Derzeit ist das IWF an vierzehn internationalen

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1 Bild: Das IWF ist im Victor Franz Hess- Forschungszentrum Graz untergebracht. Das Institut für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in Graz beschäftigt sich mit der Erforschung des Sonnensystems, des erdnahen Weltraums und des Erdkörpers. Mit fast 80 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern aus mehr als einem Dutzend Nationen ist es eines der größten Institute der ÖAW. Seit Herbst 2000 ist das Institut in einem architektonisch sehr attraktiven Neubau, dem Victor Franz Hess- Forschungszentrum Graz, benannt nach dem in der Steiermark geborenen Entdecker der Kosmischen Strahlung, untergebracht. Derzeit ist das IWF an vierzehn internationalen Weltraummissionen als Forschungs- und Entwicklungspartner beteiligt. Es kooperiert insbesondere mit der europäischen Weltraumorganisation ESA, nationalen Weltraumagenturen in Amerika (NASA), Frankreich (CNES), Japan (JAXA), China (CNSA) und Russland (IKI) sowie mit der österreichischen Weltraumindustrie und mehr als 100 Forschungsinstituten auf der ganzen Welt. In spezifischen Bereichen werden Beobachtungen aus dem Weltraum durch terrestrische Beobachtungen und Labormessungen unterstützt. Mit seinen Arbeiten im Bereich der Weltraumplasmaphysik, der Planetenerkundung und der Erdschwerefeldforschung hat das Institut einen internationalen Ruf erworben. Weltweit führend ist das IWF bei Magnetfeldmessungen, Satellitenpotenzialregelung, Analyse von Raumsondenantennen und Kilohertz- Satellite Laser Ranging (SLR). Im Bereich der Weltraumplasmaphysik beteiligt sich das IWF an Multisatellitenmissionen im erdnahen Weltraum (Cluster, THEMIS, RBSP, MMS, Resonance) und Sonnenobservatorien (STEREO), sowohl zum Studium plasmaphysikalischer Prozesse als auch zur Untersuchung des Weltraumwetters. Im Bereich der Planetenforschung widmet sich das Institut der Erforschung der erdähnlichen Planeten Merkur, Venus und Mars (BepiColombo, Venus Express, Yinghuo, ExoMars), aber auch des Riesenplaneten Saturn (Cassini) sowie der Erkundung von Kometen (Rosetta). Außerdem beteiligt sich das IWF an der Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems (COROT). Im Bereich der Erdbeobachtung steht die Erforschung des Erdschwerefelds mit Satelliten (GOCE) und SLR im Vordergrund. Darüber hinaus betreibt das IWF geodynamische Forschung mit Hilfe von GPS. Das ÖAW-Institut für Weltraumforschung ist das österreichische Weltrauminstitut par excellence. Es besteht aus den drei Abteilungen Experimentelle Weltraumforschung (Wissenschaftlicher Direktor: Prof. Wolfgang Baumjohann) Physik des erdnahen Weltraums (Wissenschaftlicher Direktor: Prof. Helmut O. Rucker) Satellitengeodäsie (Wissenschaftlicher Direktor: Prof. Hans Sünkel). Das IWF wird von den drei wissenschaftlichen Direktoren kollegial geführt. ADRESSE Schmiedlstraße Graz Austria T F pr.iwf@oeaw.ac.at 1

2 Bild unten: Wie ist der aktuelle Zustand der Erdoberfläche und ihrer näheren Umgebung? Können aus der ständigen Überwachung Vorhersagen von Zustandsänderungen abgeleitet werden, und wenn ja, wie? Fragen an den blauen Planeten, für deren Beantwortung die Fülle von Messdaten zahlreicher künstlicher Erdsatelliten dient, die mit speziell ausgestatteten Sensoren ein globales Bild unseres Planeten skizzieren. Es verbleibt die Aufgabe, dieses integrale Bild zu entschlüsseln und in seine Einzelteile zu zerlegen. Bild rechts: Der GOCE-Satellit in der Erdumlaufbahn. DER BLAUE PLANET Die genaue Kenntnis des Erdschwerefeldes ermöglicht Aussagen über die physikalischen Mechanismen, die den Aufbau und die Dynamik der Erdkruste und der Meeresströmungen bestimmen. Die wiederholte präzise Bestimmung von Koordinaten mittels GPS führt zu zeitlich veränderlichen Geschwindigkeitsfeldern, aus - welchen das Kräftespiel und die Energietransporte in der Erdkruste abgeleitet werden können. Das Verständnis dieser Dynamik ist eine unabdingbare Voraussetzung für die zukünftige Vorhersage von Erdbeben. Satelliten stehen jedoch ihrerseits wieder über das Erdschwerefeld in Wechselwirkung mit jenen Kräften, die sie messen sollen. Daher ist die präzise Kenntnis der Satellitenbahnen von enormer Wichtigkeit, wofür sowohl GPS als auch hoch entwickelte Lasertechnologie eingesetzt werden. ERDSCHWEREFELD Die nicht-sphärische Gestalt und der inhomogene Aufbau der Erde spiegeln sich in einer entsprechend komplexen Erscheinung des Erdschwerefeldes wider. Die Erdschwere hängt von der geographischen Position und vom Vorhandensein sichtbarer Massen (Gebirgen) und Massendefizite (Ozeanbecken) ab. Darüber hinaus sind der geologische Aufbau und die damit verbundenen Dichteunterschiede im Erdinneren für die Variationen des Erdschwerefeldes verantwortlich. Das globale Erdschwerefeld kann man sich als eine unendliche Schar von unregelmäßigen Flächen gleichen Schwerepotenzials vorstellen. Unter dieser Flächenschar befindet sich eine ausgezeichnete, die mit der Fläche des mittleren Meeresspiegels am besten übereinstimmt und die als Geoid bezeichnet wird. Für zahlreiche Geodisziplinen wie die Geodäsie, die Geophysik und die Ozeanographie ist eine Detailkenntnis dieses globalen Geoids mit Zentimetergenauigkeit von fundamentaler Bedeutung. Die ESA-Mission GOCE (Gravity Field and Steady-State Ocean Circulation Explorer) bedeutet einen großen Fortschritt in der Erforschung des Gravitationsfeldes unseres Planeten. Kerninstrumente von GOCE sind ein GPS-Hochleistungsempfänger zur exakten Bahnbestimmung sowie ein hochpräzises Schwere-Gradiometer, das über Beschleunigungsmessungen zweite Ableitungen des Gravitationspotenzials in allen drei Raumrichtungen misst. Bei einer Missionsdauer von 20 Monaten kann mit diesem Verfahren die Höhe des Geoids mit einer bisher unerreichten Genauigkeit von 1 cm bei einer räumlichen Auflösung von ca. 70 km bestimmt werden. Der Start des Satelliten erfolgte am 17. März

3 SLR-TECHNOLOGIE Die Laserdistanzmessung zu Satelliten (Satellite Laser Ranging SLR) ist ein Verfahren zur Bestimmung der Distanz zwischen einer Laser-Bodenstation und einem Satelliten im Orbit. Dabei wird an der Bodenstation ein kurzer Laserpuls erzeugt, der zum Satelliten geschickt, von diesem reflektiert und an der Station wieder detektiert wird. Aus den kontinuierlichen Beobachtungen von Satelliten durch ein weltweit über 40 Stationen umfassendes Netzwerk von Laser-Bodenstationen lassen sich so die Satellitenbahnen mit hoher Präzision berechnen. Eine Analyse dieser Bahnen erlaubt es, Rückschlüsse auf das Gravitationsfeld und das Rotationsverhalten der Erde zu ziehen. Am Observatorium Lustbühel betreibt das IWF eine Satelliten-Laserstation, die Messungen mit einer Einzelschussgenauigkeit von bis zu ±3 mm zu Satelliten in Entfernungen bis km durchführt, womit die Grazer Station im internationalen Spitzenfeld liegt. Während Laser-Stationen üblicherweise Systeme mit 10 Hz Pulsfrequenz verwenden, ist in Graz ein 2-kHz-System mit Einzelphoton-Detektion in Betrieb. Bis zu Messungen werden auf einen Normalpunkt konzentriert, wodurch dieses Lasersystem im Prinzip Genauigkeiten weit unterhalb des 1-mm-Bereichs ermöglicht. Diese neue Technologie ermöglicht auch das Rotationsverhalten von Satelliten zu bestimmen. Durch die hohe Messfrequenz von 2 khz wird die Oberfläche des Satelliten abgetastet, wodurch die einzelnen Reflektoren in den Echo-Daten erkennbar werden. Weil sich viele dieser Satelliten um die eigene Achse drehen, kann damit auch die Drehbewegung aus den Laserdaten berechnet werden. Dies ist mit den Grazer khz-laserdaten weltweit erstmals für die Satelliten Ajisai, Gravity Probe-B und Lageos erfolgreich durchgeführt worden. Ajisai braucht etwa 2 s für eine Umdrehung. Durch Analyse der Lasermessungen von 1,5 Jahren wurde dabei eine minimale Abnahme dieser Eigenrotation (um 0,00779 Hz/Jahr) festgestellt. Lageos befindet sich seit 1976 in der Erdumlaufbahn. Seine Eigenrotation ist in dieser Zeit schon fast vollständig zum Stillstand gekommen. Er benötigt nun über 5000 s für eine einzige Umdrehung. GEODYNAMIK Die geotektonische Plattenstruktur im Mittelmeerraum wird durch die Nordbewegung der afrikanischen gegen die eurasische Kontinentalplatte bestimmt. Die so entstehenden Mikroplatten bewegen sich ähnlich eingeschlossenem Packeis in einem komplizierten Kräftespiel. Entlang ihrer Begrenzungen sind erhöhte seismische Aktivitäten, Erdbeben und Vulkanismus festzustellen. Bei der Analyse von Kontinentalverschiebungen hilft ein erdumfassendes Überwachungssystem. Regionale Überwachungsnetze in Zentraleuropa und im alpin-mediterranen Bereich verfolgen dieselbe Aufgabe in den entsprechenden Gebieten. Das IWF befasst sich vornehmlich mit geodynamischen Phänomenen im Bereich der Ostalpen und des Balkans. Bild oben: Wenn sich eine ozeanische Platte unter eine andere Platte schiebt (Subduktion), entsteht durch Plattentektonik ein so genannter Inselbogen. Das Grazer khz- Lasersystem ist weltweit einzigartig. 3

4 Bild unten: Koronale Eruptionen der Sonne dringen manchmal in das Erdmagnetfeld ein. Bild rechts: Die vier Cluster- Satelliten Rumba, Salsa, Samba und Tango umtanzen seit Mitte 2000 die Erde. 44 ERDNAHER WELTRAUM Die Physik des erdnahen Weltraums befasst sich mit der Wechselwirkung des Sonnenwindes mit dem Erdmagnetfeld. Die dabei auftretenden Strukturen wie die Schockfront, an welcher der überschallschnelle Sonnenwind abgebremst wird, die Magnetosheath als Übergangsschicht und die durch die Magnetopause begrenzte Magnetosphäre, in der das Erdmagnetfeld dominiert, sind im Wesentlichen Magnetoplasmen. Das heißt, geladene Teilchen sowie elektrische und magnetische Felder beherrschen das physikalische Geschehen. Sichtbares Zeichen der Wechselwirkung zwischen Erdmagnetfeld und Sonnenwind und der daraus resultierenden Dynamik in der Erdmagnetosphäre ist das Polarlicht. Hier kollidieren Elektronen mit den Teilchen der hohen Atmosphäre und regen sie zur Emission von elektromagnetischen Wellen an. Weitere messbare Erscheinungen sind Schwankungen der Magnetfeldstärke an der Erdoberfläche, die durch einen in der Magnetosphäre fließenden Ringstrom verursacht werden. Das Verständnis der solar-terrestrischen Beziehungen, oft auch unter dem Begriff Weltraumwetter (Space Weather) erfasst, ist ein an Bedeutung gewinnender Forschungsbereich. Denn sowohl geostationäre Satelliten als auch Kommunikationssysteme und in polarnahen Gebieten befindliche Energieversorgungsnetze können durch Sonnenwindstürme gefährdet werden. Seit jeher spielen experimentelle Messungen und deren Auswertung in der Beschreibung von physikalischen Problemen die wesentliche Rolle. Um diese Größen zu erhalten, benötigt man Raumsonden und Satelliten. Das IWF war in der Vergangenheit an vielen Einzelsatellitenmissionen (z.b. Interball, Geotail, Equator-S, DoubleStar) beteiligt. Bei den derzeitigen Missionen (z.b. Cluster, THEMIS, RBSP, MMS, Resonance) handelt es sich um Satellitenflotten, welche durch die nun mögliche Trennung von zeitlichen und räumlichen Variationen der sehr dynamischen Erdmagnetosphäre ganz neue Einblicke in die Physik von Weltraumplasmen ermöglichen. Die vier Cluster-Satelliten der ESA zur Erforschung der Erdmagnetosphäre wurden 2000 gestartet und liefern seither wertvolle und neuartige Messergebnisse gleichzeitig an vier benachbarten Punkten im Raum. Die Nutzlast jedes einzelnen Satelliten besteht aus elf wissenschaftlichen Instrumenten zur Messung der magnetischen und elektrischen Felder und der elektrisch geladenen Teilchen in allen wichtigen Energiebereichen. Das IWF ist an drei wissenschaftlichen Messgeräten an dieser Mission beteiligt: Ein Instrument regelt die elektrische Aufladung des Satelliten, eines misst das Erdmagnetfeld und das dritte dient der Messung des elektrischen Feldes. Außerdem ist das IWF Co-Investigator bei Instrumenten zur Messung von Elektronen- und Ionenspektren und betreibt das Austrian Cluster Data Center, den österreichischen Teil des Cluster Science Data Systems.

5 Der Schwerpunkt der Auswertung und physikalischen Interpretation der Cluster- Daten am IWF liegt auf der Untersuchung der Dynamik des Schweifes der Erdmagnetosphäre. Hier können aufgrund der Vierpunktmessungen viele Zweideutigkeiten (Unterscheidung zwischen räumlicher und zeitlicher Variation) beseitigt werden. Die NASA-Mission THEMIS (Time History of Events and Macroscale Interactions during Substorms) wird die endgültige Antwort auf die Frage nach den kausalen Zusammenhängen in einem der dynamischsten Prozesse in der Erdmagnetosphäre, dem so genannten magnetosphärischen Teilsturm, sowie nach dem Ursprung von Polarlichtern geben. Fünf Kleinsatelliten wurden 2007 gestartet und erforschen seither koordiniert verschiedene Regionen der Magnetosphäre. Das IWF ist an dem Magnetometerexperiment auf THEMIS beteiligt. Energiereiche Teilchen in den Strahlungsgürteln der Erde stellen für Astronauten und Raumsonden eine große Gefahr dar. Im Rahmen der NASA-Mission Radiation Belt Storm Probes (RBSP) werden zwei Satelliten gestartet, welche die physikalischen Prozesse bestimmen sollen, die für die Zu- bzw. Abnahme der Intensität der Strahlungsgürtel verantwortlich sind. Anhand der Beobachtungen der te. Das IWF ist an den elektrischen und magnetischen Messungen beteiligt. Der Start der Mission ist für 2012 vorgesehen. Im Rahmen der Mission MMS (Magnetospheric MultiScale) der NASA werden vier identisch bestückte Satelliten 3D- Messungen in der Erdmagnetosphäre durchführen. Das IWF wird die wissenschaftlich/technicshe Leitung bei der Potenzialregelung der Satelliten haben und an den Elektronenstrahlinstrumenten Neues Bild beiden Raumsonden sollen empirische und physikalische Modelle für die Strahlungsgürtel entwickelt werden. An Bord der beiden RBSP-Satelliten befinden sich jeweils fünf wissenschaftliche Instrumensowie den Magnetometern beteiligt sein. Voraussichtlicher Starttermin ist Resonance ist eine russische Weltraummission mit vier baugleichen Raumsonden, die für eine gewisse Zeit in der- Bild unten: Die MMS-Satelliten bilden nach der erfolgreichen Cluster- Mission der ESA einen weiteren Meilenstein in der Geschichte der Magnetosphärenforschung. Die fünf THEMIS- Satelliten erforschen verschiedene Regionen der Erdmagnetosphäre und auch die Entstehung von Polarlichtern. selben magnetischen Flussröhre verweilen sollen. Das IWF wird die Analyse und Kalibrierung der elektrischen Feldsensoren an Bord der Satelliten durchführen. Der Start ist für 2015 geplant. 5

6 SONNENSYSTEM DIE SONNE Bild unten: Mit Teleskopen kann man Aktivitäten der Sonne in Form von Protuberanzen und Sonnenflecken beobachten. Heftige Ausbrüche, so genannte Flares, sind als hellere und damit heißere Gebiete erkennbar. Unser Sonnensystem besteht aus acht Planeten, über 100 Monden und Kleinplaneten sowie unzähligen Kometen und Asteroiden, die auf elliptischen Bahnen die Sonne umkreisen. Es ist erfüllt von Magnetfeldern, Strahlung jeder Art und einem steten Strom von geladenen Sonnenwind- Teilchen. Seit Jahrzehnten dringen Raumsonden in diese unerforschten Gebiete vor, um erdgebundene teleskopische Beobachtungen mit Messungen vor Ort zu erweitern und zu verfeinern. Die Sonne ist als Zentralgestirn unseres Sonnensystems, dem praktisch alle Energie entstammt, von besonderer Bedeutung: Verschiedenste Raumsonden erforschen die Sonne, Licht- und Radiowellen werden auch vom Boden aus intensiv beobachtet und detaillierte Studien versuchen die Geheimnisse dieses Quells allen Lebens zu entschlüsseln. Im Zehnmeter-Wellenlängenbereich, das sind Radiowellen mit Frequenzen um 30 Megahertz, können solare Radiobursts auch am Boden beobachtet werden. Das IWF ist an der Entwicklung entsprechender Empfangsgeräte beteiligt, die am Observatorium Lustbühel getestet und danach in der für Dekameterwellen weltgrößten Antennenanlage in Kharkov (Ukraine) eingebaut werden. Die Auswertung der Messdaten sowie deren theoretische Interpretation erfolgt wieder am IWF. Neuland betritt die NASA-Mission STEREO (Solar TErrestrial RElations Observatory), die 2006 gestartet wurde: Zwei annähernd baugleiche Raumsonden beobachten erstmals stereoskopisch die Sonne und das gesamte dynamische Geschehen auf der Sonnenoberfläche und in Sonnennähe im optischen und Radiobereich. Das IWF war für die Antennenkalibrierung verantwortlich. Bild rechts: Zur Analyse der Antenneneigenschaften wurde am IWF ein eigenes Rheometriemodell des STEREO-Satelliten verwendet. 6

7 PLANETEN Einer der interessantesten und öffentlichkeitswirksamsten Aspekte der Weltraumforschung ist die Erforschung der Planeten und ihrer Monde. Im Rahmen der vergleichenden Planetenforschung wird die Stellung der Erde im Sonnensystem untersucht, mit dem Ziel, unsere Evolution zu verstehen und mögliche Gefahren der Zukunft (Treibhauseffekt, Eiszeiten, geschwächte Ozonschicht) zu erkennen. Das IWF war an drei der sechs Huygens- Instrumente beteiligt. An Bord von Cassini ist das IWF an einem Instrument beteiligt, das die Radiostrahlung in der Magnetosphäre des Saturn und Gewitterblitze in seiner Atmosphäre misst. Besonderes Augenmerk wird auf die Beeinflussung der Intensität der Kilometerwellenlängen-Radiostrahlung gelegt, die durch Variationen des Sonnenwindes vor allem Druck und Geschwindigkeit hervorgerufen wird. Die Analyse (2) Das Venus Express- Magnetometer besteht aus zwei Sensoren, einer Elektronikbox und einem 1 m langen Ausleger aus Kohlefaser. (1) Das IWF war und ist maßgeblich an vielen Missionen zu anderen Planeten beteiligt. Instrumente des Instituts befanden sich auf den sowjetischen Venera- und Vega-Sonden zur Venus sowie auf den Phobos-Sonden zum Mars. Die aktuellen Satellitenmissionen widmen sich der Erforschung der Planeten Merkur, Venus und Mars sowie des Riesenplaneten Saturn und seines Mondes Titan. Die NASA/ESA-Raumsonde Cassini/ Huygens wurde 1997 gestartet und ist nach einer beinahe siebenjährigen Reise der Saturn Electrostatic Discharges zeigt, dass dieses Phänomen atmosphärischen Gewitterblitzen zuzuordnen ist. Auch bei der ersten europäischen Venusmission ist das IWF an vorderster Front mit dabei. Ziel der Mission Venus Express, die 2005 gestartet wurde, ist eine umfassende Erforschung der Atmosphäre und Plasmaumgebung unseres heißen Nachbarplaneten. Das IWF hat bei dieser Mission die Federführung bei den Magnetfeldmessungen. Eine Rolle, für die das Institut prädestiniert Ende 2007 entdeckte die Raumsonde Cassini den am längsten dauernden Gewittersturm, der jemals auf Saturn beobachtet wurde. an ihrem Ziel dem Saturnsystem angekommen. Die europäische Huckepack- Sonde Huygens erforschte im Jänner 2005 an einem Fallschirm die Atmosphäre des Titan und landete auf dessen Oberfläche. ist: Bei vier von sechs Raumsonden, die in den letzten 25 Jahren die Venus umkreisten bzw. an ihr vorbei flogen, stammten die Magnetometer aus Graz. Weiters ist das IWF an einem Ionenspektrometer beteiligt. 7

8 Bild rechts: Das IWF hat die Entwicklungsleitung für das Magnetometer auf dem japanischen BepiColombo- Orbiter. Die chinesische Marssonde Yinghuo ( Glühwürmchen ) soll an Bord einer Trägerrakete vom Typ Sojus-2 huckepack mit der russischen Sonde Phobos-Grunt zum Roten Planeten fliegen. Der gemeinsame Start der chinesischen und russischen Raumsonde vom Weltraumbahnhof Baikonur ist für 2011 geplant. Nach einer ca. elf Monate langen Reise wird Yinghuo abgetrennt und in eine äquatoriale Umlaufbahn um den Mars gebracht, in der die Raumsonde ein Jahr bleiben soll, um sich vor allem der Erforschung der Mars-Umgebung zu widmen. Das IWF ist an der wissenschaftlichen Datenauswertung des Plasmainstruments beteiligt, bei dem zwei unterschiedliche Sensoren das Vorhandensein von Ionen und Elektronen in den oberen Atmosphärenschichten messen Umgebung der Landestelle nach Lebensspuren bzw. Hinweisen auf frühere klimatische Nischen für Lebensformen untersuchen. Die Humboldt-Station soll sechs Monate lang meteorologische und geophysikalische Forschungen durchführen. Bild oben: Die aus zwei Teilen bestehende Mission ExoMars soll nach Lebensspuren auf dem Mars suchen. 8 werden, was Rückschlüsse auf die Anzahl der Wasserstoff- und Sauerstoffatome zulässt, die mit dem Sonnenwind wechselwirken. ExoMars ist die erste Flaggschiffmission der ESA in ihrem neuen Explorationsprogramm. Ziel ist die Suche nach Spuren von Leben und die Erforschung der Umweltbedingungen als Vorbereitung auf bemannte Marsflüge. Besonders wichtig bei all den Aufgaben sind der Nachweis von Wasser bzw. geologische Hinweise auf frühere Wasservorkommen. ExoMars besteht aus zwei Teilen: einem Rover und der so genannten Humboldt-Station, einer ortsfesten Plattform, die eigenständig Experimente durchführt und Daten sammelt. Der Rover soll die Auf der Humboldt-Station befindet sich u.a. ein von der DLR Berlin gebauter Maulwurf, der bis zu fünf Meter tief in den Marsboden eindringen soll. Ein Sensor zur Bestimmung der elektrischen Bodeneigenschaften und des Wassergehaltes wird als Teil dieses Maulwurfs am IWF entwickelt und gebaut. Der Start ist für 2013 geplant. Die Mission BepiColombo, die voraussichtlich 2014 zum sonnennächsten Planeten Merkur starten wird, ist ein europäisch-japanisches Gemeinschaftsprojekt. Es ist das erste Mal, dass zwei Raumsonden Magnetosphärischer (MMO) und Planetarer Orbiter (MPO) gleichzeitig zu diesem Planeten fliegen. Der europäische MPO wird die Oberfläche und das Innere des Planeten, der japanische MMO wird die Magnetosphäre untersuchen. Eine besondere Herausforderung stellen die Nähe zur Sonne und die damit verbundenen hohen Temperaturen dar. Das IWF ist an dem Magnetometer auf der europäischen Sonde und einem Massenspektrometer beteiligt. Bei dem Magnetometer auf dem japanischen Orbiter hat das Institut die wissenschaftlich/technische Leitung. Im Mittelpunkt der Untersuchungen werden das von der amerikanischen Mariner-Sonde entdeckte planetare Magnetfeld und dessen dynamische Wechselwirkung mit dem dort noch sehr starken Sonnenwind stehen.

9 KOMETEN Kometen sind kleine Körper des Sonnensystems, die aus verschiedenen Arten von Mineralien, organischen Stoffen und Eis bestehen. Das Material in ihrem Inneren ist noch sehr ähnlich jener Urmaterie, aus der vor 4,5 Milliarden Jahren die Planeten unseres Sonnensystems entstanden sind. Wenn sich ein Komet der Sonne nähert, erwärmt er sich und emittiert Gas und Staub, was zu den spektakulären Kometenschweifen führt. Die Erforschung dieser Himmelskörper mittels Raumsonden hat eine relativ junge Geschichte. Erstmals wurde ein Kometenkern (Komet Halley) 1986 bei den Missionen Vega 1/2 und Giotto aus der Nähe fotografiert und vermessen. Zu den sowjetischen Vega 1/2 Missionen lieferte das IWF maßgebliche Beiträge. Die ESA-Kometensonde Rosetta wurde im März 2004 erfolgreich gestartet und auf ihre zehnjährige Reise zum Kometen 67P/Churyumov-Gerasimenko geschickt. Nach dem Rendezvous im Jahre 2014 wird der Rosetta-Orbiter den Kometen zwei Jahre lang umkreisen und erstmals eine Landeeinheit auf dem Kometenkern absetzen. Unter der Leitung des IWF wurde ein Rasterkraftmikroskop entwickelt, das Staubteilchen aus der Koma des Kometen sammeln und mit einer Genauigkeit von einigen millionstel Millimetern abtasten kann. Das IWF ist aber auch an weiteren vier Instrumenten beteiligt: einem Massenspektrometer, das bestimmt, aus welchen Elementen sich der Staub zusammensetzt; weiters an je einem Magnetfeldmessgerät auf Orbiter und Lander, welche die Entstehung des Kometenschweifs und die innere Struktur des Kometenkerns erforschen; und schließlich an einem Instrument, das der in-situ -Messung der Temperaturleitfähigkeit und Festigkeit der Kometenoberfläche dient. EXOPLANETEN Der Kern des Kometen Halley. Bild unten: Aufgabe des Weltraumteleskops COROT ist die Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems. Neben der Erforschung unseres Sonnensystems ist das IWF auch an der Suche nach extrasolaren Planeten beteiligt. Für das französische Weltraumteleskop COROT wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Astronomie der Universität Wien einer der Bordrechner entwickelt, der mit Unterstützung spezieller Präprozessoren die wissenschaftlich relevanten Bilddaten herausfiltert. COROT hat seit seinem Start im Jahr 2006 bereits mehrere Exoplaneten entdeckt. Innenansicht des unter der Federführung des IWF entwickelten Rasterkraftmikroskops an Bord der Raumsonde Rosetta. 9

10 - n - Bild rechts: Im Reinraum werden Flugeinheiten für Weltraumexperimente integriert und überprüft. Bild oben: Die Montage eines Satelliten ist eine komplexe Aufgabe: VEX-MAG Elektronikbox auf dem Satelliten Venus Express. LAST BUT NOT LEAST TECHNIK Das IWF verdankt sein hohes Ansehen zu einem großen Teil den technologisch anspruchsvollen Instrumenten, die seit den 1980er Jahren für zahlreiche Weltraummissionen entwickelt und gebaut wurden. Bei den Ausschreibungen solcher Missionen durch ESA, NASA und andere Organisationen hat das IWF viele Male den Zuschlag bekommen. Derzeit ist das IWF an rund 30 Instrumenten bei vierzehn Missionen beteiligt. Die Entwicklung eines Instruments beginnt mit dem Bau eines Labormodells zur Überprüfung des technischen Konzepts. Danach wird das so genannte Engineering Model entwickelt, das die wichtigsten Randbedingungen wie Abmessungen, Gewicht und Stromverbrauch erfüllt. Instrumente an Bord von Raumsonden müssen unter extremen Verhältnissen viele Jahre zuverlässig funktionieren. Ein eigens entwickeltes Qualification Model wird unter simulierten Weltraumbedingungen hohe und tiefe Temperaturen, energiereiche Strahlung, Vakuum auf Herz und Nieren geprüft. Das IWF verfügt zu diesem Zweck über mehrere Vakuumkammern und Temperaturtestanlagen. Nach all diesen Vorarbeiten entsteht schließlich das eigentliche Flugmodell, das nach erfolgreicher Absolvierung aller Tests und Qualitätskontrollen in die Raumsonde integriert wird. Zur Überprüfung spezieller Anforderungen verfügt das IWF über Anlagen wie einen Penetrometrie-Teststand zur Bestimmung der Festigkeit planetarer Oberflächen und ein eigenes Labor zur Messung der magnetischen Reinheit und Optimierung der Anordnung von Magnetfeldsensoren auf einer Raumsonde. LEHRE Neben seinen Forschungsaktivitäten ist das IWF auch in der Lehre tätig. Abgesehen von den zahlreichen Lehrveranstaltungen, die an der Karl-Franzens-Universität Graz (KFU) und der Technischen Universität Graz (TUG) gehalten werden, wird auch der viersemestrige postgraduale Universitätslehrgang Space Sciences mit den drei Schwerpunkten Space Physics, Remote Sensing und Space Communication and Navigation angeboten. Ergänzt wird die akademische Ausbildung durch die Sommeruniversität Graz in Space, die im Zweijahresrhythmus unter der Leitung des IWF an der KFU abgehalten wird und sich an alle naturwissenschaftlich Interessierten wendet. 10

11 GESCHICHTE Im Jahre 1947 installierten Otto Burkard und sein Team am Institut für Meteorologie und Geophysik der Karl- Aus der Reihe der Wissenschaftlichen Direktoren der drei Abteilungen wird der Geschäftsführende Direktor bestellt. STANDORT Zum Zeitpunkt seiner Gründung hatte das IWF keine eigenen Räumlichkeiten. Der Institutsbetrieb wurde in den Räumen der KFU bzw. der Technischen Universität Graz (TUG) aufgenommen. Im Dezember 1976 wurde am Lustbühel bei Graz ein Observatorium als interdisziplinäre Heimstätte zweier Grazer Universitäten eröffnet. Hier wurden auch Teile des IWF untergebracht. Im November 2000 ist das IWF schließlich in das neu errichtete ÖAW-Forschungszentrum Graz (heute: Victor Franz Hess-Forschungszentrum) eingezogen. Das Observatorium Lustbühel mit seinen Einrichtungen wird weiterhin als Mess- und Beobachtungsstation genutzt. Die ersten in Graz gebauten Messgeräte wurden am 26. November 1969 mit einer Höhenforschungsrakete in den Weltraum gebracht. Franzens-Universität Graz (KFU) eine Ionosonde zur Messung der vom Boden ausgestrahlten und von der Ionosphäre reflektierten elektromagnetischen Wellen. Am Lustbühel wurde durch die Lehrkanzel für Geodäsie der Technischen Hochschule Graz unter der Leitung von Karl Rinner ab 1966 mit Satellitenortung begonnen und Graz somit in ein weltweites geodätisches Koordinatennetz eingebunden wurde von Willibald Riedler und seinen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern am neu gegründeten Institut für Nachrichtentechnik und Wellenausbreitung der Technischen Hochschule in Graz das erste Messgerät für Höhenforschungsraketen entwickelt und von Norwegen aus gestartet. In den folgenden 30 Jahren wurden Instrumente für Raketen, Ballone, Raumsonden und bemannte Weltraummissionen gebaut. Am 24. April 1970 wurde von der ÖAW die Gründung des IWF beschlossen. Zu Beginn gab es mehrere Abteilungen, die über ganz Österreich verteilt waren. 1974/ 75 erfolgte die Konzentration auf die jetzigen drei Abteilungen am Grazer Standort. FINANZIERUNG Das IWF wird zum Großteil durch die ÖAW finanziert. Weitere Mittel erhält das Institut vor allem von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG), dem Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) sowie dem Land Steiermark. Einen wesentlichen Beitrag leisten auch die ESA und die Europäische Union. Bild oben: Ein Blick in das ÖAW- Forschungszentrum Graz. 11

12 Bild unten: Hauptgebäude der Österreichischen Akademie der Wissenschaften am Dr. Ignaz Seipel- Platz in Wien. EIN INSTITUT DER ÖSTERREICHIISCHEN AKADEMIE DER WISSENSCHAFTEN Die 1847 gegründete Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist die größte außeruniversitäre Forschungseinrichtung für Grundlagenforschung in Österreich. Sie ist Gelehrtengesellschaft, Forschungsträgerorganisation und Nachwuchsfördereinrichtung. Dank ihrer Mitglieder verfügt die ÖAW über einen in seiner Vielfalt einzigartigen Wissenspool. Mit ihren Stipendienprogrammen trägt die ÖAW nachhaltig zum Career Building des wissenschaftlichen Nachwuchses bei. Die ÖAW berät Entscheidungsträger aus Politik, Wirtschaft und Gesellschaft in wissenschaftlichen Fragen und vermittelt wissenschaftliche Erkenntnisse an die interessierte Öffentlichkeit. Das Institut für Weltraumforschung besteht aus drei Abteilungen und hat derzeit fast 80 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, die auf folgenden Gebieten tätig sind: Weltraumplasmaphysik, Planetenphysik, Geodäsie und Elektronik. Durch die Zusammenarbeit mit der Karl-Franzens-Universität Graz und der Technischen Universität Graz erhalten darüber hinaus Studierende die Möglichkeit im Rahmen ihrer Diplomabeit bzw. Dissertation an aktuellen internationalen Forschungsprojekten mitzuarbeiten. Das Institut ist Organisator bzw. Mitorganisator zahlreicher internationaler wissenschaftlicher Veranstaltungen, die in vielen Fällen im Victor Franz Hess- Forschungszentrum Graz stattfinden. Darüber hinaus werden allgemein zugängliche Veranstaltungen wie Tage der offenen Tür, Vorträge und Führungen für die interessierte Öffentlichkeit darunter häufig auch Schülergruppen organisiert. Bilder rechts: Die Faszination des Weltraums wird bei Laborführungen an den Forschernachwuchs weitergegeben. Neben dem Institut für Weltraumforschung sind im Victor Franz Hess- Forschungszentrum auch das Institut für Biophysik und Nanosystemforschung sowie mehrere geisteswissenschaftliche Forschungsgruppen der ÖAW untergebracht. 12 Als Forschungsträgerin betreibt sie 66 Forschungseinrichtungen an zehn Standorten in ganz Österreich. Hier forschen mehr als 1100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in Biologie, Medizin, Umweltforschung, Physik, Weltraumforschung, Erd-, Formal- und Sozialwissenschaften, Sprach- und Literaturwissenschaften, Kulturwissenschaften sowie in den historischen Wissenschaften. Die wissenschaftliche Tätigkeit des Instituts wird jährlich durch einen aus namhaften Experten bestehenden wissenschaftlichen Beirat evaluiert, der gegenüber dem Präsidium der ÖAW und dem Institut eine beratende Funktion ausübt.