Plasmakristalllabor PK-4 22.06.2015, 13:37 Uhr

ISS hat DLR-Labor für Plasmaforschung in Betrieb genommen

Nun ist es endlich im Einsatz: das Plasmakristalllabor PK-4 auf der Internationalen Raumstation ISS. Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) wollen damit den Geheimnissen komplexer Plasmen auf die Schliche kommen. 

Das PK-4-Labor im Versuchsstadium auf der Erde: Es macht physikalische Prozesse sichtbar, die normalerweise auf Atom- und Molekülebene ablaufen.  

Das PK-4-Labor im Versuchsstadium auf der Erde: Es macht physikalische Prozesse sichtbar, die normalerweise auf Atom- und Molekülebene ablaufen.  

Foto: MPE

„Nach über einem Jahrzehnt von Planung, Design, Fertigung und Qualifikation haben wir es jetzt endlich geschafft, die wissenschaftliche Phase zu starten“, freut sich Hubertus Thomas, Leiter der DLR-Forschungsgruppe Komplexe Plasmen. „Wir sind hier dem gesamten Entwicklungsteam am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching und bei OHB-München sehr dankbar. Gemeinsam haben wir ein großartiges Labor auf Columbus zustande gebracht, das uns hoffentlich über viele Jahre exzellente Wissenschaft ermöglicht.“ 

Plasmakristalllabor macht Prozesse auf Atom- und Molekülebene sichtbar

Mit dem Plasmakristalllabor PK-4 können Forscher in der Schwerelosigkeit physikalische Prozesse sichtbar machen, die normalerweise auf Atom- und Molekülebene ablaufen – etwa die Bewegung einzelner Teilchen.

Den ersten Test führte der russische Kosmonaut Gennady Padalka an Bord der ISS durch. Scheinbar mühelos fing er flinke Partikel im Plasma ein. Die anderen Astronauten versammelten sich derweil vor dem Monitor und wurden Zeuge eines ungewöhnlichen Schauspiels: Sie sahen, wie sich eine ruhige Partikelwolke plötzlich in eine Scherströmung verwandelte, als Padalka einen starken Laserstrahl in das flüssige Plasma lenkte.

Gennady Padalka im Columbus-Modul der ISS: Der russische Kosmonaut hat das Plasmakristalllabor PK-4 in Betrieb genommen. 

Gennady Padalka im Columbus-Modul der ISS: Der russische Kosmonaut hat das Plasmakristalllabor PK-4 in Betrieb genommen. 

Foto: ESA/Roscosmos

Auch das Kontrollzentrum des Labors in Toulouse konnte das Experiment verfolgen: mit einer neuen virtuellen Tele-Science-Einheit. Das System ist identisch zur Apparatur an Bord der ISS und virtuell damit verbunden. Konnten die Wissenschaftler auf der Erde die Experimente bislang nur am Videobildschirm verfolgen und Befehle per Audiokontakt geben, können sie jetzt mit eigenen Augen beobachten, was im Labor gerade passiert – und den Ablauf bei Bedarf ändern. 

Komplexe Plasmen sind ideale Modellsysteme

Plasma ist elektrisch neutral geladenes Gas und neben fest, flüssig und gasförmig der vierte Zustand der Materie. Im Plasma können geordnete Strukturen entstehen, sogenannte Plasmakristalle – eine Erkenntnis, die 1994 das Bild der Physik veränderte. Die Kristalle entstehen, wenn in einem geladenen Gas zusätzlich Staubpartikel oder andere Mikropartikel enthalten sind.

Die Besonderheit: Die Plasmateilchen sind nur wenige Mikrometer groß, besitzen aber eine vergleichsweise hohe Masse. Jede Veränderung läuft wie in Zeitlupe ab. Dadurch können Forscher sogar die Bewegung einzelner Partikel beobachten. Komplexe Plasmen sind damit ideale Modellsysteme zur Erforschung dynamischer Vorgänge in der Materie, bei denen die Staubteilchen Atome oder Moleküle repräsentieren.

In der ruhigen Partikelwolke entstand eine Scherströmung, als Padalka einen starken Laserstrahl in das flüssige Plasma lenkte. 

In der ruhigen Partikelwolke entstand eine Scherströmung, als Padalka einen starken Laserstrahl in das flüssige Plasma lenkte. 

Foto: DLR (CC-BY 3.0)

Auf der Erde ist die Erforschung komplexer Plasmen nur eingeschränkt möglich: Die Partikel breiten sich im Schwerefeld nicht homogen aus, sondern sinken ab und stauchen das System in Richtung der Schwerkraft. Erst in der Schwerelosigkeit wird sichtbar, wie sich die Plasmateilchen im Raum verhalten und sich gegenseitig beeinflussen.

Wissenschaftliche Experimente starten im Herbst 2015

Das PK-4-Labor ist eine europäisch-russische Kooperation, finanziert durch die europäische Weltraumorganisation ESA und die russische Raumfahrtbehörde Roskosmos. Es soll für mindestens vier Jahre auf der ISS aktiv sein. Der Start der wissenschaftlichen Experimente ist für Herbst 2015 geplant. 

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