Sinne der Curiosity IV - Den Mars fühlen

In dieser kurzen Artikelserie stelle ich die zehn wissenschaftlichen Instrumente des Mars-Rovers namens Curiosity vor, der seit 2012 auf der Marsoberflächt rollt und uns täglich mit faszinierenden Bildern, Daten und Erkenntnissen versorgt.
Im ersten Teil habe ich neben ein paar allgemeinen Worten über dieses Mars Science Laboratory die Kameras "MastCam", "MAHLI" und "MARDI" beschrieben - es ging also darum, wie Curiosity den Mars "sieht."
Im zweiten Teil waren die Spektrometer namens "APXS", "ChemCam", "CheMin" und "SAM" an der Reihe. Mit diesen Instrumenten kann Curiosity Marsmaterial "schmecken".
Der vorhergehende, dritte Teil beschäftigte sich mit den Strahlungsdetektoren "RAD" und "DAN" an Bord des Rovers. Ich ordnete Curiosity durch diese Geräte (etwas willkürlich) einen Hörsinn zu.

Der heutige Artikel stellt den letzten Teil der Serie dar. Nun fehlt uns nur noch ein wissenschaftliches Instrument - nämlich des Rovers hauseigene Wetterstation namens "REMS".

Sinne der Curiosity III - Den Mars hören

In dieser kurzen Artikelserie stelle ich die zehn wissenschaftlichen Instrumente des Mars-Rovers namens Curiosity vor, der seit 2012 auf der Marsoberfläche rollt und uns täglich mit faszinierenden Bildern, Daten und Erkenntnissen versorgt.
Im ersten Teil habe ich neben ein paar allgemeinen Worten über dieses Mars Science Laboratory die Kameras "MastCam", "MAHLI" und "MARDI" beschrieben - es ging also darum, wie Curiosity den Mars "sieht".

Sinne der Curiosity II - Den Mars schmecken

In dieser kurzen Artikelserie stelle ich die zehn wissenschaftlichen Instrumente des Mars-Rovers namens Curiosity vor, der seit 2012 auf der Marsoberfläche rollt und uns täglich mit faszinierenden Bildern, Daten und Erkenntnissen versorgt.
Im vorhergehenden, ersten Teil habe ich neben ein paar allgemeinen Worten über dieses Mars Science Laboratory die Kameras "MastCam", "MAHLI" und "MARDI" beschrieben - es ging also darum, wie Curiosity den Mars "sieht".
Heute sind die eingebauten Spektrometer dran...

Sinne der Curiosity I - Den Mars sehen

Vielleicht könnt ihr euch noch erinnern, wie der Rover namens Curiosity damals auf dem Mars gelandet ist. Es war eine spektakuläre Landung, denn sie war völlig neu in ihrer Art.
Freude und Erleichterung waren enorm im Kontrollraum des NASA Jet Propulsion Laboratory, als Curiosity das erste Bild zur Erde schickte, welches zeigte, dass ihre Räder sicher auf dem Marsboden stehen. Seitdem rollt das sog. Mars Science Laboratory (MSL) munter auf unserem Nachbarplaneten, sammelt Daten, schickt uns faszinierende Bilder und ermöglicht uns tiefe Einblicke in Geschichte und Gegenwart des Mars.

Die Badezimmer-Waage in der Erdumlaufbahn

Man kann auf der Internationalen Raumstation (ISS) nicht einfach schnell einkaufen gehen, wenn das Essen knapp wird - Gründe dafür sind hauptsächlich logistischer Natur. Die Nahrung muss mit Raumfahrzeugen in die Erdumlaufbahn geliefert werden, was dazu führt, dass sie im Vorhinein haltbar gemacht werden muss und nur in begrenzter Menge vorhanden ist. Zwar ist das Essen auf der ISS ausgesprochen gut, wie viele Astronauten sagen, dennoch besteht keine Gefahr, im Orbit übergewichtig zu werden und nicht mehr in den eigenen Raumanzug zu passen. Vielmehr müssen Astronauten darauf achten, nicht zu viel Körpermasse abzubauen: Muskeln, die in der Schwerelosigkeit kaum beansprucht werden, bauen sich schnell ab, und auch die Knochendichte der Astronauten nimmt nach längerem All-Aufenthalt nachweislich ab.

Ein Raumanzug für Mona Lisa - Fehlerkorrigierende Codes (Gastbeitrag)

Heute gibt's etwas Besonderes, etwas Erstmaliges: einen Gastartikel.
Es werden Methoden vorgestellt, die uns in unserem technischen Alltag eine Vielzahl von Sorgen nehmen. Dank der folgenden klugen Überlegungen ist es z. B. möglich, diesen Artikel fehlerfrei auf eure Bildschirme zu bringen - und alleine deswegen hat die Technik der fehlerkorrigierenden Codes bereits ihre Berechtigung, wie ihr nach dem Lesen des folgenden Textes von Jakob Kogler sicher auch denken werdet! ;-)

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Einleitung

Vergangene Woche wurde von der NASA der Rekord für die schnellste Datenübertragung durch das Weltall gebrochen. Seit eh und je verwendet die NASA zur Kommunikation mit Satelliten, der Crew von der ISS, usw. sogenannte RF-Systeme, sprich Radiowellen. Mittlerweile gerät diese Technik aber an ihre Grenzen. Durch bessere Messgeräte, größere Auflösung bei Kameras,... entstehen immer mehr Daten, die zur Erde gesendet werden sollen. Doch die Geschwindigkeit bei Funkübertragungen ist begrenzt. Dadurch treffen wichtige Ergebnisse erst verspätet an bzw. HD-Videos können nicht live angesehen werden. Deshalb experimentiert die NASA seit einiger Zeit mit alternativen Techniken. Letzte Woche ist es ihnen bei der LLCD (Lunar Laser Communication Demonstration) gelungen, den alten Rekord zu brechen. Bei dieser neuen Technik werden pulsierende Laserstrahlen verwendet, die für eine deutlich schnellere Übertragung sorgen. Im vergangenen September wurde dazu der Satellit LADEE in den Orbit des Mondes geschossen. Über die große Distanz von 385.000 Kilometern wurde eine Downloadgeschwindigkeit (Mond → Erde) von 622 Mbps und Uploadgeschwindigkeit (Erde → Mond) von 20 Mbps gemessen, was ungefähr der 5-fachen alten Geschwindigkeit entspricht.

Satellit LADEE und die Kommunikation über Laserstrahlen
(Credit: NASA)

Bereits im Januar dieses Jahres ist diese neue Technik in die Medien gerückt, als ein ähnliches Experiment stattfand. Damals wurde allerdings nicht die Geschwindigkeit untersucht, sondern die Fehleranfälligkeit. Wie man sich denken kann, ist so eine Übertragung nicht perfekt, schließlich liegt die Erdatmosphäre zwischen Sender und Empfänger. Bei diesem Experiment wurde eine digitale Version der Mona Lisa mit einer Auflösung von 152x200 Pixel zu einem mondnahen Satelliten geschickt. Zum Testen der Fehleranfälligkeit schickten sie das Bild einmal in Rohform und einmal veränderten sie die Daten vorher mit einem bestimmten mathematischen Verfahren, das ich in diesem Artikel vorstellen möchte. Das Ergebnis sieht man in der folgenden Grafik. Links ist das Ergebnis der normalen Übertragung, bei welcher große Teile des Bildes nicht richtig angekommen sind, wobei weiße Pixel fehlende und schwarze Pixel falsche Daten indizieren. Rechts hingegen kann man keine Fehler beobachten.

Ergebnis der Übertragung der Mona Lisa
(Credit: Xiaoli Sun, NASA Goddard)

Dieses mathematische Verfahren nennt sich "fehlerkorrigierende Codes"; in diesem Fall verwendete die NASA einen speziellen Reed-Solomon-Code. Diese Codes sind alltäglicher als man glaubt. Jeder von uns verwendet tägliche diese Technik. Schließlich übertragen wir ständig Daten, sei es übers Handy (Anrufe, SMS, Internet), am PC, wo Daten von der Festplatte oder von der RAM gelesen werden, wenn wir uns eine CD anhören, ... An all diese Übertragungen stellen wir eine wichtige Anforderung. Die Daten sollen genauso ankommen, wie sie ursprünglich waren. Eine CD bekommt nach kurzer Zeit Kratzer, doch wir möchten die Musik rauschfrei genießen, bei Funkübertragungen stören kosmische oder elektromagnetische Strahlen, trotzdem möchten wir keine SMS der Art "Tref/*n um 1%:00" entziffern müssen, und wir wollen keine wichtigen Daten verlieren, nur weil irgendwo beim Speichern ein kleiner Fehler passiert ist.

Die wie wird man diese Fehler los? Die Physik kann keine hundertprozentig fehlerfreie Übertragung gewährleisten. Neben dem Interpolieren der fehlerhaften Daten gibt es ein anderes mathematisches Verfahren. Man greift schon vor dem Versenden mittels fehlerkorrigierenden Codes ein. Bei diesem Verfahren bringt man die Daten vor dem Senden auf eine spezielle Gestalt, sodass man, falls bei der Übertragung Fehler passieren, diese erkennen und korrekt ausbessern kann.

Die Sonne schrumpft

...und zwar gewaltig schnell, wenn man in irdischen Dimensionen denkt.

Im Kern der Sonne passieren ja ständig nukleare Fusionen, bei denen Wasserstoff in Helium umgewandelt wird. Dabei werden - grob gesagt - aus vier Wasserstoffatomen ein Heliumatom. Der Grund, warum die Sonne so heiß ist, ist folgender: Nimmt man die einzelnen Bestandteile, die ein Heliumatom aufbauen (zwei Protonen und zwei Neutronen), "wiegt" man sie einzeln ab und zählt ihre Massen dann zusammen, so beobachtet man, dass diese Summe der einzelnen Massen größer ist als die Masse eines Heliumatoms. Wie ist das möglich? Warum werden unsere atomaren "Grundbausteine" plötzlich leichter, wenn man sie zu einem Heliumatom kombiniert?

Schematischer Ablauf der Proton-Proton-Reaktion
(Quelle: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:FusionintheSun.svg)

Zwischen "Ausgangsstoffen" und "Endprodukten" gibt es also einen Massenunterschied. Kann man sagen, es ist Masse "verloren" gegangen? Ist Masse nicht eine Art Erhaltungsgröße, sodass sie nie einfach verschwinden oder erscheinen kann? - Die Antwort ist: Nein, die Masse wird nur in der klassischen, newtonschen Physik erhalten. Wie Einstein herausgefunden hat, kann Masse in Energie umgewandelt werden. Masse und Energie sind über seine berühmte Masse-Energie-Äquivalenzformel E = Δmc² miteinander eng verbunden. (Wir schreiben hier "Delta-m" - also Δm - anstatt einfach nur m, was verdeutlichen soll, dass wir uns hier mit Massendifferenzen beschäftigen.) Bei der Kernfusion geht also keine Masse einfach so verloren, sondern sie wird in Energie umgewandelt. Es gilt also eine Art universellerer Erhaltungssatz.
Diese Energie wird abgestrahlt, wandert vom Sonnenkern mehrere 100.000 Jahre zur Sonnenoberfläche und danach etwa acht Minuten lang zu uns auf die Erde, wo sie unsere Eislutscher oder - fast noch schlimmer - unser Bier erwärmt. (Hat sich das ganze also ausgezahlt?) ;-)

Zu Recht: Links - August 2013 (1/2)

Worauf bin ich in letzter Zeit im Internet gestoßen und was ist mir davon in Erinnerung geblieben? - Hier trage ich wieder einmal eine Auswahl empfehlenswerter Links zusammen.

Die Einträge, die mit einem "≤" eingeleitet werden, sind besonders empfehlenswert! Allen, denen die folgende Liste etwas zu lang ist, möchte ich bei ihrer Wahl damit ein bisschen unter die Arme greifen. ;-)

Warum sind Astronauten im All schwerelos?

Wenn man sich Videos von Astronauten im Weltall ansieht, stellt man sofort fest, dass diese umherschweben als würde "dort oben" keine Gravitation wirken. Man sagt ja immerhin auch, dass sie in der "Schwerelosigkeit" (engl. "zero gravity environment") leben.

Aber stimmt es, dass es dort oben keine Gravitation gibt?

Obwohl viele Quellen behaupten, es würden im Weltraum keine gravitativen Kräfte wirken, lautet die richtige Antwort: Gravitation ist überall - und besonders in den Umlaufbahnen um massereiche Körper, wie z. B. die Erde (oder die Sonne oder generell Sterne oder das Zentrum von Galaxien usw. - ihr wisst schon, was ich meine). Die Bezeichnung "zero gravity" oder "Schwerelosigkeit" in Verbindung mit dem Inneren von Raumschiffen oder Experimenten in der Internationalen Raumstation (ISS) ist jedoch sehr irreführend, wie ich finde.
Tatsächlich würden Astronauten das gleiche Gefühl von "Schwerelosigkeit" haben, wenn sie sich, anstatt die Erde zu umkreisen, in den Weiten des Weltraumes bewegen würden. "Sich im Erdorbit zu befinden" und "frei durch's All zu fliegen" sind für das Empfinden der Astronauten das selbe. Wenn ihr Raumschiff keine Fenster hätte, würden sich die Astronauten ziemlich schwer tun zu bestimmen, ob sie die Erde umkreisen oder fernab jeglicher Massen durch's Universum reisen. Dennoch ist der Begriff der "Schwerelosigkeit" von Astronauten in einer Erdumlaufbahn irreführend - an Orten, wie z. B. in der ISS, gibt es nämlich definitiv Gravitation!

Chris Cassidy und Karen Nyberg in der Kuppel der Internationalen Raumstation, 7. August 2013.
(Credit: NASA)

Aber warum "schweben" Astronauten in der ISS als ob keine gravitativen Kräfte auf sie wirken würden?

Die Antwort ist, dass sie sich gemeinsam mit ihrem Raumschiff im freien Fall um die Erde befinden. Und im freien Fall ist man nun mal schwerelos.

Zu Recht: Links - Juli 2013 (2/2)

Fast 40 neue und alte Artikel und Videos in den letzten zwei Wochen - entdeckt, gefunden und für die folgende Liste ausgewählt.

Falls man sich nicht die Zeit nehmen möchte, alles anzusehen, kann ich die Beiträge mit einem "≤" besonders empfehlen.

Fröhliches Stöbern! ;-)

Zu Recht: Links - Juli 2013 (1/2)

Dass ich das Internet einschalte und keine interessanten Artikel oder Videos finde, gibt's eigentlich nicht.

Hier findet ihr wieder eine kleine Auswahl meiner Internet-Fundstücke der letzten beiden Wochen.
Artikel bzw. Videos, die mit einem "≤" markiert sind, kann ich besonders empfehlen!

Na dann: Viel Vergnügen!

Zu Recht: Links - Mai 2013 (1/2)

Hier wieder einmal einige von den meinerseits in den letzten zwei Wochen entdeckten Links, die zu Recht hier nochmal angeführt werden - einfach deshalb, weil ich sie sehenswert finde. ;-)

Verweise, die ich mit einem "≤" einleite, halte ich für besonders empfehlenswert.

Ich wünsche fröhliches Stöbern! :-)

Was haben der Herrscher der Unterwelt, das 94. Element und Micky Maus gemeinsam?

...und was hat Venetia Burney aus Oxford damit zu tun?
Das könnte fast eine Frage im Standard-Kreuzworträtsel sein. ;-)

Dunkle Materie im Orbit gemessen?

Vor wenigen Tagen wurden die ersten Messergebnisse des Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) veröffentlicht. Das ist ein Experiment, das an Bord der Internationalen Raumstation (ISS) seit über einem Jahr die kosmische Höhenstrahlung misst.
Der Anstieg von Positronen in einem bestimmten Energiebereich könnte die erste direkte Messung Dunkler Materie sein.

Unsere Botschaften an Außerirdische + Leitfaden für den Erstkontakt

Im Laufe der Zeit haben wir als Menschheit ja einige Botschaften an mögliche Außerirdische versandt - manche mit Raumsonden, andere über elektromagnetische Wellen. Dass es äußerst unwahrscheinlich ist, dass diese Nachrichten von Aliens gefunden und danach auch entziffert werden können, war und ist jedermann bewusst. Deshalb hat man sich bemüht, die Informationen in den Botschaften so zu verschlüsseln, dass sie ohne Kenntnis irdischer Sprachen, Schriften oder Begriffen entschlüsselt werden können - für den Fall, dass sie entdeckt werden. Wie diese Botschaften aussehen, werde ich also hier kurz beschreiben.

Doch dann bleibt noch eine Frage: Wie soll ich mich verhalten, wenn Außerirdische Kontakt mit mir aufnehmen und niemand anderer als ich selbst die Menschheit würdig vertreten sollte? Am Ende des Artikels findet ihr dazu einen kurzen, aber ziemlich coolen Leitfaden in Form einer Infografik.

Ein paar Videos zur (Grundlagen-)Forschung

Seit kurzem gibt es dieses Video von SciShow, in dem Hank Green die Budgetkürzungen wissenschaftlicher Einrichtungen in Amerika kritisiert.
Die NASA stellt z. B. aus diesem Grund viele äußerst wichtige Funktionen vorerst ein - nämlich jede Art von "education and outreach".

Zu Recht: Links - März 2013

Abermals meine Lieblings-Links unsortiert zu einer kleinen Liste zusammengestellt - diesmal vom Monat März.

(Ich denke, ich teile den nächsten Monat wieder in zwei Hälften, sonst kommt viel zu viel auf einmal zusammen.)

Die fett formatierten Einträge gefallen mir besonders gut. Wer sich also nicht durch die ganze Liste lesen möchte, dem würde ich zumindest ein paar dieser Links nahelegen.