Frankfurter Studenten

Blitzeinsatz auf der ISS

Von Sascha Zoske
© Maria Klenner, F.A.Z.

Im Weltall einen Film drehen: So lässt sich zusammenfassen, was Tamara Koch und ihre Kommilitonen vorhaben. Sehr einfach ausgedrückt, zugegeben. Koch und die elf anderen Mitglieder ihres Teams werden nicht das Vergnügen haben, mit Kameras durch die Internationale Raumstation ISS zu schweben. Regie wird dort oben Alexander Gerst führen, der künftige Kommandant der ISS. Viel künstlerische Gestaltungsfreiheit dürfte er dabei allerdings nicht haben. Im Grunde besteht seine Aufgabe nur darin, einen Knopf zu drücken und damit die Filmproduktion zu starten, für die sich die Frankfurter Studenten nicht nur das Drehbuch ausgedacht haben. Auch die technische Ausstattung für diesen Streifen wird zu großen Teilen in der Goethe-Universität zusammengebaut.

Es wird kein Blockbuster werden. Nicht feindlichen Raumkreuzern oder zerstörerischen Asteroiden wird in Kochs Film eingeheizt, sondern lediglich ein paar Staubteilchen. Für das Finale wird sich statt eines Millionenpublikums vermutlich nur eine kleine Gemeinde von Wissenschaftlern interessieren. In diesem Kreis aber könnte ein Happy End den Frankfurtern viel Anerkennung einbringen. Zum Beispiel in Form eines Artikels in einer renommierten Fachzeitschrift. „Ein Beitrag für ,Nature‘, das wäre schon nett“, sagt Koch.

So beginnt der Tag in Frankfurt und Rhein-Main: das Wichtigste in Kürze, mit Hinweisen auf mobile Blitzer, Straßensperrungen, Gaststätten.

Eindruck gemacht hat das Skript, das die Doktorandin und ihre Mitstreiter geschrieben haben, zunächst einmal im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die Frankfurter Uni-Gruppe gehört zu den Gewinnern eines vom DLR ausgeschriebenen Wettbewerbs: Gesucht worden waren originelle Experimente, die der deutsche Astronaut Gerst während seines Aufenthalts auf der ISS im nächsten Jahr durchführen kann.

Kochs Doktorvater Frank Brenker, Professor am Institut für Geowissenschaften, warb unter Mitarbeitern und Studenten für die Teilnahme an dem Wettstreit. Um Gruppenleiterin Koch fand sich schnell ein knappes Dutzend Interessierte zusammen – überwiegend angehende Geowissenschaftler und Physiker. Lange wendeten die Studenten Ideen für Versuche hin und her, und „irgendwann war alles doof“, erinnert Koch sich lachend. Dann aber kam dem Kreis eine buchstäblich zündende Idee: Die Jungforscher beschlossen, die Hypothese zu überprüfen, dass Blitze eine entscheidende Rolle bei der Entstehung von Himmelskörpern gespielt haben könnten.

Einschlüsse in Meteoriten

Vor 4,5 Milliarden Jahren war das heutige Sonnensystem nur ein Nebel aus Gas und Staubkörnern. Wie sich aus winzigen Krümeln größere Festkörper und schließlich ganze Planeten formten, ist im Detail bis heute ungeklärt. Offenbar verschmolzen die mineralischen Partikel unter großer Hitze miteinander und erstarrten dann zu Tröpfchen, den sogenannten Chondren. Sie finden sich auch als Einschlüsse in Meteoriten. Drei Theorien gibt es, die erklären sollen, warum die Staubteilchen fusioniert sind. Schockwellen könnten eine Ursache gewesen sein, vielleicht auch Zusammenstöße mit Asteroiden. Oder eben Blitze. Elektrische Entladungen, verursacht durch Reibung der Partikel aneinander.

Koch und ihre Mitstreiter dachten sich einen Versuchsaufbau aus, der zeigen soll, ob sich tatsächlich Chondren bilden, wenn man es in einem Staubnebel blitzen lässt – und zwar in der Schwerelosigkeit. Blitze kann man auch auf der Erde simulieren, zum Beispiel in Falltürmen, aber nicht lange genug für ein solches Experiment. Da liegt der Gedanke nahe, es im Weltraumlabor zu probieren. Auf Konferenzen erzählte Brenker Kollegen von der Idee: „Die sagten, das wollen wir schon seit 20 Jahren ausprobieren. Jetzt macht es endlich mal jemand.“

Koch und die Studenten entwarfen ein Modell, das zeigt, wie alle für das Experiment nötigen Bauteile auf kleinem Raum untergebracht werden können. Sie ließen das Modell per 3D-Drucker herstellen und bewarben sich damit beim DLR. Im Mai erfuhren sie, dass sie ihre Idee verwirklichen dürfen. Seitdem trifft sich das Team regelmäßig, besorgt die Bauteile für einen Prototypen der Blitz-Box, fügt sie zusammen und arbeitet an einem kleinen Computerprogramm, das den Versuch steuert. Für die Anschaffungen hat das Bundeswirtschaftsministerium rund 15.000 Euro bewilligt.

Wie in den Nebeln des frühen Sonnensystems

Herzstück des Experimentierkastens wird ein gläsernes Gebilde sein, das wie ein T geformt ist – die Blitzkammer. Gefüllt wird sie mit pulverisiertem Olivin, einem Eisen-Magnesium-Silikat, das auch in den Nebeln des frühen Sonnensystems vorkam. Die Luft wird aus der Röhre entfernt und durch Neongas ersetzt, anschließend wird das Glas zugeschmolzen. Den Olivinstaub stellen die Studenten in der Uni selbst her, das Verschließen der Kammer übernimmt eine Spezialfirma. Oben auf der ISS muss dann nur noch ein Astronaut das Experiment starten. Dann zucken durch die Röhre kleine Funken, die ein Plattenkondensator erzeugt. Gleichzeitig filmt eine hochauflösende Kamera den Vorgang – und zeigt, so hoffen die angehenden Wissenschaftler, wie die Staubkörnchen in der Kammer nach dem Aufglühen zu Chondren zusammenklumpen.

Im September müssen die Studenten den Prototypen ihres Geräts nach Amerika schicken. Dort wird überprüft, ob es sicher und robust genug ist, um auf die ISS geschickt zu werden. „Die einzelnen Teile sind nicht so kompliziert“, sagt Yannik Schaper. Am schwierigsten sei es, alle Elemente in eine Kiste mit weniger als 15 Zentimeter Kantenlänge zu packen – mit Strom versorgt von einem Akku, der noch auf der Erde aufgeladen werden muss.

Der durchgeglühte Olivinstaub

Schaper, 19 Jahre alt und im zweiten Physiksemester, redet so souverän über seine Arbeit, als habe er schon ein Praktikum in einem Nasa-Labor absolviert. Teamchefin Koch hat auch kein Problem damit, wenn einmal ein anderer aus dem Team und nicht sie selbst das Wort führt. Für die Sechsundzwanzigjährige ist die Weltraummission schon jetzt ein Gewinn: Von Oktober an finanziert eine Stiftung ihr eine Stelle, so dass sie sich ein Jahr lang vorwiegend dem ISS-Versuch widmen kann. Natürlich soll auch ein Mehrwert für ihre Doktorarbeit entstehen – etwa in Form eines Beitrags für ein Fachjournal. Den anderen Teammitgliedern geht es nach eigenem Bekunden nicht um Leistungspunkte fürs Studium, obwohl sie die vielleicht sogar durch ein Seminar zum Projekt erwerben können. Ihnen genügt die Ehre, dass ein von ihnen entworfenes Experiment die Erde umkreist und womöglich noch ein Rätsel des Sonnensystems löst.

Gesteigert würde der wissenschaftliche Wert noch, wenn die Versuchsbox nach dem Überspielen des Films nicht als Weltraumschrott entsorgt, sondern zurück auf die Erde gebracht würde. Dann könnte der durchgeglühte Olivinstaub in Brenkers Labor elektronenmikroskopisch und spektroskopisch untersucht werden, um weitere Argumente für oder gegen die Blitz-Hypothese zu finden. Im Oktober nächsten Jahres könnte die Kammer zurück in Frankfurt sein, sofern der Antrag auf Rücktransport genehmigt wird.

Doch zunächst muss sie auf die ISS geschafft werden. Für März ist der Start einer unbemannten Transportrakete geplant. Sie könnte auf Cape Canaveral im amerikanischen Bundesstaat Florida abheben oder in Virginia. Das Fördergeld reicht, um vier Mitgliedern des Teams den Flug nach Amerika zu bezahlen. Tamara Koch hofft aber, dass sich Gönner finden, die allen am Projekt beteiligten Studenten die Reise ermöglichen. Live dabei zu sein, wenn eine Rakete donnernd in den Himmel steigt, das ist schließlich ganz großes Kino.

Quelle: F.A.Z.
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