geben,
der dann wirklich die finale Genauigkeit von allen gemessenen Objekten beinhalten wird.
Das heißt, man hat sich also entschlossen, diese Daten sukzessive freizugeben,
um den Wissenschaftlern eben auch zu erlauben, daran zu arbeiten und die Kommentare zurückzubekommen,
um den Katalog selber zu verbessern.
Das ist also interaktives wissenschaftliches Arbeiten hier.
Der Herr in der sechsten Reihe links.
Eine Frage zum LISA Projekt:
und zwar ist meine Frage, ob die drei Sonden diese Abstände untereinander so exakt einhalten müssen
da Sie geringer ist als die erwartete Änderung durch die Gravitationswellen
oder ob es Methoden gibt, wenn die wegdriften, zu korrigieren?
Vielen Dank, sehr relevante Frage.
Die Situation ist die, Sie haben völlig richtig erkannt, wir haben zwar die Konstellation in einem quasi starren,
gleichschenkligen oder gleichseitigen Dreieck, aber die Konstellation atmet natürlich,
das heißt, sie wird nicht in dieser genauen Entfernung, den Abständen bleiben,
sicher werden wir die Konstellation nicht mit diesem Messgenauigkeiten, die wir brauchen, einhalten können,
es ist aber so, dadurch, dass über Laser diese verschiedenen Satelliten miteinander kommunizieren,
können wir uns hier austauschen, das heißt, solange dieses Auseinanderdriften sehr langsam erfolgt,
hat es auf die Messungen an sich keinen Einfluss.
Wegen der geringen Hertzzahl.
Und natürlich auch wegen diesen geringen Änderungen in dieser Konstellation, wir sind ja im Weltraum,
dort oben sind die Kräfte sehr sehr wenig, wir haben es ja vorher gehabt, der Sonnendruck,
aber der ist nicht groß genug, um eben da eine Änderung herbeizuführen,
die interferieren würde mit der Messung, mit dem Messprinzip und den Messfrequenzen, die wir da haben.
Der Herr auf der rechten Seite.
Dann vielleicht gleich noch eine Frage dazu:
Diese Würfel schweben berührungslos im Raum, ist das richtig?
Ja.
Das heißt, die sind also in diesem Vakuumbehältnis, das ich da gezeigt habe,
da schwebt der Würfel drin und der Satellit hat eigentlich nur die Aufgabe,
also jetzt wissenschaftlich gesehen, den Würfel von den externen Stellkräften abzuschrimen.
Das heißt, man hat hier Kaltgasdüsen, habe ich vielleicht vorhin nicht erwähnt,
Kaltgasdüsen, also Mikronewton Stellkräfte, die da hergenommen werden,
um die Lage des Satelliten zu regeln, um ihn so um diese Testmasse herum im Freiflug zu halten,
Die Testmassen an sich übrigens, deren Position wird über ein elektrisches Feld gemessen.
Können Sie die auch bewegen, die Würfel, wenn Sie sich wegdreht?
Richtig, man misst auf der einen Seite über dieses elektrische Feld,
das sind die Positionen, man kann aber auch mit diesen Elektroden, die sich darin befinden,
in diesem Gehäuse, die Position des Würfels halten beziehungsweise verändern.
Es ist allerdings so, natürlich, wenn ich das tue, dann kann ich natürlich nicht messen.
Deswegen, bei LISA Pathfinder haben wir das gemacht, als Teil des Experiments,
in der richtigen LISA-Mission müssen die Würfel natürlich im Freiflug bleiben, ungestört.
Aber Sie müssen irgendwann wieder mal eingreifen, weil die wegdriften, sich wegdrehen.
Ja gut, wenn das passiert, normalerweise wird dieser Satellit ja so nachgeführt,
dass diese Testmasse sich im Freiflug, im idealen Freiflug ohne irgendwelche Störkräfte befindet.
Ansonsten kann das System, kann die Messung nicht funktionieren.
Und das war genau die Herausforderung weswegen wir LISA Pathfinder gemacht haben,
um eben sicherzustellen, alle Effekte an Bord können kompensiert werden.
Es sind also Größenordnungen, die können Sie am Boden leider nicht messen,
weil unsere eigene Schwerkraft da im Weg ist.
Und das haben wir eben hier oben mit diesen Messungen festgestellt.
Die Störbeschleunigung, die wir bekommen, das kann viel sein,
das kann das Gasmolekül sein, das hatte ich erwähnt, das kann die Eigengravitiation des Satelliten sein,
wenn die Massenverteilung nicht optimal ist, das können magnetische Störkräfte sein.
Das heißt, wir haben diesen Satelliten in einem Holzschuppen ausgemessen,
ob da irgendwelche magnetischen Störfelder noch vorhanden sind,
um sicherzustellen, dass es nicht der Fall ist.
Das heißt, muss da sehr vorsichtig vorgehen, jetzt Ingenieur und Wissenschaft gekoppelt,
um sicherzustellen, dass diese Messung, die wir am Schluss machen auch wirklich richtige Messungen sind.
So, bevor ich die nächste Frage nehme, möchte ich fragen, ob es im Rang Fragen gibt,
weil wir nur ein Mikrofon haben im ersten Rang, dann müssten Sie sich früh genug melden,
dass wir das Mikrofon zu Ihnen rüber bringen.
Sehe ich jetzt momentan nicht, dann machen wir hier unten weiter.
Vielleicht zunächst mal der Herr ganz hinten in der vorletzten Reihe links
und dann kommen wir nach vorne.
Bei der Bodenstation hat man jetzt ja auch einige Zeit gemessen,
bis man die erste Gravitationswelle gemessen hat,
wie viele Ereignisse pro Jahr erwarten Sie denn, die Sie mit dem LISA Projekt messen könnten?
Das wäre jetzt eine gute Frage für Professor Danzmann, ich weiß nicht, ob Sie sie ihm damals gestellt haben,
als er da war, aber es sind sehr viele Messungen.
Das heißt, das besondere daran, wir haben ja gesehen an diesem Diagramm,
vielleicht spiele ich es gerade eben noch mal ein.
Was Sie hier sehen, ist das Signal zu Rauschen von LISA,
das heißt, bei diesen Detektoren, diesen Bodendetektoren,
da müssen Sie großes Glück haben, weil die Störrquellen auf der Erde natürlich so vielseitig sind,
dass diese Messgenauigkeiten, die Sie erreichen können und diese Funktion, also Signal zum Rauschen,
viel viel kleiner sind, das heißt also, Sie können mit diesen Detektoren recht wenige Ereignisse beobachten,
obwohl da jetzt auch schon einige beobachtet worden sind,
und Sie haben außerdem das Problem, dass Sie mehrere Detektoren brauchen,
einmal um vielleicht die Richtung der Welle feststellen zu können,
aber auch um sicherzustellen, wenn Sie eine Messung haben,
dass wenn das nicht irgendwas anderes war, es eine Gravitationswelle war,
das heißt, eine Gravitationswellen gilt nur dann mit diesen Bodendetektoren als beobachtet,
wenn mindestens zwei der Detektoren die gesehen haben.
Deswegen hat man mindestens zwei davon, die Italiener haben auch einen, den VIRGO, jetzt,
das heißt die sind insgesamt zu dritt und beobachten damit am Boden,
für diese Multimessenger-Astronomie.
Mit LISA wird man viel sehen, vor allem wird man es früh sehen.
Man wird es so früh sehen können, diese Gravitationswelle, wie sie sich aufbaut,
was man vielleicht ganz am Anfang gesehen hat, vielleicht probiere ich gerade nochmal, darauf zurückzugehen,
dass wir uns kurz nochmal den LIGO-Event angucken,
wo haben wir ihn? Da.
Wenn wir uns das jetzt noch mal anschauen, Sie können hier sehen,
die Messung ist erst am Schluss eigentlich relativ groß und signifikant
im Vergleich zum Hintergrundrauschen, wenn Sie sich das jetzt sehr lange anschauen würden,
würden Sie ein Hintergrundrauschen sehen, das ähnlich wie diese Größenordnung hier ist.
Da haben wir die Signale, auf LISA werden Sie soetwas jeden Tag hören.
Also ganz genau wie viele, könnte ich Ihnen jetzt nicht sagen, aber es sind sehr viele,
vor allem werden Sie sie früh erkennen können, sodass Sie mit Optischen-, mit Röntgenteleskopen
auf die Position dieser Quelle gehen können und nachvollziehen können,
was mit elektromagnetischen, also mit Optischen-, Röntgenteleskopen nachverfolgen,
was da im elektromagnetischen Spektrum passiert.
Das heißt also, Sie haben zusätzlich nicht nur hier, da kam die Warnung sehr zum Schluss,
weil das Signal erst am Schluss groß genug ist, um gemessen zu werden,
so werden Sie solche Signale schon wesentlich früher messen können
und man wird sozusagen sehen können, wie diese rotierenden Schwarzen Löcher jetzt,
die man hier erst am Schluss gemessen hat eigentlich, schon während der Anfangsphase,
dann werden Sie die sehen können als Gravitationswellen mit LISA.
So ist zumindest die Vorhersage.
So, jetzt etwas weiter vorne, immer noch auf der linken Seite, der Herr, genau.
In Ihrem LISA-Projekt sind ja diese drei Satelliten als gleichseitiges Dreieck angeordnet,
was bedeutet das wenn da Weltraumschrott durchfliegt,
werden da die Laserstrahlen unterbrochen und man verliert den Kontakt?
Oder ist das unerheblich?
Sagen wir mal so, also wenn wir jetzt nicht über Weltraumschrott in dem Sinne,
wie wir es definieren, Gedanken machen, müssen Sie sich da draußen keine Sorgen machen,
da gibt es keinen.
Wenn wir über Weltraumschrott, wie ist ganz am Anfang angesprochen habe, sprechen,
meinen wir im Allgemeinen durch Menschen verursachten Weltraumschrott,
der in einer nahen Erdumlaufbahn ist, typischerweise bis 2.000 Kilometer von der Erde entfernt,
wenn ich jetzt in den stationären Orbit gehe, 36.000 Kilometer von der Erde entfernt,
da gibt es viele Satelliten, da gibt es Raketenoberstufen, andere Teile,
die sind aus der Frühzeit der Raumfahrt hauptsächlich auch noch übrig geblieben, leider, von damals,
während man sich damals über dieses Phänomen noch keine Gedanken gemacht hat, heute arbeitet man daran
dieses Phänomen ist aber lokal um die Erde, das heißt, im Weltraum haben Sie keinen Weltraumschrott,
was Ihnen natürlich passieren kann, ist, natürlich jetzt so viel Unglück hat,
und da ein Asteroid vorbeifliegen würde zum Beispiel, um diesen Laserstrahl zu unterbrechen,
aber die Wahrscheinlichkeiten von solchen Vorfällen sind sehr sehr niedrig
und wenn sie auftreten würden, dann würden sie auftreten, das ist eine Anomalie von vielen,
die so einen Satelliten eigentlich beeinträchtigen kann in seinem Leben,
aber die Wahrscheinlichkeit wird sehr sehr niedrig, wenn überhaupt, messbar sein.
Entschuldigung, da vorne der Herr in der
vierten Reihe links.
Ja, eine Frage zu den Lagrange Punkten.
Wie der Name schon, sagt sind das ja Punkte, aber Sie haben erwähnt praktisch,
dass da doch irgendwie ein Orbit ist um den Lagrange Punkt L1,
weil wahrscheinlich da ja mehrere Satelliten, die den teilen,
wie groß kann denn da die Abweichung sein oder wie hat man sich das vorzustellen?
Also ich gehe jetzt mal ganz kurz auf dieses Dia zurürck vielleicht,
wir können es uns leichter machen, wenn wir uns das optisch anschauen.
Also, ganz richtig, es gibt von diesen Lagrange Punkten insgesamt 5,
2 davon sind stabil, das ist der L5 und der L4,
diese Punkte hier, L1, L2 und L3 sind instabil, das heißt also, das ist aus der Physik bekannt,
stabil sind die, wo die Kugel im Tal liegt und bei Auslenkung wieder zurückkommt ins Tal,
die Instabilen, sie sind oben auf der Kuppel, wenn die Kugel auf die eine oder andere Seite runterrollt,
dann sind sie aus dem Gleichgewicht und sind weg, genauso ist es bei Lagrange 2 auch,
das heißt, um diesen Effekt ausnutzen zu können, den wir da beschrieben haben,
müssen Sie nicht genau diesen Punkt sein, das heißt, die die Restkräfte in dieser Umlaufbahn sind so klein,
dass es eigentlich in erster Näherung genauso gut wie im Lagrange Punkt selber ist.
Sie müssen aber, weil es eben instabil ist, dieses Gleichgewicht um diesen Lagrange Punkt,
müssen Sie die Bahn müssen halten, das heißt, wir haben einmal im Monat, einmal alle zwei Monate,
ein kleines Bahn-Korrekturmanöver, das dann diese Instabilität wieder zurückbringt,
das heißt, wenn wir auf der einen oder anderen Seite vom Hügel ein bisschen runter gerollt sind,
dann bringen wir uns wieder auf den Hügel zurück nach oben und halten da das Gleichgewicht.
Über Dauer natürlich wird es das nicht kontrollieren,
fliegen Sie aus diesen Punkt weg, das heißt, Sie fliegen entweder zur Erde zurück
oder Sie fliegen in den interstellaren oder in den interplanetaren Raum,
das heißt, Sie werden selber ein Planet um die Sonne.
Und das ist übrigens das, was am Ende der Mission mit diesen Missionen machen,
wir schubsen sie nämlich hier hinaus, in dem Moment, wo wir sie hinausschubsen,
das besondere am Lagrange Punkt, man kann es sich eigentlich so vorstellen,
populärwissenschaftlich gesagt oder einfach gesagt:
Wenn ein Objekt in der klassischen Mechanik in der Umlaufbahn weiter weg vom Zentrum, von der Sonne ist,
wie die Erde, müsste es eigentlich langsamer um die Sonne rotieren,
wenn wir es sehr nahe dran haben, das muss schnell herum, wenn Sie weiter weg sind,
um so einen Körper wie die Sonne, Erdumlaufbahn, geht es wesentlich langsamer.
Das heißt, der Merkur macht 88 Tage einmal um die Sonne, wir brauchen ein Jahr dazu, 365 Tage.
Wenn Sie weiter hinausgehen, die Planeten sind wesentlich langsamer.
Das heißt also, eigentlich müsste dieser Satellit mit diesem Punkt
langsamer als die Erde sich um die Sonne bewegen,
wenn wir nicht diesen speziellen Effekt der Erdgravitation aussetzen.
Das heißt, man kann sich das so vorstellen, eigentlich müsste das Ding hier langsamer um die Sonne rotieren
als die Erde selber, aber die Erde zieht es mit,
das heißt, die Gravitation der Erde zieht es mit, weil wir gerade noch im Einflussbereich der Erde sind.
Ist Ihre Frage beantwortet damit?
Danke.
Jetzt gibt eine Frage genau in der Mitte, hier der Herr in schwarz.
Ich schaue nochmal zwischenzeitlich in den Rang, ok sehr gut, da gibt es eine Frage hier unten rechts,
dann können wir das Mikrofon schon mal zu Ihnen bringen.
Sie haben eingangs erwähnt, dass es sehr viel mehr Dunkle Materie gibt als Baryonische Materie,
dann müssten sich doch eigentlich sehr viel mehr Ereignisse zeigen,
die von der Dunklen Materie erzeugt werden,
es sei denn, Sie glauben aufgrund der Struktur und der Verteilung der Dunklen Materie,
wäre das nicht so, was kann denn LISA tun, um hier Erkenntnisse zu gewinnen?
Gut, LISA wird natürlich in erster Linie mal schwere Punktmassen beobachten, die sich bewegen.
Das ist nicht unser Verständnis von dem, wie Dunkle Materie und Dunkle Energie verteilt ist.
Da ist also die Dichte anders, also nicht so, dass es punktförmig zusammen interagiert
wie diesen Schwarzen Löchern, die ja wirklich eine punktgroße Sonnenmasse haben,
mehrere Sonnenmassen, mehrere Hundert,
mehrere Hunderttausend Sonnenmassen,
je nachdem wie groß das Schwarze Loch ist, die dann miteinander interagieren,
das heißt, hier haben Sie ganz andere Beschleunigungen und Masseverhältnisse.
Wir haben Missionen, die sich spezifisch mit diesem Thema beschäftigen,
das ist allerdings nicht die LISA Mission, sondern jetzt zufälligerweise auch bei mir,
vielleicht ein Punkt für einen zukünftigen Vortrag, untergebracht, das ist die Euclid-Mission.
Das ist eine Mission, die 2022 gestartet wird,
die sich spezifisch das Thema Dunkle Energie und Dunkle Materie auf die Fahne geschrieben hat,
es gibt also verschiedene Arten und Weisen, wie man die Dunkle Materie und Dunkle Energie
trotz alle dem doch beobachten kann,
und diese Mission wird sich genau mit diesem Thema beschäftigen,
das heißt also, für jede Frage haben wir eine Mission in unserem Portfolio,
und die Dunkle Materie, die Dunkle Energie ist da untergebracht.
Es ist natürlich so, gravitativ wird auch diese Masse irgendwo spielen,
das heißt also, wenn man ein Gravitationsereignis, ein Gravitationswellenereignis beobachtet,
gibt es natürlich schon Interaktionen mit gravitativen Effekten von Dunkler Materie, Dunkler Energie,
aber wenn wir wirklich die Dunkle Materie studieren wollen, sind wir bei LISA, besser bei Euclid aufgehoben.
Jetzt springen wir mal in den ersten Rang, zweite Reihe rechts.
Und zwar hätte ich eine Frage, ob aus diesen Datenmengen, die da erhoben wurden bei der Gaia Mission,
vorstellbar wäre, dass als Nebeneffekt Exoplaneten gefunden werden oder ist das völlig abwegig
wegen der Auflösung oder ...?
Sehr guter Punkt, Sie erinnern mich daran, was ich vergessen habe zu sagen,
nämlich, dass Gaia natürlich nicht nur Sterne beobachtet, sondern beobachtet alles, was hell ist, was scheint,
was hell ist, was scheint, beobachtet unter anderem Systeme in unserem Sonnensystem,
Asteroiden, Trojaner unter Umständen, je nachdem, wenn sie in den Sichtwinkel des Teleskops kommen,
andere Objekte, Oumuamua, haben sie mit Gaia auch versucht das nachzuverfolgen,
ich weiß nicht, ob Sie das gehört haben, Oumuamua war dieses extraterrestrische Objekt,
das durch das Sonnensystem durchgeflogen ist, das beobachtet worden ist,
und wie machen wir das mit Gaia?
In dieser Katalogsveröffentlichung sind Exoplaneten noch nicht mit drin,
das hat einen guten Grund, das heißt, da muss die Genauigkeit noch besser werden,
und man muss über längere Zeiträume beobachten, weil wenn so ein Exoplanet um eine Sonne herumkreist,
hat er natürlich einen Effekt, den Gaia sehen kann, nicht den Effekt, den man mit anderen Missionen,
um jetzt eine andere zu nennen, die Platomission zum Beispiel, die Sie hier oben finden,
die schaut und die Cheopsmission, die schauen sich spezifisch Exoplaneten an,
das heißt, die schauen sich die Lichtkurve an, das ist eine Sonne, ein Planet umkreist diese Sonne
und dadurch, in dem Moment, wo er vor der Sonne ist, wird das Sonnenlicht ein bisschen schwächer
von uns aus gesehen, wenn er in der Sichtlinie von uns ist und sich zwischen uns und die Sonne schiebt,
das kann Gaia nicht, aber was Gaia kann, ist einen Wobble, also diese Bewegungen der Sonne,
als Antwort auf die Umkreisung auf dem
Planeten, als Gravitative,
die Sonne, der Planet, die kreisen nicht um das Zentrum der Sonne, sondern um den gemeinsamen Schwerpunkt.
Und das kann man beobachten, das heißt, dass diese Sonne sich so ein klein wenig bewegt,
wobbelt über die Jahre, das kann man beobachten,
und das wird Gaia in zukünftigen Katalogsveröffentlichungen beinhalten, durchaus.
Vielen Dank.
So, jetzt gehen wir wieder nach unten, auf der rechten Seite hier in der Mitte der Herr.
Genau, diese Reihe.
Wie erreichen Sie bei Gaia hohe Empfindlichkeit?
Also normalerweise erreicht man die durch die Integrationszeit auf einem Pixel
und bei Gaia, so wie ich es verstanden habe, bewegen sich die Sterne über die Pixel.
Genau, das heißt also, die Empfindlichkeit ist einmal gewährleistet durch das Teleskop selber,
das heißt, wir haben also in diesem Torus, die Spiegel sind aufgehängt dort drin,
das sind mehrere Spiegel, insgesamt acht, das heißt, man reflektiert das Licht,
wir haben 35 Meter Brennweite, das ist der eine Aspekt,
Sie müssen natürlich jegliches Streulicht außen vor lassen, das ist der andere Aspekt,
und mit Gaia können Sie bis Magnitude 20, vielleicht 21 beobachten, also sehr schwach,
aber noch nicht das schwächste.
Wenn Sie ein Teleskop haben, das natürlich Punktbeobachtung macht, Hubble Space Telescope,
kann natürlich wesentlich länger auf einen Punkt, kriegt Magnitude 28 vielleicht,
die haben aber dann nur einen Punkt, Gaia misst den ganzen Himmel.
Das natürlich das Geheimnis von Gaia oder das Erfolgsrezept für Gaia ist natürlich,
sehr viele Sterne zu beobachten, das heißt, für den einzelnen Stern hat man nicht sehr viel Zeit,
aber diese CCDs sind eben sehr empfindlich,
zusammen mit dem Teleskop der Abschirmung von irgendwelchem Streulicht,
all diese Effekte zusammengerechnet führt dazu, dass bei dieser relativ kurzen Integrationszeit
doch so viele Sterne beobachten kann.
Dann noch eine kurze Frage zu dem L2 Punkt.
Da kommt ja der James Webb glaube ich auch hin oder? Ja.
Wird es da Probleme geben? Nein, da ist so viel Platz.
Aber wir sprechen uns ab, James Webb wird auf einer europäischen Trägerrakete, Ariane 5, gestartet,
auch eine Zusammenarbeit, James Webb ist natürlich federführend von den Amerikanern, von der NASA gemacht,
aber die Europäer haben Instrumente an Bord des Satelliten
und wir liefern als Teil unseres Beitrags auch den Start, also die Trägerrakete
und Unterstützung mit unserer Bodenstation, die wir leisten.
James Webb ist auch in einem anderen Orbit als Gaia.
Gaia ist, hatte ich vorher gezeigt, in diesem Lissajous-Orbit,
das heißt, der ist ein bisschen kleiner von der Achse her, 400.000 Kilometer,
normalerweise diese Halo-Orbits, die andere Teleskope haben, die sind bei 800.000 Kilometern,
so wie LISA Pathfinder, da ist so viel Distanz, dass ...
Die Wahrscheinlichkeit, dass sie sich treffen, ist vernachlässigbar.
Also da reichen die Zahlen, die ich heute gezeigt haben, nicht.
So, ich schaue nochmal in den Rang oder in die Ränge.
Ob es da Fragen gibt, scheint momentan nicht der Fall zu sein.
Aber wir haben natürlich die Orbits von diesen Objekten auch, das heißt also, wir können durchaus gucken,
ob da eine Gefahr besteht.
Bei erdnahen Mission ist es heute Standard, das hat ?-missionen heutzutage,
da schauen Sie, ob so ein Satellit, der sich nah an der Erde befindet, Beobachtungsmissionen typischerweise,
in einer Höhe von 800 Kilometern, da schauen Sie, ob es ein Kollisionsriskio gibt,
und zwar nicht nur mit dem anderen Satelliten, sondern auch mit einem Stück Weltraumschrott,
soweit dieses Stück groß genug ist, dass in unseren Katalogen auftaucht.
Entschuldigung.
Ja, die Dame hier, Moment bitte, bis das Mikrofon kommt, ist schon unterwegs in die zweite Reihe.
Hallo, ich habe eine Frage zu den Analogien, die Sie verwenden
mit der Münze auf dem Mond und der Glühlampe auf dem Mars.
Wer macht die?
Also ich nicht, ich versuche sie teilweise nachzuvollziehen, wenn ich ganz ehrlich bin.
Die eine oder andere Zahl, die ich heute präsentiert habe, habe ich auch selber nochmal nachgerechnet,
um sicherzustellen, das ist immer gute Ingenieurskunst, das zu tun,
man traut niemandem, selbst sich selbst nicht,
und diese Analogien, die werden im Prinzip gemacht von unseren Wissenschaftlern,
ja, also die Analogie mit dem Video, wo man den Dschungel gesehen hat zum Beispiel,
das war ja nur, um darzustellen, Analogie zwischen Gravitationswelle und der Schallwelle,
die hängt natürlich auch ein bisschen, weil die Gravitationswelle sich als Quadrupol ausdehnt
und die Schallwelle ist eine Longitudinalwelle, das heißt, da wird der Schall komprimiert,
aber sage ich mal, für den Zweck, das vermitteln zu wollen, ist es gut genug,
das machen unsere Wissenschaftler.
Also ich weiß nicht immer, wer in dem speziellen Fall die gute Idee hatte, aber ich bin dankbar dafür.
Da gibt es noch eine Frage ganz links jetzt, in der fünften, sechsten Reihe.
Ja, hallo, ich habe noch eine ganz praktische Frage.
Welche Firmen vor allem in Deutschland sind an dem Bau dieser hochgenauen Messinstrumente beteiligt?
Gut, also der Satellit Gaia selber wurde entwickelt von der europäischen Industrie,
das heißt da sind, die Zahl weiß ich jetzt nicht, 80 bis 90 Firmen insgesamt involviert gewesen,
über ganz Europa verteilt,
hängt immer von Mission zu Mission ab, im Falle Gaia zum Beispiel ist die Firma Airbus in Friedrichshafen,
ehemals Dornier, mit involviert gewesen,
es gibt andere kleinere Firmen, die mit dabei gewesen sind, Zeiss zum Beispiel mit den Spiegeln sind involviert,
es hängt also je nach Mission ab, im Falle von Gaia sind die zwei die, die mir jetzt in den Sinn kommen,
bei der Datenauswertung haben wir natürlich Institute, die involviert sind,
zum Beispiel das Zentrum für Astronomie in Heidelberg,
die sind auch mit federführend im Bereich der Gaia-Datenauswertung mit beschäftigt und mit involviert.
Also das hängt immer von Mission zu Mission ab, in diesem Fall ist es so.
Gibt es weitere Fragen?
Doch, da ist noch eine in der Mitte.
Heute weite Mikrofonwege, aber das ist okay, das ist gut so, wir kriegen das hin.
Der Herr hier vorne direkt.
Mich würde mal interessieren, welche Datenvolumina fallen denn da an,
wenn man das alles kartografiert auch bei der Menge an Objekten,
da muss ja eine ganze Menge Daten erst einmal gesammelt werden, übertragen werden
und dann auch irgendwann mal gespeichert werden.
Ja, die Datenmengen sind enorm.
Die Datenmengen sind enorm, ich wollte es gerade noch einmal zeigen,
gehen wir nochmal ganz zum Anfang zurück.
Sind auch wieder sehr stark abhängig von der Mission, bei LISA Pathfinder waren sie nicht so sehr groß,
bei Gaia ist die Datenmenge so in der Größenordnung von 40 Gigabyte pro Tag,
circa 1 Megabit pro Sekunde produziert die Sonde,
das hängt aber sehr stark davon ab, was sie sieht.
Das heißt, wenn Sie in das galaktische Zentrum mit Ihrem Teleskop, mit dem Blickwinkel überstreichen,
hat es natürlich sehr viele Sterne,
wo haben wir das gehabt? Da.
Wenn Sie hier reinschauen von der Erde aus gesehen, dann sind das natürlich sehr viele Sterne.
Wenn Sie hier rausschauen oder hier im freien Weltraum wo nicht so viele Sterne sind,
also aus der Ebene heraus, sehen Sie natürlich nicht sehr viele Sterne,
das heißt, es werden weniger Daten produziert.
Die Art und Weise, wie Gaia arbeitet, ist, dass jeder Stern einen Dateneintrag hat,
das heißt also, nur wenn es viele Sterne gibt, gibt es viele Daten.
Es ist aber so, dass Gaia, wenn es sich jetzt das Zentrum der Milchstraße anschaut,
dass wir so viele Daten produzieren, dass diese drei Stationen, die ich vorher gezeigt habe,
die uns fast 24 Stunden Kontakt am Tag ermöglichen, eigentlich fast schon nicht ausreichen.
Die reichen nicht mehr aus, um alle Daten zum Boden zu schicken.
Das heißt, für die meisten Fälle, ja, wenn wir uns das Zentrum der Galaxie angucken, dann wird es schwierig.
Da hinten noch eine Frage, das ist die drittletzte Reihe der Mitte.
Danke für den Vortrag, ich hätte noch eine Frage zu der Aufhängung von den Cubes.
Sie haben gesagt, die werden mit Gas angeströmt oder elektromagnetisch gesteuert,
ich habe eine Frage zu dem ? insgesamt in dem Satelliten.
Es gibt ja diese Drall- und Momentumräder, mit denen man so Strukturen ausrichtet
spielen mechanische Schwingungen da eine Rolle, die dann wieder ankoppeln?
Das ist der erste Teil der Frage, der zweite ist, wie es mit dem Rückstoß von den zwei Watt Lasern?
Die müssen ja irgendwie auch wieder kompensiert werden.
Ich hake mal bei der ersten Frage ein, also die Gasmoleküle, die ich erwähnt hatte,
das sind faktisch die verbleibenden Gasmoleküle in dem nicht perfekten Vakuum.
Das heißt also, diese zwei Würfel fliegen in einem Vakuum, aber dieses Vakuum ist nicht perfekt.
Das heißt, ab und zu gibt es noch Gasmoleküle, die dagegen kommen, gegen die Testmassse,
und damit sozusagen eine Kraft verursachen, eine Beschleunigung, eine Störung verursachen.
Über die Zeit ist das besser geworden, weil man hat einen auslass aus diesen Behältern gehabt,
wo die Moleküle raus konnten, aber über Zeit, das nimmt natürlich einige Zeit in Anspruch,
bis die Moleküle zufällig auf diesen Ausgang treffen und da hinausgehen.
Das heißt, das Vakuum, ganz klar in diesem Behältnis, ist über die Missionsdauer besser geworden
und deswegen hat man auch die Verbesserung in den Ergebnissen gesehen.
So, das war jetzt die Frage bezüglich der Gasmoleküle, bezüglich der Drallräder,
bei diesen Missionen geht das nicht.
Warum?
Alles was vibriert ist schlecht.
Das war für Gaia, das war für LISA Pathfinder.
LISA Pathfinder könnten Sie mit Drallrädern nicht kontrollieren.
Das heißt, was man hier hernimmt, sind diese Kaltgasdüsen
oder unter Umständen auch ionische Antriebe, das heißt elektrische Antriebe, auch eine Möglichkeit,
mit sehr kleinen Stellkräften, Gaia benutzt dieses Kaltgassystem sehr erfolgreich übrigens auch,
und erreicht damit eigentlich die Messgenauigkeiten.
Rotierende Teile prinzipiell nicht, es gibt andere Missionen, da sind diese Drallräder durchaus Standard,
da sind aber die Anforderungen an die Genauigkeit nicht so wie hier beschrieben für diese Mission
Wenn Sie eine Mission hernehmen wie Euclid zum Beispiel, ich hatte sie vorhin erwähnt,
wenn Sie jetzt eine Mission wie Euclid hernehmen zum Beispiel, die hat Drallräder,
aber das ist ein Teleskop, das beobachtet, das heißt, nimmt die Drallräder her,
um sich in die richtige Ausrichtung zu bringen, guckt dorthin, schaltet dann auf Kaltgas um,
in den Feinbetrieb, um die Genauigkeit des Teleskops sicherzustellen.
Das heißt, Sie haben da durchaus eine Kombination, auch im Falle von Gaia und LISA Pathfinder,
die sind beide mit Kaltgas betrieben worden, das heißt, Störkräfte dürfen hier prinzipiell nicht auftreten.
Was den YAG Laser angeht, richtig, der sendet natürlich Photonen aus,
die zwei Watt und empfängt das Signal, das ist ein Picowatt,
aber ich sage mal, die Kraft, die davon ausgeht, ist für die Messung, die wir machen, vernachlässigbar.
So, wenn jetzt keine ganz dringenden Fragen mehr bestehen,
würde ich die Diskussion zunächst an dieser Stelle unterbrechen,
Sie dürfen gerne nach der Veranstaltung noch nach vorne kommen und mit Herrn Rudolph weiter diskutieren
danke für die hervorragenden Fragen, Sie waren wie immer ein ganz großartiges Publikum.
Ich möchte mich noch mal herzlich bedanken bei Ihnen, es war ein super spannender Abend,
angemessen dem Muttertag, dem Feiertag, haben Sie uns sehr gut unterhalten.
Wir haben ein kleines Geschenk, falls Ihnen die Testmassen ausgehen,
versuchen Sie das ins All zu schicken
goldbarren oder natürlich wie immer gilt
Gold, Platin, oder?
Natürlich, immer gold.
Vielen Dank.
Bevor ich Sie ...
Bevor ich Sie entlasse in den noch frischen Frühsommerabend,
möchte ich auf die die nächste Veranstaltung hinweisen, am 5. Juni, das ist ein Mittwoch, um 19 Uhr,
auch im Großen Haus, wird Professor Immanuel Bloch vom Max Planck-Institut für Quantenoptik
in Garching bei München hier vortragen.
Das Thema ist "Kälter geht fast nicht - experimentieren mit den kältesten Objekten im Universum".
Das ist ein ganz spannendes Thema aus einem ganz anderen Bereich der Physik, der Quantenphysik.
Damit noch einmal herzlichen Dank an Sie, Herr Rudolph,
herzlichen Dank an Sie, kommen Sie gut nach Hause
und wir freuen uns, Sie beim nächsten Mal wieder hier begrüßen zu dürfen.
Schönen Abend.
Vielen Dank.
