[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki31\/2022\/01\/13\/taiji-programm-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki31\/2022\/01\/13\/taiji-programm-wikipedia\/","headline":"Taiji-Programm \u2013 Wikipedia","name":"Taiji-Programm \u2013 Wikipedia","description":"before-content-x4 Das Taiji-Programm (chinesisch\u00a0\u592a\u6975\u8a08\u5283\u00a0\/\u00a0\u592a\u6781\u8ba1\u5212, Pinyin T\u00e0ij\u00ed J\u00echu\u00e0) ist ein Projekt der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zur Erforschung von Gravitationswellen mittels","datePublished":"2022-01-13","dateModified":"2022-01-13","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki31\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki31\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/d\/d4\/LIGO_schematic_%28multilang%29.svg\/langde-220px-LIGO_schematic_%28multilang%29.svg.png","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/d\/d4\/LIGO_schematic_%28multilang%29.svg\/langde-220px-LIGO_schematic_%28multilang%29.svg.png","height":"132","width":"220"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki31\/2022\/01\/13\/taiji-programm-wikipedia\/","wordCount":6634,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4Das Taiji-Programm (chinesisch\u00a0\u592a\u6975\u8a08\u5283\u00a0\/\u00a0\u592a\u6781\u8ba1\u5212, Pinyin T\u00e0ij\u00ed J\u00echu\u00e0) ist ein Projekt der Chinesischen Akademie der Wissenschaften zur Erforschung von Gravitationswellen mittels dreier auf H\u00f6he der Erdbahn in einer Dreiecksformation mit einer Kantenl\u00e4nge von 3 Millionen Kilometern um die Sonne kreisender Raumflugk\u00f6rper, die ein Michelson-Interferometer bilden. Der Technologieerprobungssatellit Taiji-1 wurde am 30. August 2019 gestartet. Im September 2020 begann die Akademie der Wissenschaften mit der Arbeit an den Doppelsatelliten Taiji-2A und Taiji-2B,[1] deren Start f\u00fcr 2023 vorgesehen ist,[2] und der Start des eigentlichen Observatoriums ist f\u00fcr 2032 geplant.[3][4]Die Chefwissenschaftler des Projekts sind Hu Wenrui (\u80e1\u6587\u745e, * 1936), Spezialist f\u00fcr Str\u00f6mungsmechanik und Wu Yueliang (\u5434\u5cb3\u826f, * 1962), Experte f\u00fcr theoretische Physik.[5]       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Gem\u00e4\u00df der Relativit\u00e4tstheorie kann sich nichts schneller als mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Lokale \u00c4nderungen im Gravitationsfeld k\u00f6nnen sich daher nur nach endlicher Zeit auf entfernte Orte auswirken. Daraus folgerte Albert Einstein 1916 die Existenz von Gravitationswellen.[6] Beim Durchlaufen eines Raumbereichs stauchen und strecken sie vor\u00fcbergehend Abst\u00e4nde innerhalb dieses Raumbereichs. Das kann als Stauchung und Streckung des Raumes selbst betrachtet werden. Der erste Vorschlag, diese von der Wirkung her Erdbebenwellen vergleichbaren Effekte mittels eines im Weltraum stationierten Laser-Interferometers nachzuweisen, kam in den 1980er Jahren vom Joint Institute for Laboratory Astrophysics (JILA) der University of Colorado in Boulder. Das damals \u201eLaser Antenna for Gravitational-radiation Observation in Space\u201c (LAGOS) genannte Projekt sah drei Satelliten in einer Sonnenumlaufbahn vor.  Funktionsprinzip eines Laser-Interferometers1993 wurde die Laser Interferometer Space Antenna (LISA) als Projekt der Europ\u00e4ischen Weltraumorganisation ESA vorgeschlagen.[3] Bei diesem Konzept w\u00e4ren urspr\u00fcnglich sechs, sp\u00e4ter drei Satelliten um die Sonne gekreist, deren Orbits wie bei den heutigen NetSat-Satelliten so gegeneinander versetzt gewesen w\u00e4ren, dass es f\u00fcr einen Beobachter so ausgesehen h\u00e4tte, als ob sie umeinander rotierten. Die mit einem Michelson-Interferometer gemessene, von einer vorbeilaufenden Gravitationswelle hervorgerufene Abstands\u00e4nderung zwischen den Probemassen in antriebslosen Satelliten ist extrem klein. Gravitationswellen eines typischen Doppelsternsystems aus zwei Wei\u00dfen Zwergen in einer Distanz von 50 Parsec erzeugen, wenn die Satelliten 1 Million Kilometer Abstand voneinander haben, eine periodische \u00c4nderung dieses Abstands von nur 10\u221210\u00a0m. Daher sah das urspr\u00fcngliche LISA-Konzept einen Abstand der Satelliten von 5 Millionen Kilometern vor.[7][8]       (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Davon inspiriert, machten in den 2000er Jahren auch chinesische Wissenschaftler, Vorschl\u00e4ge f\u00fcr weltraumbasierte Gravitationswellen-Observatorien.[5]2008 begann die Chinesische Akademie der Wissenschaften, Machbarkeitsstudien f\u00fcr die verschiedenen Konzepte durchzuf\u00fchren.[9][1]Im Laufe der folgenden Jahre kristallisierten sich zwei Projekte als aussichtsreich heraus:  Das 2012 vorgeschlagene Taiji-Projekt des Instituts f\u00fcr Theoretische Physik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften unter der Leitung von Wu Yueliang,[10] 2007\u20132012 Direktor des Instituts.[11][12] Der Name des Projekts leitet sich vom daoistischen Taiji-Symbol ab, das als abstrahierte Darstellung des Verschmelzens eines Schwarzen Lochs mit einem Neutronenstern gesehen werden kann, eines der Ereignisse, die Gravitationswellen ausl\u00f6sen. Wie bei LISA und seiner verkleinerten Version eLISA sieht das Konzept drei Satelliten vor, die in einer rotierenden Dreiecksformation auf H\u00f6he der Erdbahn, der Erde folgend, um die Sonne kreisen. Mit Lasern zwischen je zwei Satelliten werden zwei unabh\u00e4ngige Interferometer gebildet, nach dem Prinzip interferometrischer Detektoren wie LIGO oder Virgo. Da Gravitationswellen sogenannte Transversalwellen sind, wie die Wellen auf einem Teich, in den ein Stein geworfen wurde, strecken und stauchen sie den Raum in unterschiedlichen Richtungen in unterschiedlicher Weise. Der Abstand zwischen den Probemassen in den Satelliten \u00e4ndert sich in unterschiedlichem Ma\u00dfe und kann \u00fcber die Phasenverschiebung der Laserstrahlen gemessen werden. Der Abstand der Taiji-Satelliten voneinander soll 3 Millionen Kilometer betragen. W\u00e4hrend erdgebundene Detektoren wie LIGO oder Virgo mit einer Schenkell\u00e4nge von einigen Kilometern ihre h\u00f6chste Empfindlichkeit im Bereich von 1\u20131000\u00a0Hz haben,[13] was sie ideal f\u00fcr die Beobachtung kleiner Schwarzer L\u00f6cher und kompakter Sterne macht,[10] war das Taiji-Observatorium f\u00fcr niedrigere Frequenzen im Bereich von 0,001\u20130,1\u00a0Hz gedacht, um Himmelsk\u00f6rper von gro\u00dfer Masse oder solche, die weiter entfernt sind, zu beobachten.[14] Durch die lange Arml\u00e4nge brauchte die Messgenauigkeit des Interferometers nur in der Gr\u00f6\u00dfenordnung von 1\u00a0pm zu liegen (zum Vergleich: die Messgenauigkeit von LIGO betr\u00e4gt 10\u22126\u00a0pm).[10] Die Kosten des Projekts wurden 2016 auf 14 Milliarden Yuan gesch\u00e4tzt.[15]Im Jahr 2014 schlug Luo Jun (\u7f57\u4fca, * 1956), Gravitationsphysiker und Rektor der Sun-Yat-sen-Universit\u00e4t,[16] ein einfacheres Konzept vor, das Tianqin-Projekt (\u5929\u7434\u8ba1\u5212).[3][17] Der Name, der \u00fcbersetzt \u201eHimmelszither\u201c bedeutet, bezieht sich darauf, dass Ereignisse wie das Verschmelzen schwerer Himmelsk\u00f6rper an der Struktur des Raumes zupfen wie ein Musiker an den Saiten einer Qin-Zither, und die Gravitationswellen breiten sich dann aus wie Schallwellen. Bei diesem Konzept kreisen drei Satelliten in einer Dreiecksformation mit einer Kantenl\u00e4nge von 150.000\u00a0km um die Erde, etwas weniger als der halbe Abstand Erde\u2013Mond. Anders als das Taiji-Observatorium, das Gravitationswellen von allen Arten von Himmelsk\u00f6rpern registrieren kann, ist die Himmelszither speziell f\u00fcr die Beobachtung des 490 Parsec entfernten Doppelsternsystem HM Cancri ausgelegt, das aus zwei Wei\u00dfen Zwergen mit je einer halben Sonnenmasse besteht, die einander in einem Abstand von 80.000\u00a0km umkreisen. Die Kosten f\u00fcr dieses Projekt wurden 2016 auf 2 Milliarden Yuan gesch\u00e4tzt.[15]Am 14. September 2015 konnten Forscher der amerikanischen LIGO-Gruppe erstmals Gravitationswellen direkt messen, die bei der Verschmelzung zweier Schwarzer L\u00f6cher entstanden waren.[18]Die Ver\u00f6ffentlichung der Entdeckung am 11. Februar 2016 verlieh der Gravitationswellenforschung in China neuen Auftrieb. Kaum eine Woche sp\u00e4ter, am 17. Februar 2016, ver\u00f6ffentlichte die regierungsnahe Tageszeitung China Daily ein Interview mit Hu Wenrui vom Institut f\u00fcr Mechanik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften,[19]der am Taiji-Projekt in leitender Funktion beteiligt war. Zum damaligen Zeitpunkt hatte man beim Taiji-Projekt zwei Varianten ausgearbeitet. Die erste sah vor, die drei Satelliten wie geplant in China zu bauen und bis 2033 zu starten. Die zweite Variante, zu der unter der Leitung von Hu Wenrui bereits Vorgespr\u00e4che mit der ESA stattgefunden hatten, sah vor, dass China keine eigenen Satelliten baute, sondern sich mit 20\u00a0% (damals 1,5 Milliarden Yuan) an den Kosten des europ\u00e4ischen eLISA-Observatoriums beteiligte, das 2035 in Betrieb gehen sollte.Die Planungsarbeiten f\u00fcr das Taiji-Projekt wurden seit Februar 2016 aus dem Weltraumwissenschaftlichen Priorit\u00e4tsprogramm der Chinesischen Akademie der Wissenschaften finanziert,[5][10] das Tianqin-Projekt erhielt 300 Millionen Yuan von der Stadt Zhuhai, wo die Fakult\u00e4t f\u00fcr Physik und Astronomie (\u7269\u7406\u4e0e\u5929\u6587\u5b66\u9662) der Sun-Yat-sen-Universit\u00e4t angesiedelt ist.[3][15]Am 20. Dezember 2019 startete die Sun-Yat-sen-Universit\u00e4t vom Kosmodrom Taiyuan einen ersten Technologieerprobungssatelliten, Tianqin-1, und brachte ihn in eine sonnensynchrone Umlaufbahn von etwa 650\u00a0km H\u00f6he.[20][21]Nachdem die NASA, die nach einer urspr\u00fcnglichen Beteiligung an LISA im Jahr 2011 ausgestiegen war, wieder Interesse an dem Projekt bekundet hatte, entschied sich die ESA im Januar 2017 f\u00fcr eine Zusammenarbeit mit dem transatlantischen Partner anstatt China.[22][23]Daraufhin beschloss die Chinesische Akademie der Wissenschaften, das Taiji-Projekt wie urspr\u00fcnglich geplant alleine durchzuf\u00fchren. Das Projekt wurde nun, zus\u00e4tzlich zum  Weltraumwissenschaftlichen Priorit\u00e4tsprogramm der Akademie, von der Nationalen Stiftung f\u00fcr Naturwissenschaften kofinanziert.[5]         (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4Bahnen der drei SatellitenDas Taiji-Projekt in seiner heutigen Form entspricht weitgehend dem urspr\u00fcnglichen Konzept, wenngleich sich die Kosten Stand 2018 inflationsbedingt auf 15 Milliarden Yuan erh\u00f6ht hatten; der geplante Start des endg\u00fcltigen Observatoriums wurde auf 2032 vorgezogen:Drei Satelliten im Abstand von 3 Millionen Kilometer, der Erde auf ihrer Bahn um die Sonne in einem Abstand von 18\u00b0 \u2013 20\u00b0 folgend, ein rotierendes gleichschenkliges Dreieck bildend, dessen Ebene um 60\u00b0 zur Erdbahn geneigt ist, mit der von der Sonne aus gesehen jenseits der Erdbahn liegenden Seite n\u00e4her zur Erde.Laser mit einer Wellenl\u00e4nge von 1064 nm (nahes Infrarot) und einer Leistung von 3 W.Teleskope mit einer Apertur von 40 cm und einem Sichtfeld von 400\u00a0\u03bcrad.[10]Messbereich von 0,1 mHz bis 1 Hz, mit h\u00f6chster Empfindlichkeit zwischen 0,01 Hz und 1 Hz, besonders geeignet zur Registrierung von Gravitationswellen, die durch das Verschmelzen zweier Schwarzer L\u00f6cher mittlerer Masse erzeugt werden.[23][5]Messgenauigkeit des Interferometers 8\u00a0pm\/Hz{displaystyle 8 mathrm {pm\/{sqrt {Hz}}} }Genauigkeit des Beschleunigungssensors 3\u00d710\u221215ms2\/Hz{displaystyle 3times 10^{-15}{frac {m}{s^{2}}}\/{sqrt {Hz}}}Um dieses Ziel zu erreichen, will man in drei Schritten vorgehen:[24][4]Taiji-1[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Am 30. August 2018 wurde die Genehmigung f\u00fcr den Bau des Testsatelliten Taiji-1 zur Erprobung von Schl\u00fcsseltechnologien f\u00fcr das Projekt erteilt, finanziert aus der am 4. Juli 2018 gestarteten zweiten Runde des Weltraumwissenschaftlichen Priorit\u00e4tsprogramms. Genau ein Jahr sp\u00e4ter, am 30. August 2019, wurde der Satellit in eine sonnensynchrone Erdumlaufbahn von etwa 600\u00a0km H\u00f6he gebracht.[4]Dort wurden im Laufe des folgenden Monats Versuche zum pr\u00e4zisen Man\u00f6vrieren mit den elektrischen Mikrotriebwerken mit einer Schubkraft von 10\u00a0\u03bcN durchgef\u00fchrt, die mit einer Pr\u00e4zision von 0,1\u00a0\u03bcN geregelt werden konnten.[25][26]Es wurde gezeigt, dass der Satellit dank des Beschleunigungssensors trotz st\u00e4ndig auf ihn einwirkender Kr\u00e4fte durch Sonnenwind etc. in Bezug auf die in seinem Inneren frei schwebenden Pr\u00fcfmassen (zwei jeweils 1,93\u00a0kg schwere W\u00fcrfel aus einer Gold-Platin-Legierung) derart stabil gehalten werden konnte, dass die Wirkung der St\u00f6rkr\u00e4fte bei weniger als 10\u22127\u00a0m\/s\u22122 lag. Das Laserinterferometer an Bord konnte Bewegungen der Probemassen im Bereich von 100\u00a0pm messen, was genau den Vorgaben entsprach. Der Versuch wurde als voller Erfolg gewertet.[4]Taiji-2[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]W\u00e4hrend Taiji-1 noch eine einfache Quaderform besa\u00df, sollen die beiden Nachfolgesatelliten Taiji-2A und Taiji-2B bereits die Scheibenform der endg\u00fcltigen Satelliten haben. Stand Mai 2020 hatte man sich noch nicht auf den Abstand geeinigt, den die beiden Satelliten im All einnehmen sollen. Jeder der Satelliten besitzt nur ein Laserinterferometer; um die Gewichtsverteilung in den Prototypen m\u00f6glichst realistisch zu simulieren, wird der in der endg\u00fcltigen Version vorhandene zweite Laser durch eine Ausgleichsmasse ersetzt. Einer der beiden Satelliten wird zwei S\u00e4tze von Beschleunigungssensoren besitzen, wie in der endg\u00fcltigen Version, sodass die Rotation um zwei Achsen getestet werden kann. Im zweiten Satelliten wird eventuell aus Kostenersparnisgr\u00fcnden nur ein Beschleunigungssensor eingebaut.Bei dieser Mission sollen fast alle Technologien des endg\u00fcltigen Observatoriums getestet werden, vor allem die Laser und die Teleskope. Durch eine Erh\u00f6hung der Laserleistung von 2\u00a0W auf 3\u00a0W war es m\u00f6glich, den Durchmesser der Teleskoplinsen von urspr\u00fcnglich 50\u00a0cm auf 40\u00a0cm zu reduzieren, was deren Herstellung weniger schwierig machte. Im September 2020 begann die Akademie der Wissenschaften mit der Arbeit an den beiden Satelliten.[1] Ihr Start war zum damaligen Zeitpunkt f\u00fcr 2023 oder 2024 vorgesehen.[10]Taiji-3[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die drei Satelliten der Taiji-3-Mission haben eine erwartete Lebensdauer von f\u00fcnf Jahren. Falls die wiederbelebte LISA-Mission der ESA wie vorgeschlagen 2034 startet,[27]w\u00fcrde das bei einem geplanten Taiji-Start 2032 zwei Jahre gemeinsame Beobachtungen mit rascher und pr\u00e4ziser Lokalisierung der die Gravitationswellen ausl\u00f6senden Ereignisse erm\u00f6glichen. Der Winkel von 18\u00b0 bis 20\u00b0, unter dem die Taiji-Satelliten der Erde folgen, hat nichts mit dem Lagrange-Punkt L5 zu tun \u2013 dieser folgt der Erde in einem Winkel von 60\u00b0 \u2013 sondern stellt einen Kompromiss zwischen den Startkosten und einem m\u00f6glichst gro\u00dfen Abstand vom Erde-Mond-System dar, das durch die Anziehungskraft von Planet und Trabant die Messungen st\u00f6ren w\u00fcrde. Man geht davon aus, dass man die Abst\u00e4nde der drei Satelliten zueinander, d.\u00a0h. die L\u00e4nge der Interferometer-Arme, so stabil halten kann, dass selbst kleine Gravitationswellen registriert werden k\u00f6nnen, die das Raum-Zeit-Kontinuum nur um den Faktor 10\u221220verformen.[10] Zum Vergleich: LIGO kann Verformungen bis hinunter zu 5 \u00d7 10\u221222 erkennen.\u2191 abc \u80e1\u5e7f\u548c: \u4e2d\u79d1\u9662\u542f\u52a8\u201c\u592a\u6781\u4e8c\u53f7\u201d\u53cc\u661f\u8ba1\u5212\u63a2\u6d4b\u7a7a\u95f4\u5f15\u529b\u6ce2. In: gov.cn. 19.\u00a0September 2020, abgerufen am 29.\u00a0November 2020 (chinesisch).\u00a0\u2191 Hua Xia: Chinese satellite tests space-based gravitational wave detection technologies. In: xinhuanet.com. 20.\u00a0September 2019, abgerufen am 28.\u00a0November 2020 (englisch).\u00a0\u2191 abcd Cheng Yingqi: China plans gravitational wave project. In: chinadaily.com.cn. 17.\u00a0Februar 2016, abgerufen am 28.\u00a0November 2020 (englisch).\u00a0\u2191 abcd Luo Ziren, Zhang Min und Wu Yueliang: Taiji-1 Satellite Mission. In: cjss.ac.cn. 15.\u00a0September 2020, abgerufen am 14.\u00a0Dezember 2020 (englisch).\u00a0\u2191 abcde Hu Wenrui und Wu Yueliang: The Taiji Program in Space for gravitational wave physics and the nature of gravity. In: academic.oup.com. 10.\u00a0Oktober 2017, abgerufen am 29.\u00a0November 2020 (englisch).\u00a0\u2191 Albert Einstein: \u00dcber Gravitationswellen. In: K\u00f6niglich-Preu\u00dfische Akademie der Wissenschaften (Berlin). Sitzungsberichte (1918), Mitteilung vom 31.\u00a0Januar 1918, S.\u00a0154\u2013167.\u2191 Gerhard Heinzel: LISA. In: aei.mpg.de. Abgerufen am 29.\u00a0November 2020.\u00a0\u2191 Monica Colpi: The Gravitational Universe. 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