Messung und Analyse von Gravitationswellen öffnen den Weg zu bisher unzugänglichen Informationen über den Kosmos und läuten damit eine neue Epoche der Astronomie ein.

  • Poster: Messung

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  • Funktionsmodell: Laserinterferometer

    Gravitationswellen erzeugen winzige Längenänderungen. Zu ihrer Messung ist ein Michelson-Interferometer das ideale Instrument. Es besteht aus einem Laser, einem Strahlteiler und zwei Spiegeln. Der Strahlteiler lässt den Laserstrahl zur Hälfte durch, die andere Hälfte wird reflektiert. Die beiden Teilstrahlen durchlaufen die senkrecht zueinander stehenden Messstrecken, werden von den Endspiegeln zurückgeschickt und am Strahlteiler wieder überlagert. Auf dem Schirm sieht man das Resultat dieser Überlagerung: Sind die beiden Strecken gleich lang, so schwingen die beiden Lichtwellen im Gleichtakt und verstärken sich. Unterscheiden die Strecken sich um eine halbe Wellenlänge, so schwingen die Wellen im Gegentakt und löschen sich aus. Je nach Neigung der Strahlen entstehen so helle und dunkle Ringe. Verändert eine Gravitationswelle die Länge der Messstrecken, so äußert sich dies als Helligkeitsschwankung.
    Bei diesem funktionstüchtigen Tischmodell kann die Länge der einen Messstrecke künstlich verändert werden. Dazu ist einer der Endspiegel auf einen Piezokristall geklebt, der sich beim Anlegen einer Spannung ausdehnt. Mit dem Schieberegler kann die Spannung kontinuierlich verändert und die Strecke so um bis zu 1,5 Mikrometer verlängert werden. Auf dem Schirm beobachtet man, dass selbst derart kleine Änderungen zu einer deutlichen Helligkeitsschwankung in der Mitte des Ringsystems führen.
  • Exponat: Modell eines Strahlteilers

    GEO600 ist ein Michelson-Interferometer mit 600 Meter langen Messstrecken. In seinem Innern baut sich eine Lichtleistung von einigen Kilowatt auf, dabei wächst der Durchmesser des Laser„strahls“ auf ca. 15 cm an. Entsprechend groß müssen die optischen Elemente sein. Durchstrahlte Elemente erwärmen sich, da sie einen Teil der Lichtleistung absorbieren. Dadurch verformen sie sich, und es entstehen unerwünschte Bündelungen der Strahlen. Der Original-Strahlteiler von GEO600 besteht daher aus einem extra angefertigten, besonders absorptionsarmen Quarzglas (Absorption kleiner als ein Millionstel der Intensität pro Zentimeter Weglänge). Um Streulicht zu minimieren, ist die Oberfläche bis auf atomares Niveau plan geschliffen (die mittlere Rauigkeit beträgt ein Zehntel Nanometer).
    Leihgabe des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), Potsdam und Hannover, und des Instituts für Gravitationsphysik, Leibniz-Universität Hannover.
  • Filmstation: Gravitationswellendetektoren

    Wie können Gravitationswellen gemessen werden? Mit zwei Filmen bekommen Sie individuell und interaktiv einige Eindrücke aus der Welt der Gravitationswellendektektoren GEO600 und LISA.
  • Exponat: LISA im Orbit

    Bild: VIP Infotainment Marco Gerhard, Berlin
    Die Empfindlichkeit eines Gravitationswellendetektors wächst mit seiner Größe. Auf der Erde kann man bestenfalls Meßstrecken von einigen Kilometern Länge realisieren. Deshalb ist ein Detektor im Weltall geplant (LISA steht für „Laser Interferometer Space Antenna“). LISA besteht aus drei Satelliten, die über eine Strecke von fünf Millionen Kilometern Laserstrahlen austauschen und so Gravitationswellen aufspüren können, die eine sehr niedrige Frequenz — bis hinunter zu einer Schwingung in Tausend Sekunden — haben. Die drei Satelliten bilden ein gleichseitiges Dreieck, das der Erde in 50 Millionen km Abstand auf ihrer Bahn um die Sonne folgt. LISA ist ein Gemeinschaftsprojekt von NASA und ESA; der Start ist für das Jahr 2021 vorgesehen.
    Leihgabe des Max-Planck-Instituts für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut), Potsdam und Hannover, und des Instituts für Gravitationsphysik, Leibniz Universität Hannover.
  • Touch Table: LISA-Satellit

    Wie können Gravitationswellen gemessen werden? Mit zwei Filmen bekommen Sie individuell und interaktiv einige Eindrücke aus der Welt der Graviationswellendektektoren GEO600 und LISA.

  • Spiel: Laserstrahl ausrichten

    Die Laserstrahlen der terrestrischen Detektoren müssen über mehrere Hundert Meter bis hin zu mehreren Kilometern genau ausgerichtet werden. Noch viel schwieriger wird dies für den weltraumgestützten Detektor LISA sein: Hier haben die Satelliten einen Abstand von 5 Millionen Kilometern! Der Detektor fliegt in einem Abstand von 50 Millionen Kilometern von der Erde, eine Steuerung von der Erde aus ist also nicht möglich. Das Ziel — ein Satellit mit einer Größe von wenigen Metern — muss also über diese gewaltige Entfernung automatisch anvisiert werden.
    Diese Station zeigt, wie schwierig es schon auf eine Entfernung von wenigen Metern ist, mit einem Laserstrahl ein kleines Ziel zu treffen. Die Aufgabe besteht darin, mit einem gewöhnlichen Laserpointer eine Photodiode zu treffen. Dabei bekommt man ständig angezeigt, wie lange und für welchen Bruchteil der abgelaufenen Zeit man es geschafft hat, den Laserstrahl im Ziel zu halten. Hier ist Kreativität gefragt, um mit improvisierten Mitteln die Zielgenauigkeit zu verbesser
  • Film-Loop: Erster Nachweis von Gravitationswellen

    Gravitationswellen eröffnen der Astronomie völlig neue Möglichkeiten. Bisher uunzugägnliche Informationen werden nun verfügbar. Mit der ersten Messung einer Gravitationswelle am 14. September 2015 hat sich ein neues Fenster zur Beobachtung des Universums geöffnet.

    Wissenschaftler, die an diesem Ereignis unmittelbar beteiligt waren, erzählen, wie sie diesen Tag erlebt haben, und was dieser Durchbruch bedeutet.

     

  • Poster: Nobelpreis für Gravitationswellenforschung

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Nächste Termine:
  13.04. bis 23.10.2018 | Jahrtausendturm im Elbauenpark Magdeburg
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  27.10. bis 25.11.2018 | „November der Wissenschaft" Hannover  
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