N° 74–2002: Von Darwin zum lichtschnellen Internet

Datenströme im Internet verhalten sich wie Verkehrsströme: Ein Auto kann zwar auf gerader Strecke schnell gefahren werden, muß aber zur Richtungsänderung an einer Kreuzung stark abgebremst werden. Das gleiche gilt für Datenautobahnen. Lichtstrahlen befördern die Daten mit hoher Geschwindigkeit entlang Glasfaserkabeln. Wenn die Daten bei den Computern, den sogenannten Servern, ankommen, werden sie von ihnen zu ihrem endgültigen Ziel umgeleitet. Zur Zeit müssen die Lichtimpulse hierzu in elektrische Signale umgewandelt werden, und das verlangsamt alles.

Elektronen bewegen sich mit einer Geschwindigkeit von einigen Kilometern pro Sekunde durch einen Stromkreis, während Licht sich mit fast 300 000 Kilometern pro Sekunde ausbreitet. Bei der integrierten Optik würden die Daten Licht bleiben und lediglich über den Chip in die richtige Richtung gelenkt. Die Wissenschaftler nennen diese Technik integrierte Optik, da die Chips auf einer Karte für integrierte Schaltkreise montiert sind. Anstelle von miniaturisierter Elektronik würde jedoch miniaturisierte Optik in einen Mikrochip eingebaut.

Die ESA will Planeten außerhalb des Sonnensystems künftig mit technisch anspruchsvolleren Mitteln aufspüren. Zwei geplante Entwicklungen beruhen auf der Bündelung des Lichts solcher Planeten in einer Reihe verschiedener Teleskope. Es handelt sich um die Mission Darwin und ihren Vorläufer, das Bodengestützte Europäische Nullungsinterferometer-Experiment (GENIE) der ESA und der ESO.

Zur Bündelung von Lichtstrahlen werden üblicherweise Spiegel und Linsen bewegt, um das Licht in die gewünschte Richtung zu lenken. Wenn sich das System jedoch bewegt, kann es zerbrechen. „Zur integrierten Optik überzugehen, die viel kleiner ist und keine beweglichen Teile hat, wäre äußerst wünschenswert“, so Malcolm Fridlund, Projektwissenschaftler für Darwin und GENIE.

So wünschenswert es wäre, so schwierig wäre es auch. Gegenwärtig ist die Wissenschaft der integrierten Optik weit hinter der Technologie der integrierten Schaltung zurück. Aus diesem Grund finanziert die ESA zwei Studien. Astrium wurde mit der Untersuchung eines herkömmlichen optischen Ansatzes beauftragt, während Alcatel eine auf der integrierten Optik beruhende Lösung finden soll. „Wir werden in etwa einem Jahr entscheiden, ob für GENIE die integrierte Optik eingesetzt wird“, sagt Fridlund.

Bei Darwin, der ehrgeizigen Mission der ESA zur Suche nach erdähnlichen Planeten, könnte ebenfalls die integrierte Optik Anwendung finden, jedoch unter Nutzung längerer Wellenlängen als bei GENIE. Dies ist Neuland für die Technik der integrierten Optik. Fridlund prüft gegenwärtig Vorschläge von Industrieunternehmen, die die Herausforderung annehmen möchten. „Was ich in diesen Vorschlägen sehe, stimmt mich sehr optimistisch“, sagt Fridlund. „Ich weiß zwar noch nicht, ob es für die integrierte Optik im mittleren Infrarot kommerzielle Anwendungen geben wird, aber wenn wir sie nicht entwickeln, werden wir es nie erfahren.“

Sollte dieses auf der integrierten Optik beruhende Konzept funktionieren, würde der Nutzen weit über bloße Verbesserungen bei der Suche nach Planeten hinausgehen. Hier auf der Erde könnte es beispielsweise für alle Nutzer von Heimcomputern die Geschwindigkeit der Internetverbindungen um das Hundert- bis Tausendfache erhöhen. Ein so schnelles Surfen im Internet hätte Auswirkungen, die noch nicht abzusehen sind.

Anmerkungen für die Redakteure

Darwin

Darwin besteht aus einer Flotte von acht Raumfahrzeugen, die erdähnliche Planeten aufspüren und ihre Atmosphären nach der chemischen Signatur von Leben untersuchen sollen. Sechs Raumfahrzeuge werden Teleskope mitführen, das siebte wird deren Licht bündeln, um einen größeren Spiegel als den eines einzigen Teleskops zu simulieren, und das achte wird mit der Erde und der Flotte kommunizieren. Die Mission wird zur Zeit geprüft und soll nach 2014 gestartet werden.

GENIE

GENIE (Bodengestütztes Europäisches Nullungsinterferometer-Experiment) ist ein Instrument der ESA und der ESO, mit dem unter Verwendung des ESO-Großteleskops VLT, einer Anordnung von vier 8-Meter-Teleskopen in Chile, Nullungsinterferometrie durchgeführt werden soll. Es wird den Astronomen, die später Darwin nutzen werden, Gelegenheit bieten, sich mit der neuen Technik vertraut zu machen. Eine der wichtigsten Aufgaben von GENIE besteht darin, eine Liste der Sterne zu erstellen, die Darwin untersuchen soll. GENIE wird sehr kühle Sterne, sogenannte Braune Zwerge, sehen und könnte, wenn es erwartungsgemäß funktioniert, auch einige der bereits entdeckten Riesenplaneten sichten. Bisher wurden diese Welten nie gesehen, sondern es wurde nur aus den Auswirkungen auf ihre Nachbarsterne auf ihre Existenz geschlossen. GENIE soll 2006 in Betrieb gehen.

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Malcolm Fridlund, ESA-Projektwissenschaftler für Darwin und GENIE

ESTEC, Niederlande

Tel.: +31 (0)71 565 4768

E-Mail: malcolm.fridlund@esa.int

Anders Karlsson, ESA-Projektleiter für Darwin

ESTEC, Niederlande

Tel.: +31 (0)71 565 3532

E-Mail: anders.karlsson@esa.int

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