Das Leben blüht, Flammen tanzen … Weltraumexperimente sind so interessant!

Produziert von: Science Popularization China

Autor: China Science Expo

Hersteller: China Science Expo

In den riesigen Weiten des Weltraums, etwa 400 Kilometer von der Erde entfernt, rast Chinas Raumstation Tiangong mit einer Geschwindigkeit von 7,9 Kilometern pro Sekunde vorbei und setzt neue Maßstäbe für die menschliche Erforschung der Geheimnisse des Universums. In diesem riesigen Raum führen Wissenschaftler eine Reihe faszinierender Experimente in den Biowissenschaften und der Weltraumverbrennung durch und versuchen, das Geheimnis des Lebens und des Feuers im Weltraum zu lüften.

Das Leben blüht im Weltraum

Im Wentian-Labormodul der chinesischen Raumstation wurde ein 120-tägiges Weltraumanbauexperiment zum gesamten Lebenszyklus von Reis durchgeführt. Dies war das erste Mal weltweit, dass Reissamen im Weltraum produziert wurden. Wissenschaftler wie Zheng Huiqiong, ein Forscher am Center for Excellence in Molecular Plant Sciences der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, haben mit diesem Experiment einen wichtigen Schritt in Richtung des Anbaus von Nahrungspflanzen im Weltraum gemacht.

Zheng Huiqiong, ein Forscher am Exzellenzzentrum für Molekulare Pflanzenwissenschaften der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, sagte, dass die Produktion von Reissamen im Weltraum nur der erste Schritt sei. In Zukunft planen sie, mit diesen Reissamen zwei bis drei Generationen von Pflanzenexperimenten von Samen zu Samen im Weltraum durchzuführen und eingehende Forschungen zur Anpassungsfähigkeit von Pflanzen an langfristige Weltraumumgebungen und zur Stabilität genetischer Mechanismen durchzuführen.

Diese Forschung hat nicht nur einen wissenschaftlichen Wert, sondern auch eine weitreichende Bedeutung. Cang Huaixing, ein Forscher am Zentrum für Raumfahrtanwendungstechnik und -technologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, wies darauf hin, dass die Menschheit in der Lage sein werde, für den Weltraum geeignete Nahrungspflanzen anzubauen, sobald die Gesetze, die mit Pflanzen im Weltraum zusammenhängen, gründlich erforscht seien. Dies wird bei der zukünftigen Weltraumforschung eine entscheidende Rolle spielen, sei es beim Bau einer Mondbasis oder beim Mars-Einwanderungsplan.

Das Life Ecology Experiment Cabinet, eine Einrichtung, die bildlich gesprochen „Weltraumhotel“ genannt wird, bietet Wissenschaftlern eine wertvolle Plattform für die Untersuchung des Wachstums, der Entwicklung und des Alterns einzelner Organismen in einer Umgebung mit Mikrogravitation und Strahlung. Im Inneren des Experimentierschranks wurden für verschiedene Forschungsobjekte individuelle Experimentiergeräte-Designs erstellt. Von Pflanzensamen und Setzlingen über Kleinsttiere wie Fruchtfliegen und Fadenwürmer bis hin zu kleinen Nagetieren wie Mäusen finden sie hier alle eine geeignete Forschungsumgebung.

Schematische Darstellung des Experimentierschranks Lebensökologie

(Fotoquelle: Science Institute)

Gleichzeitig werden im Biotechnologie-Experimentierkabinett Forschungen aus mikroskopischer Perspektive durchgeführt. Dabei werden Proben wie biologische Gewebe, Zellen und biochemische Moleküle als Objekte verwendet, um die Auswirkungen der Weltraumumgebung auf das Leben zu untersuchen. Durch Experimente mit Lungenzellkulturen können Wissenschaftler beispielsweise die Auswirkungen der Weltraumstrahlung auf das Wachstum von Lungenzellen untersuchen und so die potenziellen Risiken der Weltraumumgebung für die menschliche Gesundheit aufdecken.

Feuerbändiger im Weltraum

Auf der anderen Seite des Weltraums laufen Verbrennungsexperimente auf Hochtouren. Feuer, diese geheimnisvolle Substanz, die die menschliche Entwicklung begleitet, seit primitive Menschen sie vor Zehntausenden von Jahren kannten und nutzten, weist in der Mikrogravitationsumgebung des Weltraums ein Verbrennungsphänomen auf, das sich völlig von dem auf der Erde unterscheidet.

Das Herzstück des Verbrennungswissenschaftlichen Experimentierschranks ist eine Brennkammer. Neben der Fackel, die in der Mitte der Brennkammer ausgebildet ist, gibt es innerhalb und außerhalb der Brennkammer verschiedene Messinstrumente, die eine erfolgreiche Zündung und subtile Veränderungen der Flamme erkennen können. Darüber hinaus kann es die räumliche Verteilung der Temperatur und Konzentration der Flamme bis über 1.500 Grad erfassen und den durch die Schwerkraft verborgenen physikalischen und chemischen Prozess der Verbrennung untersuchen.

Liu Yousheng, außerordentlicher Professor an der Tsinghua-Universität und verantwortlicher Wissenschaftler für das Verbrennungswissenschaftsexperiment, wies darauf hin, dass das Weltraumverbrennungsexperiment zwei Hauptziele habe: Zum einen die Untersuchung der tief verwurzelten Mechanismen von Brandschutzproblemen in der Raumstation, zum anderen die Bereitstellung theoretischer Unterstützung für Energiesysteme und Stromversorgungsgeräte im Zusammenhang mit der Verbrennung am Boden und in der Luft- und Raumfahrt.

Mithilfe des Experimentierschranks für Verbrennungswissenschaften können Wissenschaftler den Verbrennungsprozess in einer Umgebung mit Mikrogravitation untersuchen, den Auftriebskonvektionseffekt eliminieren und die Sedimentation von Partikeln oder Tröpfchen verhindern. Auf diese Weise können sie die physikalischen und chemischen Prozesse der Verbrennung beobachten, die durch die Schwerkraft verdeckt werden. Diese Forschung ist von großer Bedeutung für die Entwicklung der Reaktionskinetiktheorie und die Optimierung von Verbrennungskraftsystemen auf der Erde.

Bild der Methanverbrennung im Experimentierschrank für Verbrennungswissenschaften auf der Raumstation (links) und Bild der Methanverbrennung unter denselben Arbeitsbedingungen am Boden (rechts) (Bildquelle: Institut für Technische Thermophysik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, Verbrennungsenergiezentrum der Universität Tsinghua)

Am 16. Februar 2023 führte das Versuchssystem im Verbrennungswissenschaftskabinett der Mengtian-Kabine erfolgreich seinen ersten Zündtest im Orbit durch. Dabei wurde Methan als Brennstoff verwendet und eine Flammenmorphologie demonstriert, die sich völlig von der am Boden unterschied. Nachdem die Astronauten die Luke der Brennkammer geschlossen haben, werden alle Anweisungen vom entsprechenden Team des Bodenbetriebs- und Kontrollzentrums erteilt. Die Zündung im Inneren kann als vollautomatisch bezeichnet werden. Durch diese Anweisungen wird die Brennkammer in ein Vakuum evakuiert und das gewünschte Umgebungsgas wird zugeführt. Nach Erreichen eines bestimmten Verhältnisses geben wir dann Brenngas hinzu.

Als der Einfluss der Schwerkraft verloren ging, zeigte der kleine Feuerball einen völlig anderen Zustand als auf der Erde. Im Vergleich zu den gleichen Versuchsergebnissen am Boden war die sich nach außen ausbreitende Flamme kürzer und runder und die Flammenschichten waren deutlicher sichtbar. Dieses Experiment stellt nicht nur einen wichtigen Durchbruch bei Chinas Weltraumexperimenten zur Verbrennung dar, sondern bietet auch eine neue Perspektive für die menschliche Erforschung der Verbrennung, eines uralten, aber immer neuen natürlichen Prozesses.

Abschluss

Von der Entstehung des Lebens im Weltraum bis hin zum Tanz der Flammen im Weltall entwickelt sich Chinas Raumstation Tiangong zu einer wichtigen Plattform für die Menschheit, um die Geheimnisse des Universums zu erforschen. Ich bin überzeugt, dass wir dank der kontinuierlichen Anstrengungen der Wissenschaftler in naher Zukunft weitere Geheimnisse über Leben und Feuer im Weltraum lüften und eine solide Grundlage für die Weltraumforschung der Menschheit legen können.