Aachener Physiker am größten ISS-Projekt beteiligt

Von: Thorsten Karbach
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Faszination Weltraum: Der Aachener Physiker Stefan Schael blickt auf den AMS-Teilchendetektor an der Raumstation ISS. Er hat ihn mitgebaut. Foto: Nasa
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Faszination Weltraum: Der Aachener Physiker Stefan Schael blickt auf den AMS-Teilchendetektor an der Raumstation ISS. Er hat ihn mitgebaut. Foto: Andreas Steindl
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Faszination Weltraum: Der Aachener Physiker Stefan Schael blickt auf den AMS-Teilchendetektor an der Raumstation ISS. Er hat ihn mitgebaut. Foto: Nasa

Aachen. Es ist kein Griff zu den Sternen, kein Spaziergang im Weltall, aber ein großer Schritt der Erkenntnis ist das Ziel. An der Raumstation ISS ist der 7,5 Tonnen schwere Teilchendetektor AMS (Alpha-Magnet-Spektrometer) montiert worden, der klitzeklitzeklitzekleine Teilchen, überwiegend Atomkerne, misst.

Es geht um nicht mehr und nicht weniger als fundamentale Fragen der Physik, um dunkle Materie und dunkle Energie und damit um die Entstehung des Universums. Wissenschaftler aus aller Welt wollen Licht in dieses Thema bringen – einer der maßgeblichen Treiber des Projektes sitzt in Aachen: Professor Stefan Schael vom I. Physikalischen Institut der RWTH Aachen. Sein Institut und das Forschungszentrum Jülich sind in das AMS-Projekt involviert.

Seit drei Jahren ist AMS nun auf der Raumstation. Es wurde gebaut, um drei Jahre zu arbeiten. Größere AMS-Elemente entstanden in den Aachener Werkstätten und nicht etwa bei Boeing oder der Europäischen Weltraumbehörde ESA. Es ist ein Unikat, das sorgsam gefertigt wurde. Und das, obwohl die Vorstellungskraft kaum ausreicht, um die Bedingungen im Weltall nachvollziehen zu können: Schwerelosigkeit, Vakuum, Temperaturschwankungen von 100 Grad Celsius.

Doch siehe da! AMS arbeitet weiterhin tadellos und läuft und läuft und läuft.

Es ist das mit Abstand größte Forschungsprojekt, das auf der Raumstation ISS in mehr als 400 Kilometern Entfernung von der Erde läuft. Seit 1994 wurden 500 Wissenschaftler aus 16 Ländern eingebunden, der Kostenrahmen sprengt viele Dimensionen: 1,5 Milliarden Dollar kostet AMS – ohne den Shuttleflug, der mit weiteren 500 Millionen Dollar veranschlagt wird. Der Preis ist für Stefan Schael eine Bürde. Er sagt: „Wir müssen uns erklären können, wir werden schließlich durch Steuergelder finanziert.“

Also erklärt er es. Eine Stunde brauche er in der Regel, um diese Astro- und Teilchenphysik (be-)greifbar zu machen.

Die kosmische Strahlung

Die Idee von AMS ist im Grunde einfach. Aber so ist das häufig bei guten Ideen. Wenn wir einen Wassertropfen mit bloßem Auge betrachten, dann ist das nicht allzu erhellend. Wenn wir ihn aber unter einem Mikroskop beobachten, entdecken wir eine ganz neue Welt. Das ist das Prinzip von AMS. Wer mit dem Auge ins Weltall schaut, der mag zunächst fasziniert sein. Auf Dauer kann es ganz schön langweilig sein.

Doch wenn ein Teilchendetektor ins Weltall geschafft werden könnte, dann würden ganz neue, bislang vollkommen unbekannte Entdeckungen möglich. Es kann kosmische Strahlung beobachtet werden, die in dieser Form niemals auf der Erde ankommt, weil sie nur in geringem Maße das irdische Magnetfeld und die Atmosphäre durchdringen kann.

Genau so ein Teilchendetektor wurde ins Weltall geschafft.

Es war ein langer Weg – schon bevor der Countdown für das Space Shuttle im Kennedy Space Center losging. Er muss einfach erzählt werden. Denn als der Teilchendetektor fertig war, erklärte der damalige NASA-Chef, dass es keinen Shuttle-Flug mehr geben würde. Auch nicht für AMS. Es musste die Stunde der Diplomatie schlagen. Überall auf der Welt wurden Fürsprecher gesucht.

In Aachen kontaktierte Stefan Schael die damalige Gesundheitsministerin Ulla Schmidt (SPD), sie kam zu ihm ins Institut und ließ sich alles erklären. Schael brauchte etwa eine Stunde, dann sagte Schmidt so etwas wie: „Ich spreche mit Angela.“ Also mit Bundeskanzlerin Merkel.

Zwei Tage später erläuterte Schael dem für Raumfahrt zuständigen Staatssekretär Peter Hintze (CDU), heute Vizepräsident des Bundestages, die AMS-Materie, Italiens Ministerpräsident Romano Prodi sprach mit US-Präsident George Bush, in Genf fuhren US-Senatoren vor. Es kam Bewegung in die Sache. Es war das letzte Gesetz in Bushs Amtszeit, das letztlich den Shuttle-Flug doch noch möglich machte. „Es war für uns alle erstaunlich, wie wir die Entscheidungsträger letztlich überzeugen konnten“, sagt Schael.

Im Mai 2011 startete das Space Shuttle Endeavour am Kennedy Space Center. Es sollte ihr letzter Flug sein.

Seitdem wird das Weltall verständlicher. AMS geht in einen Bereich, in dem vorher nicht gemessen werden konnte. 41 Milliarden Teilchen der kosmischen Strahlung wurden in den drei Jahren aufgezeichnet. Es sind mehr, als in allen anderen Experimenten der letzten 100 Jahre zusammen erfasst werden konnten. Jedes bringt die Wissenschaftler weiter.

Auf der Spur der Positronen

Die gesammelten Daten werden in Jülich auf dem Supercomputer gespeichert und analysiert. Genauer untersucht werden zehn Millionen Positronen und Elektronen. Bekannt sind solche Positronen seit 70 Jahren. Doch erst jetzt können sie bei den höchsten Energien im Weltraum vermessen werden.

Nach drei Jahren ist klar: „Es gibt viel mehr Positronen, als wir erwarten konnten“, erläutert Schael. Wenn sie aus der dunklen Materie kommen, dann gibt es mehr davon, als bislang angenommen. Das wurde gerade erst öffentlich bekanntgegeben. Für Laien klingt es vor allem mysteriös, für Schael ist es schlicht: unendlich spannend.

Schon vorher wussten die Physiker, dass es dunkle Materie und dunkle Energie geben muss. Sie wollen diese aber erklären können. Doch warum diese Mühen? Warum wollen Physiker offene Fragen klären, die die meisten Menschen niemals stellen würden? Und das zu einem derart hohen Preis. Schael nennt es legitim, diese Forschung zu hinterfragen.

Die öffentliche Förderung ist zweifellos eine Verantwortung, je komplizierter ein Thema und je größer dann auch noch die finanzielle Förderung, umso mehr steigt die Notwendigkeit der Rechtfertigung, in der sich Wissenschaftler sehen. Fast exponentiell steigt sie. Schael sagt: „Es ist ein berechtigtes Interesse der Öffentlichkeit am Sinn dieses Projektes.“

Neugier, die antreibt

Es ist natürlich Neugier, die Menschen wie ihn antreibt. Bei einem Projekt, das 20 Jahre und nun noch länger dauert, investieren sie viel Lebenszeit in eine Frage – ohne die Garantie, dass überhaupt eine sinnvolle Antwort möglich ist. Aber die Neugier ist größer als jedes Zaudern. Sie reicht als Legitimation aber kaum aus. Doch auch mit der Frage, warum es die Gesellschaft wissen will, ohne zu wissen, dass sie es wissen will, beschäftigen sich die Physiker.

Es geht um den Wert für die Gesellschaft, der sich nicht auf Anhieb ablesen lässt, aber eines Tages unbezahlbar ist. Als Max Planck vor 100 Jahren sein Physikstudium aufnahm, war die Disziplin scheinbar nahezu abgeschlossen – die Dampfmaschine lief. Was wollte die Welt mehr? Er begründete dennoch die Quantenmechanik und ohne ein Verständnis der quantenmechanischen Effekte würde es heute keine Halbleiter geben, keine Computer oder Solarzellen.

Wäre das Leben heute ohne vorstellbar? Planck konnte damals auch nicht wissen, dass er die Weltwirtschaft revolutionären würde. Nun besteht die Aussicht, eines Tages die Entstehung des Universums zu erläutern. Und über die technologischen Auswirkungen lässt sich nicht einmal spekulieren.

Stefan Schael hat die Faszination für den Weltraum zur Physik geführt. Es liest sich ein wenig märchenhaft, aber als Zwölfjähriger hat er tatsächlich Perry Rhodan gelesen und wollte zum Entsetzen seiner Eltern Astronaut werden. Mit 15 war er dann fast zwei Meter groß und der Traum von der Raumfahrt geplatzt. Nicht ganz so cool wie die Astronauten waren in den Rhodan-Heften die Wissenschaftler.

Aber cool genug, um Schael Schritt für Schritt Professor für Astrophysik werden zu lassen. Seit 2000 ist er in Aachen, das Projekt hatte sein Vorgänger Klaus Lübelsmeyer mit viel Einsatz an das Institut geholt. Schael kann verstehen warum, während andere ohne seine Erklärungen nur Bahnhof verstehen. „Ich habe das Gefühl, extrem privilegiert zu sein“, sagt er.

Physik ist für ihn gleichermaßen Gabe und Berufung. „Es ist schön, dass ich damit sogar Geld verdienen kann“, sagt er. Seine Frau und die Kinder können die Faszination teilen, auf Partys wird es schwieriger. Raumfahrt mag fesseln, Teilchendetektoren haben es da weit schwieriger. „Meine Forschung ist kein Thema, was Sie nach 22 Uhr auf einem Fest diskutieren“, erzählt er. Lieber spricht er dann über andere Hobbys wie die Modellflugzeuge, die er baut.

Ein Projekt wie der AMS-Teilchendetektor hat am Ende immer auch mit Glück zu tun, egal wie gut vorher alles berechnet wurde, wie fundiert die Kenntnisse der Wissenschaftler sind, die hinter dem Projekt stehen. Das beste Mikroskop schafft kaum Erkenntnis, wenn es den falschen Wassertropfen beleuchtet. Bei einem interessanten Tropfen kann dagegen eine normale Lupe Erkenntnis schaffen. Der AMS-Teilchendetektor hat eine Messgenauigkeit die ihres Gleichen sucht.

Und er misst auch nach drei Jahren zuverlässig weiter, die Verteilung der Positronen steht im Fokus. Es ist also alles bereitet für die Antworten, die Physiker wie der Aachener Stefan Schael im Weltall suchen. Bis 2024 wird das Projekt weiterlaufen. Dann sollen alle Daten ausgewertet sein. Schael wird die Resultate erklären (können). Ganz sicher.

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