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14.01.1999Kohlenstoff-Vielfalt im Kosmos    

Organische Kohlenstoffverbindungen, wie sie auch auf der Erde vorkommen, haben Astrophysiker der Universität Jena und des NASA Ames Research Centers, Moffet Field/Kalifornien, im Weltall gefunden. Das berichtet das Wissenschaftsmagazin Science in einer aktuellen Ausgabe. "Wir wissen zwar, daß die Chemie im Weltraum nach den gleichen Gesetzen auf der Erde wie funktioniert, aber wir sind weit davon entfernt, nach den ominösen ,grünen Männchen' zu suchen", beschwichtigt der Jenaer Prof. Dr. Thomas Henning. Intelligente außerirdische Lebensformen existieren in den Augen des Physikers nur als theoretische Möglichkeit.

Dennoch waren Thomas Henning und sein amerikanischer Partner Farid Salama von ihrem Fund etwas überrascht. Es sei erstaunlich, daß unter Weltraumbedingungen - niedrige Temperaturen und Drücke bei hohen Strahlungsdichten - solche komplexen und relativ voluminösen Verbindungen wie polyaromatische Kohlenwasserstoffe (PAHs) entstehen können, kom-mentiert Henning. Auf der Erde findet man diese Stoffe, die von Umweltmedizinern als krebserregend eingestuft werden, zum Beispiel in Dieselabgasen und Zigarettenrauch, also als Nebenprodukte von Verbrennungsprozessen. Genau diese Abläufe müssen die Wissenschaftler-Teams haarklein simulieren, um genaue Aufschlüsse über die Kohlenstoffverbindungen im Weltall zu erhalten. "Wir können natürlich nicht rausfahren, und Proben mit dem Käscher einfangen", schmunzelt Henning. Vielmehr bedienen sich die Forscher einer indirekten Methode: Sie messen mit Teleskopen die Emissions- und Absorptionsbanden kosmischer Partikel und versuchen dann, diese im Labor mit exakt denselben spektroskopischen Eigenschaften nachzubauen.

Für die festen Kohlenstoffteilchen etwa gab es schon seit einiger Zeit Hinweise im Ultraviolettbereich, "aber wir wußten lange nicht, welche Art Kohlenstoff das ist", so Henning. Im irdischen Labor müssen raffinierte Verfahren wie Laserpyrolyse, Molekularstrahltechnik und Matrixisolationsspektroskopie die kosmische Chemie ersetzen. Dass dieses Prinzip zuverlässig funktioniert, erfahren die Astrophysiker immer dann, wenn sie Sternenmaterial aus fremden Himmelssphären auf der Erde finden und analysieren können; primitive Meteoriten enthalten in sehr kleinen Mengen Nanodiamanten und andere Kohlenstoffverbindungen, die nicht aus unserem Sonnensystem stammen.

Ähnlich wie auf der Erde tritt im Weltall Kohlenstoff in reiner Form, sogar in winzigen, nur milliardstel Meter kleinen Partikeln - etwa als amorpher ,Ruß' oder als Diamant auf, oder er bildet große komplexe Verbindungen mit anderen chemischen Elementen. Viele davon sind noch weitgehend unerforscht, wie zum Beispiel Siliziumkarbid, das die Jenaer Astrophysiker gerade in einem eigens entworfenen Spezialreaktor aus Acetylen und Silan nachzubauen versuchen. "Wir haben festgestellt, daß Kohlenstoff sehr formenreich und in vielfältigen Verbindungen im All vorkommt", skizziert Prof. Thomas Henning den aktuellen Kenntnisstand, "aber es gibt noch unzählige Rätsel zu knacken." Sicher ist der vierbindige Kohlenstoff ein Element, das die Welt in ihrem Innersten zusammenhält. Der Antrieb für diese Grundlagenforschung ist immer das Erkenntnisinteresse, niemals die Aussicht auf Nutzanwendungen.

Dabei verschweigt der gerade mit dem Thüringer Forschungspreis geehrte Physiker aber nicht, daß so mancher Fortschritt in der Material- oder Umweltwissenschaft den Umweg über das Weltall genommen hat. Für die amorphen Kohlenstäube, die Hennings Team im Labor erzeugt hat, interessiert sich inzwischen ein Reifenhersteller; die Laserpyrolyse polyaromatischer Kohlenwasserstoffe könnte bislang unbekannte Details in Verbrennungsprozessen einbringen - und vielleicht zur Entwicklung umweltverträglicherer Dieselmotoren beitragen.

Die kosmische Kohlenstoff-Forschung geschieht heute, wie in der ganzen Astrophysik üblich, in internationalen Netzwerken und gemeinsamen Großvorhaben. Infrarot-Teleskope am Erdboden liefern nur in sehr trockenen Gebieten der Erde innerhalb eines begrenzten Wellenlängenbereichs befriedigende Ergebnisse, so daß Astrophysiker ihre Detektoren am liebsten jenseits der hinderlichen Erdatmosphäre postieren. So brachte etwa die Mission eines ESA-Forschungssatelliten mit dem Infrared Space Observatory an Bord ein Fülle neuer Daten. Zweieinhalb Jahre lang hat der künstliche Trabant die Erde als "größter Kühlschrank des Weltalls" umkreist; im letzten Frühjahr war dann der 2.300-Liter-Vorrat an flüssigem Helium für die Kühlung des Detektors verbraucht, und das Gerät wurde abgeschaltet.

Ab 2001 wird ein deutsch-amerikanisches Flugzeugobservatorium an Bord einer umgebauten Boing 747 die Erde in der Stratosphäre überfliegen. Das 2,5-Meter-Teleskop für dieses SOFIA-Projekt (Stratosphere Observatory for Far Infrared-Astronomy) wird in Deutschland gebaut. "Wir hoffen, daß dann etwa 30 Flüge im Jahr für deutsche Forscher reserviert werden", so Thomas Henning erwartungsvoll, "und fünf davon für uns."


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