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Dunkle Geheimnisse und sparsame Raketen


Es gibt zwei Möglichkeiten, das Universum zu erforschen: Man arbeitet von der Erde aus, oder man macht sich auf den Weg in den Weltraum. In beiden Fällen spielt das Edelgas Xenon eine wichtige Rolle.

Elektrorakete

Ein herkömmlicher Raketenantrieb ist im Grunde ein Verbrennungsmotor. Will man damit im Vakuum des Weltraums Schub generieren, braucht man neben dem Treibstoff also auch einen Vorrat an Sauerstoff. Beides muss erstmal über die Hürde der Erdanziehungskraft ins All befördert werden. Diese „Doppelbelastung“ der Antriebskraft lässt sich mit einem Ionentriebwerk drastisch reduzieren, denn es erzeugt den Vortrieb mit elektrischer Energie, in der Regel aus einem Solarmodul. Mit dieser Energie wird eine relativ kleine Menge eines Gases zunächst ionisiert. Xenon hat sich als der Stoff bewährt, der im Weltraum am besten für diesen Zweck geeignet ist. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes lassen sich die Xenon-Ionen auf hohe Geschwindigkeit beschleunigen. Beim Austritt aus dem Triebwerk produzieren sie einen Rückstoß und damit den Schub.

Wenn die klassische Brenner-Rakete ein „Ferrari“ ist, entspricht das Ionen-Raumfahrzeug allerdings einem Dreirad. Sein Schub ist um Dimensionen schwächer, doch sind der Beschleunigung dieses Gefährts kaum Grenzen gesetzt. Einmal im Weltraum, lässt sich eine Ionenrakete langsam aber sicher auf sehr hohes Tempo bringen. Deshalb soll ein solches Fahrzeug der ersten bemannten Marsmission vorausfliegen und das Gepäck für die per „Ferrari“ nachfolgende menschliche Besatzung schon mal auf den roten Planeten befördern. Bei Satelliten sorgen Xenon-Ionentriebwerke schon seit Jahren zuverlässig für die Positionskorrektur.

Xenon fängt dunkle Materie

Während in einem Satelliten nur kleine Mengen des Edelgases zum Einsatz kommen, braucht man bei der irdischen Jagd auf die Dunkle Materie sehr viel mehr davon. Die Existenz Dunkler Materie wurde bisher noch nicht nachgewiesen – dass es sie geben muss, folgern Astrophysiker
aus ihren Messergebnissen und Berechnungen. Ohne Dunkle Materie würden die Galaxien von der Fliehkraft ihrer Rotation auseinandergerissen. Ihre Masse muss deshalb fünfmal so groß sein wie die der sichtbaren Materie. Die allgemein akzeptierte Theorie besagt, dass sie aus schwach wechselwirkenden massereichen Teilchen, den WIMPs, besteht. Vermutlich rasen auf der Erde jede Sekunde rund 100.000 dieser Partikel praktisch ungehindert durch eine Fläche von der Größe eines Daumennagels. Trotzdem kommt es nur extrem selten zu einem Zusammenstoß mit der sichtbaren Materie. Und wenn es doch passiert, lässt er sich kaum feststellen, da andere Zusammenstöße
viel häufiger vorkommen. Denn die natürliche Radioaktivität und die allgegenwärtige kosmische Strahlung erzeugen ständig zahllose Kollisionen auf der Teilchenebene.

Zur Abschirmung gegen solche Strahlung ist beispielsweise das Untergrundlabor Jin-Ping 2.400 Meter tief in einer Gebirgsformation der chinesischen Provinz Sichuan untergebracht. Dort fahnden Wissenschaftler aus der ganzen Welt nach den rätselhaften Teilchen. Das Projekt mit dem Namen PandaX verwendet einen Tank, in dem sich eine halbe Tonne Xenon zum Teil in flüssigem und zum Teil in gasförmigem Zustand befindet. Kollidiert ein Dunkle-Materie- Partikel mit einem Xenon-Atom, soll es anhand des entstehenden Lichtblitzes identifiziert werden können, was bisher allerdings noch nicht gelungen ist. Das hochreine Gas für das Forschungsprojekt wird teilweise von Messer in China geliefert.

Autor: Redaktion