Astronomie

Weltraumforschung - Erforschung des Universums

Erkundung der Universum

Bis zum Beginn der Raumfahrt waren Astronomen in ihrer Fähigkeit, Objekte jenseits des Sonnensystems zu beobachten, auf jene Teile des elektromagnetischen Spektrums beschränkt , die die Erdatmosphäre durchdringen können . Diese Teile umfassen den sichtbaren Bereich, Teile des Ultraviolettbereichs und den größten Teil des Hochfrequenzbereichs. Die Möglichkeit, Instrumente auf einem Raumschiff zu platzieren, das über der Atmosphäre operiert ( siehe Satellitenobservatorium ), eröffnete die Möglichkeit, das Universum in allen Regionen des Spektrums zu beobachten. Selbst im sichtbaren Bereich könnte ein weltraumgestütztes Observatorium die Probleme vermeiden, die durch atmosphärische Turbulenzen und Luftglühen verursacht werden.

Ab den 1960er Jahren wurden eine Reihe von Ländern gegründet Satelliten zur Erforschung kosmischer Phänomene im Gamma-, Röntgen-, Ultraviolett-, sichtbaren und infraroten Bereich. In jüngerer Zeit wurde die weltraumgestützte Radioastronomie betrieben . In den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts begannen die Vereinigten Staaten mit der Entwicklung einer Reihe von Langzeit-Orbitalanlagen, die zusammen alsGroße Observatorien . Dazu gehört dieHubble-Weltraumteleskop , das 1990 für Beobachtungen im sichtbaren und ultravioletten Bereich gestartet wurde; dasCompton Gamma Ray Observatory , 1991 gegründet; dasChandra X-Ray Observatory , 1999 gegründet; und dasDas 2003 gestartete Spitzer-Weltraumteleskop . Europa und Japan waren auch in der weltraumgestützten Astronomie und Astrophysik tätig . Das 2009 gestartete europäische Herschel- Infrarotobservatorium untersuchte den Ursprung und die Entwicklung von Sternen und Galaxien. Ein Teleskop an Bord des 2006 gestarteten japanischen Raumfahrzeugs Akari beobachtete das Universum ebenfalls im Infrarotspektrum.

Die Ergebnisse dieser Weltraumuntersuchungen haben wesentlich zum Verständnis des Ursprungs, der Entwicklung und der wahrscheinlichen Zukunft des Universums, der Galaxien, Sterne und Planetensysteme beigetragen. Zum Beispiel die USADer 1989 gestartete Satellit Cosmic Background Explorer (COBE) kartierte die vom frühen Universum übrig gebliebene Mikrowellen-Hintergrundstrahlung und stützte damit die Theorie, dass das Universum in einer ursprünglichen Explosion, dem Urknall, entstanden ist . Präzisionsmessungen dieses kosmischen Mikrowellenhintergrunds mit der amerikanischen Wilkinson-Mikrowellenanisotropiesonde (WMAP, 2001) und dem europäischen Planck- Raumschiff (2009) ermöglichten es Astronomen, Alter, Größe und Form des Universums zu bestimmen. Der US-Satellit Kepler (2009) entdeckte Tausende von Planetenkandidaten für verblüffende Vielfalt , die entfernte Sonnen umkreist. Die europäischen SatellitenHipparcos (1989) und Gaia (2013) haben die Position von mehr als einer Milliarde Sternen genau kartiert. Die beeindruckenden Bilder kosmischer Objekte, die mit dem Hubble-Weltraumteleskop aufgenommen wurden, trugen nicht nur wesentlich zur wissenschaftlichen Erkenntnis bei, sondern prägten auch die Wahrnehmung des Kosmos durch die Öffentlichkeit, möglicherweise ebenso bedeutend wie die Beobachtungen des Astronomen Galileo über Mond und Jupiter vor fast vier Jahrhunderten. Als Ergänzung zu bodengestützten Observatorien mit zunehmender Empfindlichkeit trugen weltraumgestützte Observatorien zu einer Revolution in der modernen Astronomie bei.

Schwerelosigkeitsforschung

Ein Raumschiff, das die Erde umkreist, befindet sich im Wesentlichen in einem kontinuierlichen Zustand des freien Falls . Alle mit dem Raumschiff verbundenen Objekte, einschließlich der Besatzung und anderer Inhalte, beschleunigen - dh fallen frei - mit der gleichen Geschwindigkeit im Gravitationsfeld der Erde ( siehe Erde: Grundlegende Planetendaten ). Infolgedessen „fühlen“ diese Objekte nicht die Anwesenheit der Schwerkraft der Erde, sondern erfahren stattdessen einen Zustand vonSchwerelosigkeit oder Schwerelosigkeit. Die wahre Schwerelosigkeit wird jedoch nur im Massenmittelpunkt eines frei fallenden Objekts erlebt. Mit zunehmender Entfernung vom Schwerpunkt nimmt der Einfluss der Schwerkraft in beiden Richtungen senkrecht zur Flugbahn des Objekts zu . Diese Konstante aber winzige Beschleunigungen notwendig machen , die Verwendung des Begriffs Schwerelosigkeit , den Raum zu beschreiben Umwelt. (Es ist möglich, eine ähnliche Abwesenheit von Schwerkrafteffekten nur kurzzeitig auf der Erde oder in einem Flugzeug zu erzeugen.) Menschliche Aktivitäten oder der Betrieb von Ausrüstung in einem Raumfahrzeug verursachen Vibrationen, die zusätzliche Beschleunigungen verleihen und so die Schwerkraft erhöhen, was es schwierig machen kann Hochempfindliche Experimente unter ausreichend niedrigen Mikrogravitationsbedingungen durchführen. Obwohl Raumfahrzeugdesigner Gravitationseffekte nicht vollständig eliminieren können, hoffen sie, sie in einigen Teilen der USA zu reduzierenInternationale Raumstation auf eine Mikrogravitation - ein Millionstel der Erdgravitation -, indem diese Bereiche so weit wie möglich von Vibrationen und anderen Störungen isoliert werden.

Die Möglichkeit, Experimente ohne Schwerkraft durchzuführen, hat Wissenschaftler von Beginn ihrer Aktivitäten im Orbit an interessiert. Neben der Besorgnis über die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf Menschen, die in den Weltraum geschickt werden ( siehe oben Biomedizinische, psychologische und soziologische Aspekte ), sind Wissenschaftler an ihren Auswirkungen auf die Fortpflanzungs- und Entwicklungszyklen von Pflanzen und Tieren außer Menschen interessiert. Das übergeordnete Ziel besteht darin, mithilfe weltraumgestützter Forschung das allgemeine Verständnis einer Vielzahl biologischer Prozesse zu verbessern.

Biowissenschaftliche Experimente wurden an den Raumstationen Skylab , Salyut und Mir durchgeführt und machen einen bedeutenden Teil der Arbeit an Bord der ISS aus. Solche Untersuchungen wurden auch an Space-Shuttle- Missionen durchgeführt, insbesondere innerhalb der Spacelab- Einrichtung. Darüber hinaus die Sowjetunion and the United States launched a number of robotic satellites dedicated to life-sciences research. Together these experiments have involved a wide range of nonhuman organisms, from bacteria, plants, and invertebrate animals to fish, birds, frogs, turtles, and mammals such as rats and monkeys. Human crew members also have served as experimental subjects for research on such topics as the functioning of the neurological system and the process of aging. In October 1998, the U.S. senator and former Mercury astronaut John H. Glenn, Jr., at age 77 returned to space on a shuttle mission dedicated to life-sciences research, which included studies of similarities between the aging process and the body’s response to weightlessness. The hope is that the results of biomedical experiments conducted in microgravity can be used to improve human health and well-being on Earth.

The microgravity environment also offers unique conditions for experiments designed to explore the behaviour of materials. Among the areas of inquiry are biotechnology, combustion science, fluid physics, fundamental physics, and materials science. Experiments in the microgravity environment on various materials, including metals, alloys, electronic and photonic materials, composites, colloids, glasses and ceramics, and polymers, have resulted in a greater understanding of the role of gravity in similar laboratory and manufacturing processes on Earth. The microgravity environment offers the potential for producing biological materials, including highly ordered protein crystals for crystallographic analysis and even materials resembling human tissues, that are difficult or impossible to make on Earth. Although microgravity research is still largely at the basic level, scientists and engineers hope that additional work—another major focus for the ISS—will lead to practical knowledge of great usefulness to manufacturing processes on Earth.

Erde beobachten

Satellites, space stations, and space shuttle missions have provided a new perspective for scientists to collect data about Earth itself. In addition to practical applications (see below Space applications), Earth observation from space has made significant contributions to fundamental knowledge. An early and continuing example is the use of satellites to make various geodetic measurements, which has allowed precise determinations of Earth’s shape, internal structure, and rotational motion and the tidal and other periodic motions of the oceans. Fields as diverse as archaeology, seismology, and oceanography likewise have benefited from observations and measurements made from orbit.

Wissenschaftler haben begonnen, Beobachtungen aus dem Weltraum als Teil umfassender Bemühungen in Bereichen wie Ozeanographie und Ökologie zu nutzen, um die Ursachen, Prozesse und Auswirkungen des globalen Klimawandels , einschließlich des Einflusses menschlicher Aktivitäten, zu verstehen und zu modellieren . Ziel ist es, über einen bedeutenden Zeitraum umfassende Datensätze über wichtige physikalische, chemische und biologische Prozesse zu erhalten, die die Zukunft des Planeten gestalten. Dies ist eine koordinierte internationale Anstrengung, bei der die Vereinigten Staaten, Europa, Japan und andere Länder Satelliten bereitstellen, um die erforderlichen Beobachtungen zu erhalten.