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BICEP2-Teleskop am Südpol

Weit verbreitete Meinung ist, dass unser Universum vor rund 13.8 Milliarden Jahren mit dem Urknall seinen Anfang nahm und sich Bruchteile einer Sekunde später im Rahmen einer als Inflation bezeichneten Phase rasend schnell ausdehnte.
Gemäß Theorie soll die Inflation dabei auch Gravitationswellen produziert haben, Verzerrungen, Kräuselungen der Raumzeit, die sich durch das Universum mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten.
Beobachtungen mit dem BICEP2-Teleskop könnten nun gezeigt haben, dass Gravitationswellen im Überfluss während dieser frühen Inflationsphase im Universum entstanden sind.

„Dieses Signal zu entdecken, ist eins der wichtigsten Ziele in der Kosmologie heute. Ein Haufen Arbeit einer Menge Leute hat zu diesem Punkt geführt,“ sagte John Kovac vom Harvard-Smithsonian Center für Astrophysik (CfA) und Leiter der BICEP2 Kollaboration.

Dies sind überwältigende Neuigkeiten, nicht nur weil der Beweis für eine rapide Inflationsphase im frühen Universum bisher noch ausstand.
Gravitationswellen gehören zu den faszinierendsten und erstaunlichsten Phänomenen im Universum. Sie folgen aus Einsteins Allgemeiner Relativitätstheorie, obwohl Einstein selber nicht daran glaubte, dass man sie jemals würde beobachten können.
Der Nachweis für Ihre Existenz gehört zu den größten Herausforderungen der modernen Physik.

Nun sind die Physiker diesem Phänomen und dem Nachweis ihrer Existenz ein Stück näher gekommen. Gleichzeitig stellt die Entdeckung von Signalen primordialer Gravitationswellen, sollte sie sich bestätigen, auch einen Beweis für die kosmische Inflation dar.

Tage zuvor war die Gerüchteküche in vollem Gange gewesen und in diversen Medien, auch den sozialen wie Twitter, wurde angeregt über die mögliche neue Entdeckung, die von Forschern für Montag im Rahmen einer Pressekonferenz des CfA in Cambridge angekündigt worden war, diskutiert.

Worum geht es?

Die bahnbrechenden Ergebnisse stammen vom BICEP2 Teleskop (Abkürzung für „Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization“), einem Experiment in der Antarktis, mit dem die Polarisation der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung untersucht wird, der elektromagnetischen Wellen, die ein Echo des Urknalls darstellen.

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Am Samstagabend des 6. Juli um 23:09 Uhr Ortszeit erreichte die Solar Impulse New Yorks John F. Kennedy Airport nach einer zwei-monatigen Reise beginnend in San Francisco über Zwischenstopps in Phoenix, Dallas, St. Louis und Washington D.C.
Mit der Landung in New York City beendete sie ihre historische Tour, den ersten Transkontinentalflug eines solarbetriebenen Flugzeugs überhaupt.

Am 3. Mai hatte die Solar Impulse HB-SIA, die etwa die gleiche Flügelspannweite wie ein Airbus A340 aufweist, dabei aber nur etwa 1.6 Tonnen wiegt, ihre USA-Tour in San Francisco begonnen, mit einem unvergesslichen Überflug über die Golden Gate Bridge.
Die erste Etappe führte den mit 11.628 Solarzellen ausgestatteten Flieger unter großem Medieninteresse nach Phoenix, Arizona, von wo aus er erneut am 22. Mai in die Luft aufbrach.

Auf der zweiten Etappe ihres Transkontinentalflugs stellte die Solar Impulse am 23. Mai einen neuen Streckenrekord für den solarbetriebenen Flug auf, sie brach den Welt-Streckenrekord in der Geschichte des Solarflugs.
Auf seinem Flug von Phoenix, Arizona nach Dallas, Texas, wo der Solarflieger am Donnerstag, den 23. Mai, landete, legte er eine Strecke von 1506 km (936 Meilen) am Stück zurück.
Zuletzt hatte die Solar Impulse 1116 km am Stück zurückgelegt, als sie im vergangenen Jahr von der Schweiz nach Spanien geflogen war.

Das Flugzeug hält bereits Rekorde für den weltweit ersten Tag- und Nacht-Flug eines bemannten solarbetriebenen Flugzeugs im Jahr 2010, die ersten internationalen Flüge 2011 und den ersten Interkontinentalflug von Europa nach Afrika 2012. Weitere Weltrekorde stellte der bisherige Prototyp HB-SIA mit einer absolut erreichten Höhe von 9235 m und einem Höhengewinn von 8744 m auf.

Hinter und für das Projekt “Solar Impulse” stehen vor allem zwei Köpfe, zwei Visionäre, zwei Pioniere, die mit viel Leidenschaft und Enthusiasmus das ganze Projekt vorantreiben, die beiden Schweizer Bertrand Piccard, der aus einer bekannten Abenteurer-Familie stammt und den ersten Weltumrundungsflug non-stop in einem Ballon duchführte, und der Ingenieur und Pilot André Borschberg.

“Solar Impulse”, das ist mehr als ein Flugzeug, der Name steht für ein einzigartiges Projekt, eine Bewegung, die Symbolcharakter hat, die eine Botschaft vermitteln soll, die mehr eine gelebte Vision verkörpert, als denn die Luftfahrt im Allgemeinen revolutionieren will.
Nach eigenem Bekunden wollen Piccard und Borschberg vielmehr demonstrieren, was man mit Pioniergeist alles erreichen kann, dass Visionen, die mit aller Anstrengung und Hoffnung betrieben werden, die Zukunft verändern können.:

“Wir wollen Innovation, Hoffnung und Handeln bei den Bürgern und Politikern hervorrufen,
indem wir Grenzen überschreiten und Lösungen für reale globale Herausforderungen anbieten.”

Laut Piccard konnte die Solar Impulse der Welt zeigen, was möglich wird, wenn Innovation nutzbar gemacht wird.: Neue Technologien konnten entwickelt und getestet werden, alte Konsummuster aufgebrochen werden, und letztlich hätten neue Energiequellen geschaffen werden können, die sowohl nachhaltig als auch profitabel sein können.

“So viele Menschen sind Gefangene alter Denkweisen, haben Angst vor dem Unbekannten.
Was wir brauchen, ist Pioniergeist, so dass Zweifel und Fragen den Wunsch beflügeln, neue Lösungen und Anwendungen hervorzubringen,” so Piccard.

Der Generalsekretär der Vereinten Nationen Ban Ki-moon erklärte zum erfolgreichen US-Überflug der Solar Impulse, dass dieser als Inspiration dazu dienen könne, den Klimawandel einzudämmen, und eine nachhaltige Entwicklung voranzutreiben, bei der die Solarenergie eine bedeutende Rolle spielen könne.

Auch nach dem USA-Überflug ist die Solar Impulse-Bewegung noch nicht am Ziel angelangt.
Der krönende Höhepunkt wird die Weltumrundung sein, die für 2015 geplant ist, dann allerdings mit der Solar Impulse zweiter Generation HB-SIB, die sich noch im Bau befindet.

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ALMA umfasst in der endgültigen Konfiguration 66 Einzelteleskope, die zusammengeschaltet ein Superteleskop für den Millimeter- und Submillimeter-Wellenlängenbereich ergeben.
54 Antennen mit einem Durchmesser von 12 m und 12 kleinere Antennen mit einem Durchmesser von 7 m arbeiten zusammen wie ein einziges Teleskop. Sie können in verschiedenen Konfigurationen so angeordnet werden, dass die Abstände zwischen den Antennen von 150 m bis maximal 16 km variieren können.
Jedes einzelne Teleskop fängt die Strahlung aus dem All ein und fokussiert sie auf einen Empfänger. Die Signale aller Teleskope werden anschließend in einem Supercomputer, dem ALMA-Korrelator, für die Weiterverarbeitung aufbereitet.

Mit ALMA wird die Strahlung aus dem All in einem Wellenlängenbereich untersucht, der für das menschliche Auge unsichtbar ist und der aus astronomischer Sicht noch wenig erforscht ist.

Die chilenische Hochebene stellt einen der besten Orte für astronomische Beobachtungen in diesem Submillimeter- und Millimeterbereich dar.
Die Luft 5100 m über dem Meeresspiegel auf der chilenischen Hochebene von Chajnantor ist besonders trocken, wodurch ein ungetrübter Blick ins All möglich ist und kein irdischer Wasserdampf und Sauerstoff die Sicht stört.

Strahlung im Submillimeterbereich senden insbesondere die kalten ausgedehnten Molekülwolken aus Gas und Staub aus, die sich im interstellaren Raum befinden. Diese Molekülwolken, die aufgrund ihres hohen Gas- und Staubanteils für sichtbare Strahlung undurchlässig sind, sind besonders interessant, da in ihrem Innerem neue Sterne entstehen.
Über Beobachtungen im Submillimeter- und Millimeterbereich lassen sich außerdem Erkenntnisse über die jüngsten und entferntesten Galaxien im Universum gewinnen.
Da die Wellenlängen des Lichts, die diese emittieren, durch die Expansion des Universums gedehnt worden sind, verschieben sich die Wellenlängen vom sichtbaren in den langwelligen Submillimeter- oder Millimeterbereich.

ALMA bietet zahlreiche Möglichkeiten, in bisher unerforschte Regionen des Universums mit bisher unerreichter Genauigkeit vorzudringen.
Mit ALMA können die Prozesse der Sternentstehung und -entwicklung, die Entstehung von jungen Galaxien oder die Entwicklung neuer Planeten um weit entfernte Sterne untersucht werden,
die Verteilung von Molekülen im interstellaren Raum analysiert und neue Moleküle aufgespürt werden, um nur einige Beispiele zu nennen.

Passend zur Einweihung von ALMA sind drei Fachartikel erschienen, zwei Beiträge im Astrophysical Journal und einer in Nature.
Ein internationales Team von Wissenschaftlern um Axel Weiß vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, Joaquin Vieira vom California Institute of Technology und Yashar Hezaveh von der McGill University in Kanada konnte mit ALMA Wassermoleküle in der bislang größten bekannten Entfernung nachweisen.
Außerdem fanden die Astronomen heraus, dass sich die heftigsten Sternentstehungsausbrüche bzw. höchsten Sternentstehungsraten im frühen Universum vor zwölf Milliarden Jahren ereigneten, eine Milliarde Jahre früher als man ursprünglich angenommen hatte.

Das internationale Team hatte die entfernten Galaxien, in denen es offenbar zu heftiger Sternentstehung kommt, mit dem 10 m – South Pole Telescope (SPT), einem Radioteleskop an der amerikanischen Amundsen-Scott-Südpolstation, entdeckt und diese dann mit ALMA genauer untersucht.

Die Studie war durchgeführt worden, als sich ALMA noch im Bau befand. Nur 16 Antennen der insgesamt 66 Einzelteleskope waren für diese Messungen verwandt worden.

Dementsprechend hoch sind auch die Erwartungen der Wissenschaftler, wenn ALMA mit seinen 66 Teleskopen seine gesamten Möglichkeiten entfalten kann.

ALMA-Direktor Thijs de Graauw dazu auf der Einweihungsfeier:

“Dank der Anstrengungen und unzähliger Arbeitsstunden unserer Wissenschaftler und Techniker der ALMA Kollaboration aus aller Welt hat ALMA bereits gezeigt, dass es das höchstentwickelte Millimeter- und Submillimeter-Teleskop der Gegenwart ist, das alles andere in den Schatten stellt, was wir bisher hatten. Wir sind gespannt darauf, wie die Astronomen die volle Leistungsfähigkeit dieses unglaublichen Instruments ausschöpfen werden.”

Die Wüsten der Erde empfangen in sechs Stunden mehr Energie, als die Menschheit im ganzen Jahr erbraucht, so der deutsche Physiker Dr. Gerhard Knies.
Knies ist der Vater der Vision, der er den Namen „DESERTEC“ gab. Der Name steht für eins der hoffnungsvollsten Megaprojekte zur globalen Energieversorgung in diesem Jahrhundert: Unerschöpfliche, saubere Energie mit Solarstrom aus den Wüsten der Erde.
Nur ein paar Tausendstel der weltweiten Wüstenfläche würden laut Berechnungen von Knies ausreichen, um alle Menschen weltweit mit Solarstrom zu versorgen.

Parabolspiegel in einer solarthermischen Anlage

Riesige Spiegelkraftwerke, sog. solarthermische Anlagen, in den Wüsten der Erde sollen Sonnenstrahlung in Strom verwandeln.
Von dem Projekt könnten vor allem Nordafrika und der Nahe Osten profitieren. Über ein neues Leitungsnetz aus Gleichstrom-Hochspannungsleitungen soll außerdem ein Teil des produzierten Stroms nach Europa transportiert werden. Bis 2050 sollen so rund 15-20 % des europäischen Strombedarfs mithilfe der Wüstensonne gedeckt werden

Im Juli 2009 hatten die gemeinnützige DESERTEC-Stiftung und 12 Konzerne aus der Energie- und Finanzbranche – darunter u. a. die Unternehmen MAN Solar Millennium, Schott Solar, RWE, E.ON und die Deutsche Bank – zusammen die Industrie-Initiative Dii ins Leben gerufen, aus der Ende Oktober 2009 die DII GmbH als privatwirtschaftliches Joint Venture hervorging, der auch die DESERTEC-Stiftung und die Forschungsinstitute Fraunhofer und Max-Planck angehören.

Erste Kraftwerke im Rahmen des Großprojekts, dessen Kosten auf mehrere Hundert Milliarden Euro bis 2050 geschätzt werden, könnten bereits in den nächsten Jahren gebaut werden.

Internationales Abkommen über das erste europäische Gemeinschaftsprojekt zusammen mit Marokko in Vorbereitung

Wie es in einer Presseerklärung vom 7. November der Dii-Initiative zur Konferenz heißt, wollten Regierungsvertreter aus Deutschland, Frankreich, Italien, Malta, Luxemburg, Spanien und Marokko auf der Konferenz ein Memorandum für “ein erstes Desertec Kooperationsprojekt der EU-Teilnehmerstaaten gemeinsam mit Marokko” unterzeichnen. Leider kam es dazu bisher noch nicht, da Spanien auf der Konferenz nicht vertreten war, das Land aber ein wichtiger Partner des Kooperationsprojekts ist.

Das von der Dii-Initiative und der marokkanischen Solaragentur Masen bereits vorbereitete Projekt sei jedoch in den letzten zwei Jahren ausgiebig u. a. mit spanischen Firmen und der Europäischen Kommission diskutiert worden und hätte sich als machbar herausgestellt. Investoren seien schon gefunden, und erste Fördermittel ständen bereit, gute Voraussetzungen für das hoffnungsvolle Vorhaben.

Laut Desertec-Chef Paul von Son soll „zwischen 2014 und 2016 das erste Referenzprojekt mit Solar und Wind entstehen“ (Windkraftwerke sollen die Nutzung der Sonnenenergie zum Teil noch ergänzen), und die nächsten zwei Jahre würden für die Wüstenstromvision den Beginn der praktischen Umsetzung darstellen.
In Marokko sind alleine zwei Solarkraftwerke geplant. Rund 600 Millionen Euro soll ein Solarthermie-Kraftwerk in der marokkanischen Wüste kosten, das die Kapazität hat, 150 Megawatt Strom zu erzeugen. Auch in Algerien und Tunesien sind Projekte in Arbeit.
Das finanzkräftige Saudi-Arabien plant in den nächsten zehn Jahren den Bau von Kraftwerken mit einer Kapazität von 25 Gigawatt.

Der Wettlauf um die ersten Pilotprojekte der zukunftsträchtigen Vision Desertec hat längst begonnen.

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Am 4. Juli war der Jubel groß. In allen Medien war das Thema präsent.
Das lang ersehnte Higgs-Teilchen sei endlich gefunden worden, oder zumindest ein neues Teilchen. Forscher am europäischen Kernforschungszentrums CERN verkündeten die vermeintliche Sensation.

Zuvor waren in sämtlichen Blogs im Internet bereits Gerüchte kursiert, dass an dem besagten Tag die Entdeckung des Higgs-Teilchens verkündet werden würde.

Das Higgs-Teilchen oder Higgs-Boson wurde erstmals 1964 postuliert, wobei das zugehörige Higgs-Feld als maßgeblich dafür angesehen wird, dass alle Teilchen ihre Masse erhalten. Letztlich steht und fällt das Standardmodell der Teilchenphysik mit der Existenz oder Nichtexistenz des Higgs-Bosons.
Daher war es auch von Anfang an eins der primären Ziele der Wissenschaftler am weltgrößten und leistungsstärksten Teilchenbeschleuniger, dem Large Hadron Collider (LHC) am CERN, einen experimentellen Nachweis für die Existenz des Higgs-Bosons zu finden.

Bei einem Seminar, das am 4. Juli am CERN abgehalten wurde, dem Tag, an dem auch in Melbourne in Australien die diesjährige Internationale Konferenz über Hochenergiephysik ICHEP2012 begann, präsentierten Forscher des ATLAS und des CMS Experiments auf einer Pressekonferenz ihre neuesten Ergebnisse in der Suche nach dem lang ersehnten Higgs-Teilchen.

So erklärte die Sprecherin der ATLAS Kollaboration Fabiola Gianotti.:
“Wir beobachten in unseren Daten deutliche Signale eines neuen Teilchens
im Signifikanzbereich von 5 Sigma in der Masseregion um 126 Gigaelektronenvolt (GeV). …. Aber es ist noch etwas mehr Zeit vonnöten, um die Ergebnisse zur Veröffentlichung vorzubereiten.”

Joe Incandela, der Sprecher des CMS Experiments, äußerte sich ähnlich.:
“Die Ergebnisse sind vorläufig, aber das Signal, das wir bei 5 Sigma um 125 GeV herum beobachten, ist überwältigend. Dabei handelt es sich tatsächlich um ein neues Teilchen.
Wir wissen, dass es ein Boson ist, und es ist das schwerste jemals gefundene Boson.”

Doch was bedeutet es, wenn die Forscher von einem deutlichen Signal bei 5 Sigma sprechen?

In der Wissenschaft ist es üblich, einen Effekt als nachgewiesen zu betrachten, wenn ein bestimmtes Sigma-Niveau (oder “Signifikanz-Niveau”) erreicht ist.

Es geht dabei um die Wahrscheinlichkeit dafür, dass eine Besonderheit, die in den Daten auftritt oder die man in seinen Daten zu sehen glaubt, eben nicht auf einen neuen Effekt oder auf das Vorhandensein eines neues Teilchens zurückzuführen ist, sondern lediglich auf statistische Fluktuationen.
Im Fall von 5 Sigma liegt diese Wahrscheinlichkeit, dass es sich bei dem beobachteten Ergebnis nur um eine statische Fluktuation des Untergrunds handelt, bei nur 0.00006%.

Die ATLAS-Kollaboration formuliert es folgendermaßen.: Eine Signifikanz des Signals bei 5 Sigma bedeutet,
“dass nur ein Experiment in 3 Millionen ein offensichtliches Signal dieser Stärke in einem Universum ohne Higgs sehen würde.”

Auch wenn die Forscher zwar den Nachweis eines Teilchens verkündet haben, so
hielten sie sich dennoch mit der Äußerung noch zurück, dass es sich tatsächlich bei dem neuen Teilchen um das Higgs handelt.
Nach dem Debakel mit den überlichtschnellen Neutrinos, welches sogar zum Rücktritt des Leiters der OPERA-Kollaboration geführt hatte, ist man offenbar etwas vorsichtiger geworden.
So heißt es einhellig, es seien noch weitere Daten und weitergehende Untersuchungen vonnöten, um die Eigenschaften des neuen Teilchens zu bestimmen.
Die Ergebnisse basieren auf Daten, die 2011 und 2012 aufgenommen wurden, wobei die Daten von 2012 noch analysiert werden.

Bis dahin lässt sich die zentrale Botschaft des CERN am 4. Juli nur so beschreiben, dass ETWAS entdeckt wurde. Ob es sich dabei tatsächlich um das lang ersehnte Higgs-Teilchen handelt, steht noch in den Sternen.

Das Solar Impulse Team wurde nach Ouarzazate eingeladen, um dort den Baubeginn des weltgrößten solarthermischen Kraftwerks mit einzuläuten.

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