Würfel im freien Fall

Nach dem erfolgreichen Abschluss einer langen Reihe von Tests des Satel­liten und der Nutzlast hat die ESA-Mission LISA-Pathfinder ihre wissen­schaftliche Missions­phase begonnen. Während der nächsten sechs Monate führen die Wissenschaftler der Mission hunderte von Experimenten durch, um den Weg für zukünftige Weltraumobservatorien wie eLISA zu ebnen. LISA-Pathfinder ist eine Mission zur Technologie-Demonstration und befindet sich etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in Richtung der Sonne. Dort können die Forscher jetzt den perfekten freien Fall zweier würfelförmiger Testmassen untersuchen und damit die notwendigen Technologien für zukünftige Gravitationswellen-Observatorien im Weltraum testen.

„Wir stehen jetzt am Anfang der zweiten Woche von LISA-Pathfinders wissen­schaftlicher Mission und sind absolut begeistert davon, wie gut unsere ersten Experimente gelaufen sind“, sagt Karsten Danzmann vom und vom Institut für Gravitations­physik der Uni Hannover. „Für die nächsten Wochen gibt es einen engen Zeitplan von Experimenten, die wir auf dem Satelliten durchführen wollen. Damit wollen wir zeigen, dass wir ein großes Gravitations­wellen-Observatorium im All bauen können.“

Einstein sagte Gravitationswellen in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie vorher. Sie wurden erst jüngst – hundert Jahre nach der Vorhersage – erst­mals von den Advanced-LIGO-Detektoren auf der Erde nachgewiesen. Ob­ser­va­torien im Weltraum wie eLISA sollen existierende Detektoren auf der Erde ergänzen, indem sie niederfrequente Gravitationswellen messen, die sich auf der Erde nicht nachweisen lassen.

Solche Observatorien nutzen Testmassen im perfekten freien Fall, die von allen äußeren Kräften bis auf die Gravitation isoliert sind. Deren Abstände werden durch Millionen Kilometer lange Laserlaufstrecken präzise ver­messen. Gravitationswellen machen sich durch Änderungen dieser Abstände bemerkbar. LISA-Pathfinder enthält einen dieser Laserarme – verkleinert auf 38 Zentimeter, damit er in den Satelliten passt. Um zu verstehen, wie ver­schiedene Störkräfte auf die Testmassen wirken und deren perfekten freien Fall stören, wird das Team diese Kräfte absichtlich auf die Massen einwirken lassen und die Wirkung untersuchen. „Wir wollen nicht nur den Einfluss der bekannten Störkräfte auf die Würfel minimieren, sondern auch die restlichen Effekte besser verstehen, die im Rauschen versteckt sind“, sagt Danzmann. Die wissenschaftliche Missionsphase von LISA-Pathfinder hat offiziell am 1. März begonnen und dauert sechs Monate.

LUH / RK