Forschung fasziniert!

Pro Parabel haben wir ungefähr 20 Sekunden Schwerelosigkeit. In dieser kurzen Zeit muss unser Experiment funktionieren. Dafür planen wir monatelang und versuchen, das Experiment so weit wie möglich zu automatisieren. Wir konstruieren die Bauteile, bauen das Experiment zusammen und testen es ausführlich, bevor die eigentlichen Flüge beginnen.

Vor dem ersten Flug war ich total aufgeregt. Ich war froh, dass ich nur als Begleitung mitgeflogen bin und nicht für das Experiment verantwortlich war. So konnte ich mich erstmal darauf konzentrieren, die Parabeln gut zu überstehen.

Außerdem sind zwei Kollegen mitgeflogen, die Erfahrung mit solchen Flügen hatten. Das war beruhigend.

Am Anfang fühlt es sich sehr nach Fallen an. Während der Übergangsphase in die Schwerelosigkeit kribbelt es im Bauch, ähnlich wie bei einer Achterbahnfahrt oder Turbulenzen.

Bei meinen ersten Parabeln wollte ich mich deshalb festhalten. Erst nach den ersten Runden wusste ich, was auf mich zukommt, und konnte es dann auch genießen und realisieren, dass ich gerade Schwerelosigkeit erlebe und wie besonders das ist.

Die Phasen vor und nach der Schwerelosigkeit sind durch die starke Beschleunigung anstrengender. In der Schwerelosigkeit selbst ist es ein bisschen wie Schwimmen – nur ohne Wasser. Die Bewegungen, die man intuitiv macht, funktionieren aber nicht richtig.

Tatsächlich musste ich aufpassen, dass ich nicht abdrifte, sobald ich Dinge berührt habe. Wenn ich beispielsweise auf die Tastatur am Laptop tippe, drücke ich mich gleichzeitig selbst davon weg. Das erschwert die gesamte Koordination und macht Bewegungen ganz anders als im Alltag mit normaler Schwerkraft.

Wir untersuchen, wie sich Mondstaub unter Mondgravitation verhält. Wenn Menschen künftig wieder zum Mond fliegen und dort eine Basis errichten wollen, muss dieser Staub transportiert und verarbeitet werden. Viele Forschungsgruppen erforschen bereits, wie daraus Bausteine entstehen können. Uns interessiert der Schritt davor: Wie lässt sich Mondstaub überhaupt zuverlässig transportieren?

Mondstaub ist ganz anders als Sand auf der Erde. Die Körner sind sehr fein und scharfkantig. Sie bleiben leicht an Oberflächen hängen und verstopfen so schneller Trichter oder Rohre. Außerdem verändert die geringere Gravitation auf dem Mond das Fließverhalten des Materials.

Dafür haben wir zwei Möglichkeiten genutzt: den Fallturm des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation, kurz ZARM, in Bremen und Parabelflüge in Bordeaux. Das Besondere an unserem Projekt ist, dass wir beides nutzen: Im Fallturm können wir reduzierte Gravitation, zum Beispiel Mondgravitation, simulieren. Das dauert etwas mehr als zwei Sekunden. Im Parabelflug haben wir dagegen etwa 20 Sekunden echte Schwerelosigkeit.

Im GraviTower dauert eine Messung ungefähr fünf Sekunden, davon sind rund zwei Sekunden unter reduzierter Gravitation möglich. An guten Tagen können wir bis zu 100 solcher Messungen durchführen.

Wir haben gesehen, dass das Material unter reduzierter Gravitation schneller verstopft. Dafür haben wir ein Modell entwickelt, das die Verstopfungsgefahr unter anderem mit der Geometrie des Trichters, der Größe der Partikel und der sogenannten Bond-Zahl beschreibt.

Die Bond-Zahl steht vereinfacht gesagt für das Verhältnis von Zusammenhalt und Gravitation: Wie stark haften die Partikel aneinander, verglichen damit, wie stark die Gravitation sie nach unten zieht. Wenn die Gravitation schwächer wird, gewinnt der Zusammenhalt an Bedeutung.

Unser Modell hilft dabei, aus diesen Größen abzuleiten, wie groß ein Trichter sein sollte, damit das Material möglichst zuverlässig hindurchfließt. Die Bond-Zahl lässt sich messen und auch für andere Gravitationsbedingungen berechnen.

Nein. Ich habe Physik studiert und im Master Astroteilchenphysik und Kosmologie gemacht. In meiner Masterarbeit habe ich am IceCube-Experiment gearbeitet, einem Teilchendetektor tief im antarktischen Eis. Dass Francis Halzen, einer der maßgeblichen Köpfe hinter IceCube, dafür jetzt den Physik-Nobelpreis erhält, macht diesen Teil meiner bisherigen Forschung natürlich noch einmal besonders. Dort werden die schwachen Lichtblitze registriert, die schnelle Elementarteilchen erzeugen – Teilchen, die etwa in der Umgebung Schwarzer Löcher oder in der Sonne entstehen und beschleunigt werden.

Danach bin ich für meine Promotion an die Universität Duisburg-Essen gekommen.

Während meiner Masterarbeit war ich Teil eines großen Projekts und habe nur an einem kleinen Baustein mitgearbeitet. Jetzt begleite ich ein Experiment von der ersten Idee über die Konstruktion bis zur Datenauswertung. Zu sehen, dass ein Experiment, das ich mitentwickelt habe, tatsächlich funktioniert, ist für mich das schönste Gefühl während der Promotion.

Ja, eigentlich auf jeder Konferenz. Am Anfang denke ich oft, dass alle anderen viel mehr wissen als ich. Im Gespräch merke ich aber schnell, dass alle dieselbe Begeisterung für dieses spezielle Thema teilen.

Ich glaube schon, dass das technisch irgendwann möglich ist. Wann das passiert, kann ich natürlich nicht einschätzen.

Dass aus einer Idee am Ende neue Erkenntnisse entstehen. Und dass man diesen ganzen Weg selbst miterlebt – von der ersten Idee über das Experiment bis zu den Ergebnissen. Genau das macht Forschung für mich aus.

Oliver Gaida, Fakultät für Physik, Tel. +49203 379 2958, oliver.gries@uni-due.de

Research Paper: https://arxiv.org/abs/2506.18771