Die Weltraumforschung ist auf eine glasklare Sicht angewiesen | Das "Glaszeitalter" | Innovation | Corning.com

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Glaswissenschaft

Glaswissenschaft

Glaswissenschaft

Die Weltraumforschung ist auf eine glasklare Sicht angewiesen

Glasklare Sicht für die Weltraumforschung

Glas spielt in der Weltraumforschung seit Anfang des 16. Jahrhunderts eine zentrale Rolle. Damals hatte Galileo das Teleskop erfunden. Dadurch öffnete sich eine Welt grenzenloser Entdeckungen.

Galileo fand heraus, dass Bilder aus der Ferne mithilfe mehrerer aufeinander gelagerter Schichten von gebogenem Glas vergrößert werden konnten. Daraufhin entwickelte er eine Methode, um konvexe und konkave Linsen zu schleifen und schuf einen hölzernen Behälter, um die Linsen darin aufzubewahren. Als er den Himmel bei Nacht zu erkunden begann, war dies die Geburtsstunde der modernen beobachtenden Astronomie. Seitdem haben wir immer mehr über die Rolle der Erde in unserem komplexen Solarsystem herausgefunden.

Auch mehr als 400 Jahre später ist Glas noch immer der Grundstein, um mehr über das All und die Erde selbst zu erfahren.

Hochentwickelte Teleskope in Weltraumsatelliten oder Beobachtungsstationen auf der Erde erfordern große, gebogene Glasspiegel zur Lichtreflexion und zum Trichtern von Licht, unabhängig davon, ob der Beobachter ein Astronom auf der Erde ist oder ob es sich um eine komplexe Digitalkamera und ein Analysesystem im All handelt. Je größer der Spiegel, desto mehr Licht kann das Teleskop auffangen; je glatter die Oberfläche, desto genauer ist das Bild des Objekts in der weiten Ferne.

Wird Glas im Rahmen von komplexen Verfahren produziert, so tritt eine weitere Eigenschaft zu Tage, die sich in keinem anderen Werkstoff finden lässt: Wärmebeständigkeit.

Alle Werkstoffe neigen zu Volumenveränderungen bei Temperaturveränderungen. Das gilt auch für herkömmliches Glas. Doch bei der Gasabscheidung, dem Aufbringen einzelner dünner Schichten auf einer Oberfläche statt eine geschmolzene Flüssigkeit abzukühlen, wird ein titandioxiddotiertes Glas geschaffen, das sehr widerstandsfähig gegenüber Ausdehnungen und Kontraktionen ist.

Genau das brauchen Raumfahrtingenieure, wenn sie moderne Teleskope entwerfen. Eine Wärmeausdehnung würde im Laufe der Zeit zu verschwommenen Bildern führen, da ein Teleskop auf ein einzelnes Ziel ausgerichtet ist und Daten zu Lichtfluktuationen sammelt. Extrem stabile Glasspiegel liefern die besten Bilder und so präzise Daten wie möglich.

Ausgestattet mit wärmebeständigen Glasteleskopkomponenten hat das NASA-Raumschiff Kepler Tausende potentieller Planeten seit 2009 identifiziert. Das Teleskop Hubble hat Hunderttausende detaillierte Fotos des Solarsystems erfasst und Forschern Einblicke darin gegeben, wie sich Galaxien bilden und sich unser Universum ausbreitet. 

Während viele Teleskope immer neue Weltraumgrenzen sprengen, sind andere Teleskope auf die Erde gerichtet und helfen uns, mehr über unseren Planeten zu erfahren. Die vielen klaren Satellitenbilder spielen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von militärischen Strategien, helfen, Agrar- und Klimamuster zu verstehen und unterstützen die Städteplanung und die Gestaltung des Verkehrs.

Was folgt nun? Die Fertigungsprozesse für Glasspiegel werden stetig verbessert und ermöglichen eine immer höhere Wärmebeständigkeit der Glaskomponenten. Zudem lassen sich immer anspruchsvollere Bedingungen erfüllen. Spektrofotometrische Kameras, hoch entwickelte Analysesysteme zur Auswertung der von Teleskopen gesammelten Daten, erfordern auch Komponenten auf Glasbasis, von Linsen bis hin zu Halbleitern.

Glas hilft Wissenschaftlern bei der Bewältigung der größten Herausforderung in der Geschichte der astronomischen Forschung, der Erkundung der mysteriösen „dunklen Energie“, die rund drei Viertel unseres Universums ausmacht. 

Robuste Fenster für schwierige Einsätze

Während ein zentrales Element von hochqualitativen Gläsern für leistungsstarke Teleskope eine geringe Wärmeausdehnung ist, ist eine weitere Eigenschaft von Glas für einige der fesselndsten Momente in der Geschichte der Weltraumforschung verantwortlich: die Temperaturwechselbeständigkeit.

Seit den 60er Jahren kommt Glas mit einer geringen Wärmeausdehnung in den Außenfenstern aller bemannten Weltraumexpeditionen zum Einsatz, einschließlich der ISS. Das Glas hält den extremen Kälten des Weltraums statt, rund 3 Kelvin, kaum höher als 0, wobei je nach Sonneneinstrahlung hohe Fluktuationen auftreten.

Raumfahrzeuge müssen dem heißen Wiedereintritt in die Atmosphäre standhalten, das gilt natürlich auch für die Fenster. Solch ein extremer Schock würde herkömmliches Material zum Schmelzen oder Zerbersten bringen. Glas allerdings zeigt sich davon unbeeindruckt. Und bietet Astronauten einen klaren Blick auf ihre Heimat.