Alexander Gerst – Misison „horizons“: Aufbau eines Planetenlabors und Experimente zum Muskelschwund

Auf der Internationalen Raumstation ISS haben der deutsche ESA-Astronaut Alexander Gerst und die Crew der Mission 56/57 mit den ersten Experimenten im europäischen Forschungsmodul Columbus begonnen. Unter anderem wurde für das Experiment Myotones die Skelettmuskulatur von Gerst vermessen. Auf der Erde werden diese Erkenntnisse genutzt, um Rehabilitation- und Trainingsprogramme bei Muskel- und Knochenschwund zu verbessern. Zudem wird das Grundlagen-Experiment MagVector/MFX-2 in dieser Woche mit ersten Proben bestückt. Dabei untersuchen Planetenforscher, welchen Einfluss das Erdmagnetfeld auf verschiedene Gesteine hat.

Erstmals objektives Vermessen von Muskelveränderungen bei Astronauten

Am 19. Juni 2018 untersuchte die amerikansiche Astronautin Serena Auñón-Chancellor die Muskeln von Alexander Gerst. Dazu setzte sie das etwa smartphone-große Gerät MyotonesPRO auf Gersts Arme und Beine. Das Gerät sendet einen kleinen mechanischen Impuls auf die Haut und die darunter liegenden Muskeln aus und misst, wie der darunterliegende Muskel darauf reagiert (d.h. über mechanische Oszillationssignale des entspannten Muskels in Ruhe). Daraus lassen sich Daten zu Tonus, Elastizität und Steifheit ableiten. Prof. Dieter Blottner, von der Charité Berlin, der das ISS-Experiment leitet, freut sich, dass die ersten Messungen im All erfolgreich verlaufen sind: „Jetzt haben wir die nötigen Vergleichsdaten, wenn wir Alexander Gersts Muskeln in der Mitte und am Ende der Mission untersuchen.“ Hintergrund der Studie ist die Veränderung von Muskeln und Knochenbau in der Schwerelosigkeit, eine Fragestellung, die schon immer bei Langzeitmissionen erforscht wurde. Im Projekt „Myotones“ (myo/muscle tone in space) können nun erstmals nicht-invasiv die grundlegenden biomechanischen Eigenschaften der Skelettmuskeln schnell und objektiv bestimmt werden. Humanphysiologen der Charité Universitätsmedizin Berlin und der Universität Southampton sowie des Herstellers Myoton AS können so die Veränderungen von Gersts Muskulatur nach drei und sechs Monaten in der Schwerelosigkeit sehr genau erfassen. Mit dem Experiment kann unter anderem der Erfolg seiner Trainingsprogramme auf der ISS gemessen und bewertet werden. Auf der Erde dienen die Erkenntnisse zur Verbesserung von Rehabilitations- und Trainingsprogrammen. Erkrankungen der Muskeln, der Knochen oder des Bindegewebes sind ein häufiger Grund für Arbeitsunfähigkeiten. Vor diesem Hintergrund sind optimierte Therapien, Trainingsprogramme und eine objektive Bewertung des Muskelstatus sowie der Effektivität wichtig. Das Experiment wird von der Charité Berlin, vom DLR Raumfahrtmanagement und der ESA (European Space Agency) gefördert.

MagVector/MFX-2: Ein Planetenlabor auf der ISS

Welchen Einfluss hat ein Magnetfeld auf Gesteine und damit auch auf die frühe Entwicklung eines Planeten? Wie können Raumschiffe in Zukunft besser vor Schwankungen des die Erde umgebenden Magnetfeldes geschützt werden? Dieser Frage gehen Planetenforscher mit dem ISS Experiment MagVector/MFX-2 nach. Grundlage des Experiments ist das Magnetfeld der Erde, das uns vor dem permanenten Beschuss durch hochenergetische Teilchen unserer Sonne – dem sogenannten Sonnenwind – und der Strahlung aus dem Kosmos schützt. Bei dem Experiment machen sich die Forscher die Tatsache zu Nutze, dass die ISS mit 28.000 Stundenkilometer um die Erde kreist und deshalb täglich 16 Mal durch das Magnetfeld der Erde fliegt. In der vergangenen Woche hat die ISS Crew die Instrumente des Experiments im Columbus-Labor aufgebaut, in den kommenden Tagen werden Alexander Gerst und die anderen Crewmitglieder unterschiedliche Gesteinsproben sowie eine Referenzprobe für jeweils 24 Stunden einlegen und untersuchen. Mit Magnetfeldsensoren werden dabei entlang der Flugbahn der ISS geringfügige Schwankungen der Magnetfeldlinien der Erde in der Nähe der Gesteinsproben exakt erfasst. „Es ist der gegenseitige Einfluss, den Erdmagnetfeld und Proben aufeinander haben, der uns dabei vor allem interessiert“, sagt Dr. Frank Sohl vom DLR-Institut für Planetenforschung, das die Kampagne wissenschaftlich begleitet. „Damit können wir gewissermaßen im Kleinen beobachten, was sich in einer viel größeren Dimension abspielt, wenn sich beispielsweise ein metallreicher Asteroid durch das interplanetare Magnetfeld der Sonne bewegt.“

Zur Untersuchung haben Sohl und sein Team für unser Sonnensystem sehr typische Gesteine zur ISS geschickt, darunter eine Basaltprobe aus Spitzbergen. Basalte sind an den Oberflächen der erdähnlichen Planeten und Kleinkörper des Sonnensystems weit verbreitet. Untersucht werden auch zwei Meteoriten aus der Frühphase des Sonnensystems, ein Eisen-Nickel-Meteorit und ein Chondrit-Meteorit, der sich aus Materialien in der Frühphase des Sonnensystems vor viereinhalb Milliarden Jahren gebildet hat und damit eines der ältesten Gesteine des Sonnensystems repräsentiert. Die Proben wurden vom Museum für Naturkunde Berlin zur Verfügung gestellt.

MagVector/MFX-1 und 2 wurden von AIRBUS im Auftrag des DLR Raumfahrtmanagements mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) entwickelt und gebaut als Experiment für die Mission horizons vorbereitet. Die Experimente ermöglichen einen neuen, einmaligen Blick auf das Zusammenspiel von elektrischen Leitern und Magnetfeldern, indem die Proben mit hoher Geschwindigkeit durch das Magnetfeld eines Planeten bewegt werden: „Das ist so nur auf der ISS möglich und wurde noch nie durchgeführt“, erklärt Dr. Frank Sohl. „Wir sind deshalb sehr gespannt auf die Ergebnisse.“ In der vergangenen Woche wurde das Upgrade des Experiments eingebaut, der erste Testlauf der 32 neuen Magnetfeldsensoren verlief dabei auf Anhieb erfolgreich. Die beschriebenen Versuche mit den Gesteinsproben laufen voraussichichtlich noch bis zum 13. Juli 2018. Neben der Planetenforschung können die Erkenntnisse von MagVector/MFX auch zur Entwicklung von Magnetschutzschilden gegen geladene Partikel beitragen, die für astronautische Missionen im Sonnensystem notwendig sind.

Alexander Gerst Mission horizons – Aufbruch zu neuen Horizonten in Wissenschaft und Gesellschaft

Am 6. Juni 2018 brach Alexander Gerst zur Mission „horizons – Wissen für morgen“ zur Internationalen Raumstation ISS auf. Auf dem Programm: 151 Experimente, davon 41 mit deutscher Beteiligung. Auf der ISS, dem größten internationalen Technologieprojekt, entwickeln die großen Raumfahrtnationen gemeinsam Lösungen für die globalen Herausforderungen unserer Gesellschaft „Gesundheit, Umwelt und Klimawandel“ sowie „Digitalisierung, Industrie 4.0, Energie und Mobilität von morgen“.

PM: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) (HJ)