Supraleitender Elektronenlaser erzeugt erstmals Strahlung
Am 22. Februar 2001 gelang es einem internationalen
Wissenschaftlerteam im Hamburger Forschungszentrum DESY zum
ersten Mal, mit einem "Freie-Elektronen-Laser" (FEL)
ultraviolette Strahlung um 110 Nanometer zu erzeugen - das ist
die kleinste Wellenlänge, die jemals mit einem
Freie-Elektronen-Laser erzeugt wurde. Damit ist erstmals
bewiesen, daß das neuartige Funktionsprinzip, auf dem dieser
FEL beruht, auch im Bereich von 100 Nanometern funktioniert.
Dieser Nachweis ist ein entscheidender Meilenstein auf dem Weg
zum Röntgenlaser des TESLA-Projekts (TeV-Energy Superconducting
Linear Accelerator). Die Realisierbarkeit des
TESLA-Röntgenlasers ist damit in greifbare Nähe gerückt.
Heutige Laser liefern Strahlung nahezu aller Wellenlängen. Nur im Röntgenbereich gibt es noch keine Laser mit hoher Intensität, da die hierfür erforderlichen Spiegel nicht existieren. Dabei sind gerade Röntgenlaser für die Wissenschaft von besonderem Interesse: So lassen sich mit ihnen z.B. kontrastreiche Abbildungen von atomaren Strukturen herstellen, die heutzutage in dieser Form nicht möglich sind. Ein Laser für Röntgenstrahlung verspricht ganz neue Einblicke in die Tiefen von lebenden Zellen, Molekülen und Werkstoffen.
Bei einem Freie-Elektronen-Laser wird ein hochenergetischer
Teilchenstrahl aus einem Beschleuniger in einer besonderen
Magnetstruktur auf einen Slalomkurs gebracht und so zur
Aussendung von laserartig gebündelter Strahlung veranlaßt. Der
Freie-Elektronen-Laser bei DESY beruht auf dem SASE-Prinzip (für
Self-Amplified Spontaneous Emission, d.h. selbstverstärkte
spontane Emission), bei dem sich die Strahlung selbst verstärkt.
Er kommt vollständig ohne Spiegel aus und ist deshalb besonders
für den Bereich der Röntgenwellen geeignet.
Geht Totipotenz schon im Zweizellenstadium verloren?
Während man bisher annahm, daß zumindest die beiden ersten
aus einer befruchteten Eizelle hervorgehenden Zellen
hinsichtlich ihrer späteren Differenzierung nicht unterscheidbar
seien, so haben Forscher der University of Cambridge jetzt
festgestellt, daß bereits in diesem frühen Entwicklungsstadium
ein deutlicher Unterschied im weiteren Entwicklungsverhalten der
beiden Zellen besteht. Durch Markierung mit verschiedenen
Fluoreszenzfarbstoffen verfolgten die Wissenschaftler das
Schicksal der Nachkommen der beiden aus einer Mauseizelle nach
der ersten Teilung entstandenen Zellen. Überraschenderweise
entwickelte sich der gesamte Körper des Embryos nur aus einer
der Zellen, aus der anderen entstand lediglich das umgebende
Nährgewebe, u.a. Teile der Plazenta. Bei Versuchen, in denen die
zwei ersten Teilungszellen vollständig voneinander getrennt
werden, entstanden jeweils zwei völlig entwickelte Lebewesen.
Offenbar sind die Zellen des frühen Embryos tatsächlich
totipotent, d.h. sie können sich in alle Zelltypen umwandeln,
aber sie sind trotzdem nicht gleich, abhängig davon, in welchem
biologischen Zusammenhang sie sich befinden. Wenn man die
Hintergründe dieses Verhaltens genauer wüßte, ließen sich
umgekehrt ggf. auch Wege finden, körpereigenen adulten
Stammzellen oder letztlich jeder differenzierten Körperzelle
wieder Totipotenz zu verleihen.
Zellen verhalten sich wie weiches Glas
Gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen verhalten sich
einzelne Zellen wie Material aus weichem Glas und nicht, wie
bisher angenommen, wie ein flüssigkeitsgefüllter Ballon. Diese
unerwartete Beobachtung machte ein Forscherteam um Ben Fabry von
der Harvard School of Public Health in Boston (Physical
Review Letters, 87, 1. Oktober 2001). In einer Versuchsreihe
untersuchten die Wissenschaftler, wie die Zellmembran einer
Muskelzelle auf mechanische Schwingungen reagiert. Dazu wurde an
der Zelle eine winzige magnetische Kugel befestigt, die durch
einen äußeren Magneten in Schwingung versetzt werden konnte. Das
Verhalten der mitschwingenden Zellmembran wurde mit einer Kamera
festgehalten. Bei geringer Frequenz folgte die Zelle den
Kugelschwingungen. Je höher die Frequenz jedoch wurde, um so
steifer wurde die Zellmembran, bis sie schließlich der Bewegung
der Metallkugel nicht mehr folgte, und das über einen großen
Frequenzbereich. Die Zelle gleicht damit in ihrer Dynamik einem
weichen, geschmolzenen Glasmaterial. Verantwortlich für dieses
Verhalten sollen Proteine im Cytoskelett der Zelle sein, die die
effektive Rauschtemperatur der Matrix modulieren.
Auf der Suche nach der Urmaterie
Während die Materie auf der Sonne und den Planeten
zahlreichen chemischen, geologischen und physikalischen
Wandlungsprozessen unterliegt, dürfte sie sich in den Kometen am
äußersten Rand des Sonnensystems über die 4,6 Milliarden Jahre,
die unser Sonnensystem alt sein soll, relativ unverändert
erhalten haben. In einer dritten von vier großen
Wissenschaftsmissionen der ESA hat die Raumsonde Rosetta
deswegen die Aufgabe erhalten, den Kometen Wirtanen zu erkunden.
Die Sonde soll den Kometen im Jahr 2012 etwa 600 Mio. Kilometer
von der Erde entfernt in 1000 Meter Abstand umkreisen und das
Minilabor Roland absetzen, um vor Ort Materialuntersuchungen
durchzuführen.
Die Raumsonde wurde von der Firma Astrium, der Lander vom
Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt gebaut. Sie werden zur
Zeit bei der ESTEC in den Niederlanden und bei der Firma IABG
auf Herz und Nieren geprüft, ehe sie im Januar 2003 mit einer
Ariane 5 ins All geschossen werden. In zwei Umkreisungen um die
Erde und einer um den Mars sollen sie soviel Schwung bekommen,
daß sie die Reise zu dem zunächst noch fernen Kometen möglichst
rasch bewältigen. Die Steuerung des komplizierten Flugprogramms,
das die Firma Astrium entwickelt hat, muß der Bordcomputer
relativ selbständig übernehmen. An Bord ist eine vom
Max-Planck-Institut für Aeronomie entwickelte Kamera, die
Objekte bis zu 1 m Größe auf dem Kometen abbilden kann, dazu
entsprechende Spektrometer und insgesamt 13 Analysegeräte, um
Bodenproben zu untersuchen. Die Mission wird fortgesetzt, bis
sich der Komet der Sonne nähert, aus seiner eisigen Erstarrung
erwacht und eine Koma, eine Wolke aus verdampfter Materie, und
einen Schweif bildet. In den dabei auftretenden Turbulenzen
dürften die Geräte dann wohl verloren gehen.
China plant bemannte Mondlandung
China verfolgt ambitionierte Weltraumpläne. Meldungen, die
Volksrepublik wolle bereits bis 2005 einen Menschen zum Mond
schicken, sind zwar sicher etwas voreilig, aber chinesische
Wissenschaftler arbeiten zielstrebig an den ersten bemannten
Weltraumflügen des Landes. Mit mit der Rakete "Shenzhou" wurden
bereits Schlangen, ein Hasen, ein Hund und ein Affe ins All
geschossen. "Wir müssen garantieren können, daß die Astronauten
im Weltraum hundertprozentig sicher sind", erklärte Liang Sili
von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, einer der
führenden Raumflugexperten des Landes. Weitere unbemannte
Testflüge seien daher geplant. Welchen Stellenwert China aber
der Raumfahrt einräumt, wird aus einer Stellungnahme Liangs im
China Daily deutlich: "Für die Menschheit im 21.
Jahrhundert werden Einsätze im Weltraum so wesentlich wie
Elektrizität und Erdöl im 19. Jahrhundert."