Im Leibniz Science Cube werden jeweils passend zum Thema des Wissenschaftsjahres Forschungsprojekte der Leibniz Universität kommuniziert. 2023 finden Sie hier Spannendes aus den Bereichen Astrophysik, satellitengestützter Erdvermessung und Quantenoptik - rund um das Thema „Unser Universum“.
Die Ausstellung
Exponate
Einstein-Elevator – Sekunden in der Schwerelosigkeit
Der Einstein-Elevator ist die Weiterentwicklung eines klassischen Fallturms, ein Großgerät, das mittels interdisziplinärer Ingenieurskunst entstanden ist: Antriebe aus dem Achterbahnbau mit der Positioniergenauigkeit einer Werkzeugmaschine, Führungen aus der Aufzugstechnik, Materialien wie kohlefaserverstärkter Kunststoff aus dem Segelyachtbau sowie der Stahlbau aus dem klassischen Maschinenbau. Ein Linearantrieb beschleunigt die Gondel und das Experiment auf 20 Meter pro Sekunde. Während des anschließenden vertikalen Parabelflugs (20 Meter auf- und abwärts) befindet sich das Experiment für vier Sekunden in Schwerelosigkeit. Durch die hohe Wiederholrate von bis zu 300 Versuchen pro Tag können Forschungskampagnen innerhalb kürzester Zeit durchgeführt werden – beispielsweise in Physik, Materialwissenschaften, Produktionstechnik, Biotechnik, Biologie und Medizin. Im Einstein-Elevator werden zukunftsweisende Forschungsthemen wie beispielsweise die Entwicklung von Quantensensoren für Weltraumanwendungen und die additive Fertigung unter Weltraumbedingungen untersucht.
Das Institut
Der Einstein-Elevator wird am Hannover Institute of Technology (HITec) betrieben, unter der Ägide des Instituts für Transport- und Automatisierungstechnik und des Instituts für Quantenoptik.
LISA – das größte Observatorium aller Zeiten
Manchmal kracht’s im All, aber hören kann man das nicht. Neutronensterne kollidieren und verschmelzen, Schwarze Löcher werden geboren. Dabei entstehen Gravitationswellen, winzige kaum messbare Verzerrungen in der Raumzeit, ausgelöst durch die beschleunigte Masse. Hier soll eines Tages LISA (Laser Interferometer Space Antenna) zum Einsatz kommen, ein System, das aus drei Satelliten besteht. Mit LISA will die Europäische Weltraumorganisation ein neues Kapitel der Astronomie schreiben: Gravitationswellen im All beobachten und so die derzeitigen und zukünftigen irdischen Detektoren ergänzen, die diese Wellen bei höheren Frequenzen empfangen. Nach jahrzehntelanger Vorbereitung ist LISA nun auf der Zielgeraden. Die drei Satelliten sollen ab 2024 gebaut werden, um in den frühen 2030er Jahren ins All zu starten und dort ein gigantisches Dreieck mit 2,5 Millionen Kilometer langen Laser-Armen zu bilden.
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Kleines LISA-Modell
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Kleines LISA-Modell
LISA wird aus drei Satelliten bestehen. In jedem Satelliten befinden sich freischwebende „Testmassen“, das heißt Würfel aus einer Speziallegierung aus Gold und Platin. Die Satelliten schirmen die Testmassen von allen äußeren Einflüssen bis auf die Schwerkraft ab. Gravitationswellen machen sich durch Abstandsänderungen der Testmassen bemerkbar und werden mit Lasern zwischen den Satelliten gemessen.
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Dreier-Modell (beleuchtet)
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Dreier-Modell (beleuchtet)
LISA wird das größte, jemals gebaute Observatorium sein und zwischen drei Satelliten 2,5 Millionen Kilometer lange Laserlaufstrecken aufspannen (hier nicht maßstabsgerecht). Mittels dieser Laser werden Änderungen des Abstands zwischen den Satelliten auf Billionstel Meter genau vermessen und so Schwingungen in Raum und Zeit, sogenannte Gravitationswellen, gemessen.
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Großes LISA-Modell
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Großes LISA-Modell
Dieses Modell eines einzelnen Satelliten der LISA-Mission zeigt verschiedene Bauteile im Inneren des Satelliten. Auf der Oberseite sind die Solarzellen zu sehen, die die Satelliten mit Strom versorgen werden. Auf der Unterseite sind Triebwerke für die extrem feinfühlige Steuerung der Ausrichtung und Position zu erkennen.
Das Institut
Das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) ist die weltweit größte Forschungseinrichtung zur Allgemeinen Relativitätstheorie und darüberhinausgehenden Themen. Es befindet sich in Potsdam und in Hannover, wo es eng mit der Leibniz Universität Hannover und dem Institut für Gravitationsphysik kooperiert. Die Institute sind federführend bei der Entwicklung von LISA.
MAIUS-1 – eine Mission für die Wissenschaft
Am 23. Januar 2017 um 3:30 Uhr mitteleuropäischer Zeit gelang Forscherinnen und Forschern eine kleine Sensation: Erstmalig konnte während der Höhenforschungsraketenmission MAIUS-1 ein Bose-Einstein-Kondensat im Weltall erzeugt werden. Dabei wurden Rubidium-Atome mit Hilfe von Lasern und Radiowellen auf Temperaturen von etwa 100 Nanokelvin herabgekühlt, das entspricht weniger als einem Millionstel Grad über dem absoluten Nullpunkt. Zukünftig lassen sich damit Atominterferometer im Weltraum realisieren, die beispielsweise die Messung neuer unbekannter Kräfte erlauben, welche zu einer Verletzung des Äquivalenzprinzips führen könnten. Die Nutzlast der MAIUS-1 erreichte eine Flughöhe von 260 Kilometern. Innerhalb von sechs Minuten konnten mehr als 100 Experimente durchgeführt werden, die von einem Team von zwölf Forschenden geplant wurden. Während der Mission wurden außerdem unterschiedliche Experimente zur Materiewellenoptik und Materiewelleninterferometrie durchgeführt.
Das Projekt wurde vom DLR finanziert und unter der wissenschaftlichen Leitung der LUH durchgeführt, zusammen mit der Humboldt Universität und dem Ferdinand-Braun-Institut in Berlin, dem ZARM der Universität Bremen, der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, dem DLR-Institut für Simulations- und Softwaretechnik in Braunschweig, der Universitäten Hamburg und Ulm und der Technischen Universität Darmstadt. Die Startkampagne wurde unter der Leitung der Mobilen Raketenbasis des DLR (MORABA) durchgeführt.
Das Institut
Das vom Institut für Quantenoptik geleitete Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus elf deutschen Universitäten und Forschungsinstituten entwickelte und baute die wissenschaftliche Nutzlast für den Weltraumflug der Rakete MAIUS-1 und führte die Messungen durch. Der Start der Rakete wurde unter Leitung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) durchgeführt.
LISA Pathfinder – ein Wegbereiter mit neuer Präzision
Eigentlich nur ein Vorläufer, aber was für einer: Mit LISA Pathfinder startete die Europäische Weltraumorganisation ESA im Jahr 2015 eine Testmission für LISA, das erste Gravitationswellen-Observatorium im Universum. Das Ziel war es, die Funktionsfähigkeit der zentralen LISA-Technologien zu überprüfen. Dafür positionierte LISA Pathfinder zwei Testmassen im nahezu perfekten freien Fall im All und maß und kontrollierte deren Bewegung mit nie vorher erreichter Präzision. Dies wurde unter anderem mit einem Laser-Messsystem vollbracht. Dazu wird Laserlicht aufgespalten, an den freischwebenden Testmassen reflektiert und danach wieder vereint. Reflektierende Bauteile auf einer optischen Bank aus Glaskeramik erzeugen die dafür notwendigen verwinkelten Lichtpfade. Eine identische optische Bank wurde an Bord der Satellitenmission LISA Pathfinder ins All geschickt.
Das Institut
Das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) ist die weltweit größte Forschungseinrichtung zur Allgemeinen Relativitätstheorie und darüberhinausgehenden Themen. Es befindet sich in Potsdam und in Hannover, wo es eng mit der Leibniz Universität Hannover und dem Institut für Gravitationsphysik kooperiert. Die Institute sind federführend bei der Entwicklung von LISA.
Supernova - ein Stern explodiert
Sterne mit größerer Masse als der unserer Sonne verbrauchen ihren Brennstoff nicht nur schneller, sondern beenden ihr aktives „Sternenleben“ auch spektakulärer als unser Heimatstern. Sie explodieren als Supernova und leuchten dann für kurze Zeit so hell wie viele Milliarden Sonnen. Ursache des Schauspiels ist das noch nicht in allen Details verstandene Zusammenbrechen des Sternenkerns unter der eigenen Schwerkraft binnen Sekundenbruchteilen. Bei der blitzschnellen Bewegung großer Massen beginnt das Weltall selbst zu beben: Gravitationswellen werden ausgestrahlt. Hören Sie genau hin! Wie es klänge, wenn in der Milchstraße ein Stern als Supernova explodierte, lässt sich hier belauschen. Bislang wurde ein solches Signal noch nicht empfangen, denn diese Ereignisse sind selten, allerdings ist in unserer Milchstraße eine Supernova überfällig.
Das Institut
Das Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) ist die weltweit größte Forschungseinrichtung zur Allgemeinen Relativitätstheorie und darüberhinausgehenden Themen. Es befindet sich in Potsdam und in Hannover, wo es eng mit der Leibniz Universität Hannover und dem Institut für Gravitationsphysik kooperiert.
Gottfried Wilhelm Leibniz‘ Blick auf das Universum
Im 17. Jahrhundert, zur Leibnizzeit, herrschte die Auffassung, dass es nicht dem Menschen, sondern Gott allein vorbehalten sei, die Wahrheit über die Natur zu kennen. Demzufolge können Erkenntnisse über das Universum nur in der Botschaft der Offenbarung, also in der Bibel geborgen liegen. Alle aufgrund wissenschaftlicher Forschung erlangten Erkenntnisse galten nur als Hypothesen ohne Wahrheitsanspruch.
Leibniz genügte dies nicht. Er überwand diesen Zwiespalt mit einer theologisch-philosophischen Argumentation: Da Gott den Menschen die Vernunft gegeben hat, ist es ihnen möglich, auch außerhalb der Heiligen Schrift Einsicht in die vollkommene Einrichtung der Schöpfung zu erlangen. Christlicher Glaube und Wissenschaft waren für Leibniz nur zwei Varianten der Wahrheitsfindung.
Kontakt im Referat für Kommunikation und Marketing
Referentin für Kommunikation und Marketing
30167 Hannover
