Astrophysik im Erdorbit

Es soll der 25. und letzte Start der Raumfähre »Endeavour« werden. Inzwischen ist der Termin wegen technischer Probleme bereits zum dritten Mal verschoben worden, zuletzt auf den 16. Mai.

Trotz der Verschiebungen: Dieser Start könnte in der Wissenschaft noch einmal von sich reden machen, ehe der 1992 in Betrieb genommene Raumtransporter im Museum landet. Denn an Bord wird sich ein wahrer Koloss von Forschungsgerät befinden: das sieben Tonnen schwere Alpha-Magnet-Spektrometer (AMS-02), von dem bereits seit acht Jahren geredet wird. Doch der Absturz der Raumfähre Columbia im Jahre 2003 brachte die Planung völlig durcheinander, so dass es erst jetzt zur Raumstation ISS kommt. Kritiker hatten das Ihre dazu getan, das Projekt immer wieder in Frage zu stellen. Es sei mit zwei Milliarden Dollar viel zu teuer und man könne dieselben Fragen auch mit Hilfe viel billigerer Ballonmissionen beantworten. Doch letztlich wurde das AMS gebaut und das gesamte Projekt unter die Leitung von Samuel Ting gestellt, einem Elementarteilchen-Physiker, der 1974 das Charm-Quark entdeckt und dafür den Nobelpreis erhalten hatte. Im Übrigen ist AMS ein multinationales Projekt, an dem insgesamt 56 Forschungsinstitute aus 16 Ländern, darunter auch Deutschland, beteiligt sind. Beim Bau des Riesendetektors konnten die Erfahrungen seines Vorgängers (AMS-01) mit einfließen, der bereits 1998 an Bord der Raumfähre Discovery zehn Tage im Einsatz war.

Das Instrument gestattet, Ladungen und Massen elektrisch geladener Teilchen bis zu einer Energie von 1000 Milliarden Gigaelektronenvolt zu messen. Ein Magnetfeld, das 4000-fach so stark wie das Erdmagnetfeld ist, krümmt die Bahn der Teilchen je nach Masse und Impuls, so dass deren Identifikation möglich wird.

Bei dem Alpha-Magnet-Spektrometer handelt es sich um das leistungsfähigste bisher in den Erdorbit gebrachte Nachweisgerät für elektrisch geladene Teilchen aus dem Universum. Damit wird gleichsam ein ganz neues Auge auf den Kosmos gerichtet. Man spricht schon jetzt vom »Weltraumteleskop der kosmischen Strahlung«. Die Fragen, die AMS-02 beantworten soll, sind für die Wissenschaft von höchster Brisanz.

Zum einen geht es um die Antimaterie. Jene »Teilchen aus der Gegenwelt« stimmen in allen Eigenschaften mit den uns bekannten Teilchen überein, außer in ihren Ladungen. So ist z.B. der Gegenspieler des Elektrons, das Positron, positiv geladen und ein Antiproton negativ. Antielektronen und Antiprotonen wurden längst experimentell nachgewiesen. Ganze Antiwasserstoffatome, bestehend aus einem Antiproton im Kern und einem Positron in der Hülle, sind bereits 1995 erstmals am Europäischen Kernforschungszentrum (CERN) hergestellt worden. Antiheliumkerne wurden gerade in den USA erstmals künstlich erzeugt. Doch im Universum scheint es keine Antimaterie zu geben, obschon nach gängiger Meinung ursprünglich genauso viele Materie- wie Antimaterie-Teilchen vorhanden gewesen sein sollten. Wenn aber – durch einen sogenannten Symmetriebruch vor Jahrmilliarden – geringfügig mehr Teilchen als Antiteilchen entstanden, so vernichteten sich die beiden Sorten gegenseitig, bis nur noch die uns bekannte gewöhnliche Materie übrig blieb. Es spricht manches dafür, dass es so gewesen ist. Doch ein unanfechtbarer Beweis fehlt. Deshalb halten es viele Forscher durchaus für möglich, dass es draußen im Weltall ganze Sterne und Sternsysteme gibt, die aus Antimaterie aufgebaut sind. Sollte es mit Hilfe von AMS-02 gelingen, z.B. Antikohlenstoff-Atomkerne nachzuweisen, so wäre dies ein Hinweis auf »Antisterne«, denn Kohlenstoff wird im Inneren von Sternen durch Kernfusion synthetisiert. Demnach könnte ein Antikohlenstoff-Kern (elektrisch negativ geladen) nur aus einem Anti-Stern (einem Stern aus Antimaterie) stammen. Je nachdem, wie die Ergebnisse beschaffen sein werden, die AMS uns bringt, könnte unsere Vorstellung über das Weltall ins Wanken kommen oder bestätigt werden.

Ein weiteres Rätsel, dem sich das AMS-Experiment an die Fersen heftet, ist die »Dunkle Masse« des Universums. Dass tatsächlich ca. 30 Prozent des Universums von uns nicht direkt wahrgenommen werden können, steht außer Zweifel. Hingegen ist weitgehend unklar, was eigentlich dahinter steckt. Zahlreiche Forscher nehmen an, die »Dunkle Materie«, deren Gravitationswirkung wir beobachten, bestehe aus noch unentdeckten Teilchen. Da AMS eine gegenüber bisherigen Experimenten 1000- bis millionenfach höhere Nachweisempfindlichkeit aufweist, könnte es solche hypothetischen Teilchen indirekt finden. So könnten etwa größere Mengen an Positronen Zerstrahlungsprodukte von Teilchen der »Dunklen Materie« sein. Solche Messergebnisse könnten vielleicht eines der großen Rätsel in der Astrophysik der vergangenen Jahrzehnte lösen. In der Elementarteilchenphysik postuliert man aber auch noch andere, sehr schwere Teilchen, von denen bis jetzt jede Spur fehlt. Auch da hoffen die Physiker auf AMS.

Die Geschichte der Wissenschaften lehrt aber außerdem, dass beim Einsatz neuartiger Nachweisgeräte auch Unerwartetes gefunden wird, das den Horizont des Weltbildes mitunter erheblich verschiebt. Deshalb hofft Samuel Ting auch: »Das Aufregendste am AMS-Experiment ist die Erforschung des Unbekannten, die Suche nach in der Natur vorkommenden Phänomenen, für die uns bisher die Vorstellungskraft und die Werkzeuge zu ihrer Entdeckung fehlten«.

So darf man den Resultaten des Alpha-Magnet-Spektrometers mit einiger Spannung entgegensehen, die übrigens die gerade laufenden Untersuchungen am Large Hadron Collider in Genf sinnvoll ergänzen. In Genf ist das Weltraum-Spektrometer auch zum großen Teil gebaut und getestet worden.