NASA entwickelt Lichtgeschwindigkeitsantrieb

Darstellung von Helical Engine im Weltraum

Steht die NASA kurz davor einen Lichtgeschwindigkeitsantrieb zu bauen? Könnten wir bald schon unser Sonnensystem verlassen und zu weit entfernten Sternen reisen?

Wer nachts hoch zu den Sternen blickt, kennt das Gefühl: die Faszination über die Schönheit und Größe des Kosmos und gleichzeitig die Enttäuschung darüber, dass man diese fremden Systeme und Planeten vermutlich niemals zu Gesicht bekommen wird. Die Distanzen im Weltraum sind gigantisch groß und mit herkömmlichem Antrieb nicht zu überbrücken. Alleine unser Nachbarstern, also der nächste Stern an unserem Sonnensystem, Proxima Centauri, ist 4,2 Lichtjahre von uns entfernt. Unsere derzeitigen Antriebe reichen noch nicht mal annähernd dafür aus, den nächsten Exoplaneten, Proxima Centauri B, zu besuchen. Müssen wir die Hoffnung aufgeben, dass wir unseren nächsten Urlaub statt auf Malle vielleicht doch auf Proxima B verbringen können? 

Wird verarbeitet …
Erledigt! Sie sind auf der Liste.

Lichtgeschwindigkeit: Ingenieur hat Bauplan erstellt

Es gibt Hoffnung, denn ein NASA-Ingenieur sagt, er habe einen Bauplan für einen Lichtgeschwindigkeitsantrieb entwickelt. David Burns hat ein Triebwerkskonzept entwickelt, das theoretisch auf 99 Prozent der Lichtgeschwindigkeit beschleunigen könnte – ganz ohne Treibstoff. Aber was heißt überhaupt Lichtgeschwindigkeit? Wie im normalen Leben auf der Erde gibt es auch im Universum gewisse Regeln. Die nennt man Naturgesetze und eines davon lautet: Schneller als Lichtgeschwindigkeit im Vakuum geht nicht. Die Relativitätstheorie besagt, dass sich die Geschwindigkeit von Licht, das sich durch ein Vakuum bewegt, nie verändert. Mit gerundet 300.000 Kilometern pro Sekunde erreicht Licht die höchstmögliche Geschwindigkeit im Universum. Das gilt übrigens nicht nur für Licht, sondern für alle anderen elektromagnetischen Wellen. 

Ein Raumschiff fliegt durch die Raumzeit

Diese Geschwindigkeit ist bekannt als maximale Geschwindigkeit c. Woraus ergibt sich diese maximale Geschwindigkeit? Ein Raumschiff, das durch den Kosmos fliegt, bewegt sich durch Raum und Zeit. Je schneller es sich durch den Raum bewegt, desto langsamer vergeht die Zeit. Ihr erinnert euch an das Konzept der Raumzeit. Jetzt stellen wir uns ein Photon vor, ein Lichtteilchen. Das bewegt sich natürlich wesentlich schneller als ein Raumschiff, nämlich mit der maximalen Geschwindigkeit c. Diese Geschwindigkeit hat einen derart massiven Einfluss auf die Raumzeit, dass die Zeitkomponente komplett entfällt. Die Zeit wird so sehr verlangsamt, dass sie stillsteht – für das Licht existiert so gesehen keine Zeit. Und das stellt die maximale Ausreizung der Beziehung zwischen Raum und Zeit dar. Mehr als das Wegfallen der Zeitkomponente geht nicht und deswegen ist an diesem Geschwindigkeitspunkt die maximale Geschwindigkeit erreicht. 

Wie kann man Lichtgeschwindigkeit erreichen?

Wie kann es denn nun gelungen sein, mit einem Antrieb annähernd Lichtgeschwindigkeit zu erreichen? David Burns nennt sein Konzept Helical Enginge, also auf Deutsch Helix-Antrieb, und es macht sich masseverändernde Effekte zunutze, die bei annähernder Lichtgeschwindigkeit auftreten. Stellt euch mal folgende Konstruktion vor: Ein Kasten befindet sich auf einer reibungsfreien Oberfläche. Im Inneren dieses Kastens befindet sich eine Stange, auf der ein Ring gleiten kann. Wenn eine Feder im Inneren des Kastens dem Ring einen Schubs gibt, gleitet der Ring entlang der Stange in die eine Richtung, während der Kasten in die andere zurückschnellt. Wenn der Ring das Ende des Kastens erreicht, springt er zurück, und die Rückstoßrichtung des Kastens ändert sich ebenfalls. Das ist das euch bestimmt bekannte Prinzip der Aktion und Reaktion – auch bekannt als Newtons drittes Bewegungsgesetz. 

Newton immer dabei – mit diesem Shirt

Hol dir jetzt das fantastische Newton-Shirt und befolge stets das erste Gesetz!

Genau dieses Aktion-Reaktion-Gesetz machen sich auch klassische Raketen zunutze, die Treibstoff in die eine Richtung abfeuern, um in die andere Richtung empor zu fliegen. So weit, so unspektakulär. In unserem Kasten würde das nun einfach dazu führen, dass der Kasten gleichmäßig hin und her wackeln würde, der Ring bekommt ja von jeder Feder immer denselben Rückstoß. Mit so einem Kasten kommen wir sicherlich nicht nach Proxima Centauri. Aber was wäre, wenn die Masse des Rings viel größer wäre? Dann würde der Kasten an einem Ende einen größeren Stoß erhalten als am anderen. Die Aktion würde die Reaktion übertreffen und die Kiste würde nach vorne beschleunigt – Richtung unendliche Weiten! 

Helical Drive: Möglich mit einem Teilchenbeschleuniger

Aber: Wenn die Aktion die Reaktion ohne externe Einwirkung übersteigt, hätten wir dann nicht Newtons drittes Gesetz und damit einen der Grundsätze der Physik verletzt? Nein, denn der Helical Drive macht sich Effekte zunutze, die nahe der Lichtgeschwindigkeit auftreten. Einsteins spezielle Relativitätstheorie besagt, dass Objekte an Masse gewinnen, wenn sie sich der Lichtgeschwindigkeit nähern, ein Effekt, der übrigens auch in Teilchenbeschleunigern wie dem Large Hadron Collider im Forschungszentrum CERN berücksichtigt werden muss. Die Ausnutzung dieses Effekts ist das Kernstück des Helical Drives.

Ähnlich wie der Large Hadron Collider funktioniert auch Helical Engine

Aber natürlich funktioniert das Ganze im Weltraum nicht wirklich mit einem Kasten, einer Stange und einem Ring. Dann könntet Ihr das Ding ja Zuhause bauen. Was cool wäre, aber man müsste in der Realität wohl den Ring durch einen kreisförmigen Teilchenbeschleuniger ersetzen, in dem Ionen, also elektrisch geladene Atome, schnell auf immense Geschwindigkeit beschleunigt und ebenso schnell wieder abgebremst werden können. Und was machen wir mit dem Kasten und dem Stab? Brauchen wir gar nicht, stattdessen bauen wir den Teilchenbeschleuniger spiralförmig. Er fungiert dann sowohl als Kasten, Stange, Ring und Feder. Mit einem solchen spiralförmigen Teilchenbeschleuniger, der Ionen auf annähernde Lichtgeschwindigkeit bringt, könnten wir durch den massebeinflussenden Effekt der Lichtgeschwindigkeit also den Helical Drive Realität werden lassen. 

Das Problem mit der Energie

David Burns beschreibt das so: “Das Triebwerk beschleunigt die in einer Schleife eingeschlossenen Ionen auf mäßige relativistische Geschwindigkeiten und variiert dann ihre Geschwindigkeit, um ihre Masse leicht zu verändern. Das Triebwerk bewegt die Ionen dann entlang der Bewegungsrichtung hin und her, um Schub zu erzeugen.” Das klingt jetzt erst mal alles sehr durchdacht und raffiniert. Aber: Ein paar praktische Probleme gibt es doch. Einige Forscher haben nachgerechnet und kamen zu dem Schluss, dass das spiralförmige Gebilde gigantische Ausmaße haben müsste. Damit das Konzept funktioniert, müsste es etwa 200 Meter lang und zwölf Meter im Durchmesser sein. Das wäre sicherlich noch machbar, aber das größte Problem ist der Energieaufwand. Damit der Helix-Antrieb funktioniert, müsste man Unmengen an Energie hineinstecken. Denn er benötigt 165 Megawatt Leistung, um nur 1 Newton Schub zu erzeugen, was in etwa der Kraft entspricht, die man zum Tippen auf einer Tastatur benötigt. Also man müsste bereits große Mengen Energie investieren, um auch nur die Kraft eines Tippens auf einer Tastatur herauszubekommen. 

Andererseits könnte sich die Menge an Energie, die man reinstecken muss, im Vakuum des Weltraums reduzieren. Dennoch wird es wohl dabei bleiben, dass der Helix-Antrieb extremst energieineffizient bleibt. Aber das wichtigste ist: Der Helix-Antrieb würde funktionieren und er würde durch die Anwendung der speziellen Relativitätstheorie nicht das Aktion-Reaktionsprinzip verletzen und alleine dadurch hebt er sich schon von ähnlichen Konzepten wie beispielsweise dem sogenannten EM-Drive ab, der auf der Nutzung von Mikrowellen basiert, aber eben nach herrschender Meinung die newtonschen Gesetze verletzt. 

Bis wir wirklich einen praktisch einsetzbaren Helix-Antrieb haben, der uns zu den Sternen bringt, wird wohl noch etwas Zeit vergehen. Insbesondere brauchen wir dafür Durchbrüche in der Energieerzeugung, eventuell durch Kernfusion. Aber es ist ein erstes vielversprechendes Konzept und irgendwo muss man anfangen, um dann darauf aufzubauen.

Ihr wollt mehr über dieses Thema erfahren? Dann schaut direkt mal in das Video von Astro-Tim rein:

Astronautennahrung, Eisenmeteorite und Plüschplaneten: In unserem Weltraum-Shop bleibt kein Wunsch offen. Kommt vorbei und stöbert in unseren Weltraum-Produkten.

Impressum und Datenschutz

Neuer Exoplanet um Proxima Centauri entdeckt

Direkt neben uns, in unserem Nachbarsternsystem, haben Forscher einen neuen faszinierenden Exoplaneten entdeckt.

Unsere Sonne ist nur einer von mehreren hundert Milliarden Sternen in der Milchstraße. Fast jeder Punkt, den wir in der Nacht am Himmel sehen, ist eine andere weit entfernte Sonne. Der nächste Stern an uns dran innerhalb unserer Galaxis heißt Proxima Centauri. Er ist Teil eines Dreifachsternsystems mit dem Namen Alpha Centauri – ein Umstand, der ab und an für etwas Verwirrung sorgt. Denn das System Alpha Centauri besteht aus den drei Sternen Alpha Centauri A, Alpha Centauri B und Proxima Centauri und der ist von diesen drei Sternen mit einem Abstand von 4,2 Lichtjahren eben am nächsten an unserem Sonnensystem gelegen.

Artist's impression of the planet orbiting Proxima Centauri.jpg
Eine künstlerische Darstellung des Exoplaneten Proxima b

Um Proxima Centauri drehen sich Planeten und einer davon, Proxima b, ist ein erdähnlicher Planet, der sich in der sogenannten habitablen Zone befindet – die Bedingungen, die dort herrschen, ermöglichen also grundsätzlich flüssiges Wasser und Sauerstoff. Der nächste Exoplanet könnte also eine zweite Erde sein und Leben beherbergen. Wenn das mal kein unglaublicher kosmischer Zufall ist! Und nun haben Forscher einen weiteren Planeten um Proxima Centauri entdeckt, den sie auf den kreativen Namen Proxima Centauri d getauft haben. Proxima d ist ein überaus erstaunlicher Planet, denn er benötigt für einen Umlauf um seinen Stern nur fünf Tage – ein Jahr auf Proxima d dauert 5 Erdentage, er ist also ganz schön schnell unterwegs und dementsprechend ist er auch sehr nah an seinem Stern dran, nämlich nur vier Millionen Kilometer. Das entspricht etwa einem Zehntel des Abstands vom Merkur zur Sonne.

Wird verarbeitet …
Erledigt! Sie sind auf der Liste.

Allerdings ist Proxima Centauri ein roter Zwergstern und daher kleiner und weniger heiß als unsere Sonne. Auf Proxima d werden daher trotz der Nähe zu seinem Stern im Schnitt nur Temperaturen von 86 Grad erreicht. Der Planet ist auch sehr klein und leicht und besitzt nur etwa ein Viertel der Erdmasse. Ob es auf dem neu entdeckten Exoplaneten Leben geben könnte, ist nicht bekannt, aber angesichts der Temperaturen erscheint es eher unwahrscheinlich. Andererseits: Wer weiß schon, unter welchen Bedingungen außerirdisches Leben gedeihen kann? 

Year in review: A planet lurks around the star next door | Science News
Proxima d umkreist seinen Stern in sehr geringem Abstand

Wie konnten die Forscher einen derart kleinen Planeten, der so nah an seinem Stern ist, überhaupt entdecken? Auf die Spur brachte sie ein verdächtiges Signal, das vor zwei Jahren bei Spektralmessungen mit dem ESPRESSO-Spektrografen am Very Large Telescope in Chile aufgefallen war. ESPRESSO steht für Echelle Spectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations und für den Spektrografen wird das Licht aller vier Acht-Meter-Hauptteleskope des Very Large Telescope kombiniert um dann spezielle Gitter für die Erzeugung von Spektren zu nutzen. Mit Hilfe des ESPRESSO-Spektrografen konnten leichte Unregelmäßigkeiten in der Bewegung von Proxima Centauri nachgewiesen werden. Solche Unregelmäßigkeiten können bedeuten, dass ein Planet den Stern minimal durch seine Schwerkraft anzieht. Denn nicht nur Sterne ziehen ihre Planeten an, sondern auch umgekehrt Planeten ihre Sterne, wenn auch wesentlich schwächer. Den Nachweis eines Exoplaneten durch die Schwerkraftwirkung auf seinen Stern bezeichnet man als Radialgeschwindigkeitstechnik. Und dass die Forscher mit dieser Technik einen so kleinen Planeten nachweisen konnten, ist sensationell, denn Proxima d sorgt durch seine Schwerkraft bei seinem Stern für eine Bewegung im Zentimeter-Bereich. Die Forscher konnten auf fast vier Lichtjahre Entfernung eine Veränderung von knapp vierzig Zentimeter messen. Pedro Figueira von der Europäischen Südsternwarte sagt:

„Das zeigt, dass die Radialgeschwindigkeitstechnik das Potenzial hat, leichte Planeten wie unseren eigenen zu entdecken, die vermutlich die häufigsten in unserer Galaxie sind und die möglicherweise Leben, wie wir es kennen, beherbergen können.“

– Pedro Figueira

Besonders knifflig war die Entdeckung über die Radialgeschwindigkeitsmethode, da die Unregelmäßigkeiten in der Bewegung von Proxima Centauri auch auf eine andere Ursache hätten zurückzuführen sein können. Denn Proxima Centauri ist unfassbar aktiv und schleudert permanent heftige Sternenwinde ins All. Diese Ausbrüche sind auch der Grund dafür, dass viele Astronomen Leben auf den Planeten in dem System für unmöglich halten, dieses Leben könnte nämlich permanent durch heftige Sternenstürme ausgelöscht werden.

Das größte Teleskop der Welt durch ESPRESSO - Spektrum der Wissenschaft
Die Entdeckung des neuen Exoplaneten gelang mit dem ESPRESSO-Spektrografen

Ein wenig Hoffnung für Leben auf den Proxima-Centauri-Planeten gibt es aber doch, denn letztes Jahr fanden Forscher heraus, dass diese Sternenausbrüche meist in Richtung Nord- und Südpol von Proxima Centauri erfolgen und nicht Richtung Planeten. Durch 117 Spektralmessungen der Radialgeschwindigkeit mit dem ESPRESSO-Spektrografen konnten die Forscher letztlich ausschließen, dass die Unregelmäßigkeiten durch die Ausbrüche erzeugt werden und beweisen, dass ein Exoplanet die Ursache ist. Der beteiligte Forscher João Faria vom Institut für Astrophysik und Weltraumforschung in Portugal sagt:

“Die Entdeckung zeigt, dass unser nächster stellarer Nachbar voller interessanter neuer Welten zu sein scheint, die in Reichweite weiterer Studien und zukünftiger Erkundungen liegen.”

João Faria

Noch mehr Informationen über unseren neuen Nachbar-Exoplaneten gibt es in diesem Video:

Impressum und Datenschutz