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www.ieap.uni-kiel.de/et/ag-wimmer/ | 21. 11. 2017

AG Wimmer-Schweingruber

Weltraumforschung in Kiel

Bedeutung der extraterrestrischen Physik für andere Fachgebiete

In den letzten Jahren ist die zunehmende Abhängigkeit unserer Gesellschaft von extraterrestrischen Einflüssen immer klarer geworden. Während der Einfluss der Sonne auf das irdische Klima und Wetter offensichtlich ist, ist die Bedeutung der Heliosphäre als Schutz vor dem interstellaren und galaktischen Medium erst in jüngerer Zeit erkannt worden. Die volle Wirkungskette des Einflusses der Sonne auf das irdische Klima ist zur Zeit nicht verstanden. Während Schwankungen der Leuchtkraft der Sonne direkter Messungen zugänglich sind, scheinen andere mögliche Prozesse schwieriger zu quantifizieren zu sein. Die Variation der galaktischen kosmischen Strahlung und eine möglicherweise damit einhergehende Veränderung der Wolkenbildung ist heute ein höchst umstrittenes Thema mit weit reichenden Konsequenzen.

Abbildung 1: Darstellung der Heliosphäre
Abbildung 1: Darstellung der Heliosphäre [Originalgröße]

Die Sonne beeinflusst auf Zeitskalen von ca. 22 Jahren ihre Umgebung, die Heliosphäre, bis zu Entfernungen von der Größenordnung 100 astronomischer Einheiten (1 AE = einfacher Abstand Erde - Sonne; 150 Mio. km) ganz wesentlich. Die mit der solaren Aktivität veränderliche Struktur der Heliosphäre moduliert die galaktische kosmische Strahlung und hat damit möglicherweise auch auf diese Weise einen Einfluss auf das irdische Klima. Entscheidend ist hier das Verständnis der Modulationsprozesse bzw. der Veränderungen in der heliosphärischen Struktur.

Die Strahlenexposition in der Luftfahrt und in der bemannten Weltraumfahrt wird primär durch das Weltraumwetter bestimmt. Aus Strahlenschutzgründen ist es von Bedeutung, die Zusammenhänge zwischen der kosmischen Strahlung und den Messdaten auf der Raumstation (ISS) und zivilen Luftfahrzeugen zu bestimmen. Auch auf den Betrieb von Satelliten auf erdnahen Orbits wirkt sich das Weltraumwetter aus. Einerseits gefährden Teilchenstürme die Funktion von Instumenten, was zu teuren Ausfällen führen kann, andererseits verursacht eine aktivere Sonne mit dem damit einhergehenden "schlechteren" Weltraumwetter eine Ausdehnung der obersten Atmosphäre, was zu einer Abbremsung der Satelliten bis hin zu ihrem Absturz führen kann.

Die Beschleunigung von Teilchen zu hohen Energien ist ein in der Astrophysik weit verbreitetes Phänomen, welches nur in der Sonnenatmosphäre (der Korona) und der Heliosphäre direkt (und in der Heliposphäre sogar in situ) beobachtet werden kann. Damit ist die Heliosphäre ein Labor für astrophysikalische Prozesse. In der technischen Anwendung der Kernfusion stellt die Diffusion von Teilchen quer zum Magnetfeld ein großes Problem dar, weil sie zu Verlusten im magnetischen Einschluss des Plasmas führt. In der Heliosphäre scheint der Einfluss der Querdiffusion ein ganz wesentlicher Bestandteil der Plasmadynamik zu sein, womit sich die Heliosphäre auch zu einem für die Plasmaphysik interessanten Labor entwickelt.

Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Aspekt ist ist die enge Zusammenarbeit mit der Industrie, in der Know-How neu geschaffen und ausgetauscht wird. Die äusserst harten Anforderungen an Masse, Leistungsaufnahme, Störanfälligkeit, Stabilität etc. sowie die komplexen Anforderungen im Projektmanagement bedingen die Entwicklung von immer wieder neuen Lösungen, die auch in anderen Bereichen des täglichen Lebens einfliessen (z.B.: Autoelektronik muss sowohl in Finnland im Winter und in der Sahara im Sommer funktionieren). Die produktive Zusammenarbeit mit der Industrie konnte in den letzten Jahren aufgrund der sehr knappen Fördermittel nicht mehr aufrechterhalten werden.

Die extraterrestrische Physik hat, wie jede „Weltraumphysik“ eine große Öffentlichkeitswirkung und damit einen entscheidenden Einfluss auf die Motivation junger Menschen, in der Schule eine naturwissenschaftliche Richtung oder später ein naturwissenschaftlichens Studium aufzunehmen. Die zunehmende Komplexität unserer hochvernetzten Gesellschaft erfordert gut ausgebildete junge Menschen, welche die daraus entspringenden Probleme erkennen und lösen können. Auch hier leistet die Extraterrestrische Physik einerseits durch ihre Öffentlichkeitsarbeit, wie auch durch die Ausbildung einen wichtigen Beitrag.

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