Die Welt des Allerkleinsten noch genauer erforscht

Wissenschaft und Technik 1997:

Neben astronomischen Highlights fasziniert die Naturwissenschaftler und Techniker 1997 besonders die Welt des Allerkleinsten, sei es in der Physik, der Mikroelektronik oder der Medizin und Physiologie.

Moderne wissenschaftliche Forschungsobjekte und Erkenntnisse sind dem Laien oft nur schwer zugänglich. Als umso beeindruckender erweist sich zu Jahresbeginn ein astronomisches Schauspiel erster Güte. Hat man im Herbst 1996 Hyakutake bereits als Jahrhundertkometen gefeiert, so stellt sich dies wenige Monate später als voreilig heraus. Der am 22. Juli 1995 von den US-Hobby-Astronomen Alan Hale und Thomas Bopp jenseits des Jupiters als schwacher Lichtpunkt entdeckte Komet Hale-Bopp erreicht im März 1997 eine scheinbare Helligkeit von – 1m. Dabei ist er für das menschliche Auge 130-mal so hell wie der berühmte Halley’sche Komet. Die astronomischen Beobachtungen erlauben Computersimulationen, die auf einen komplexen rotierenden Kern und einen mehrschaligen Aufbau des Kometen schließen lassen. Neue Bilder vom Mars liefert die NASA-Raumsonde »Pathfinder«. Am 4. Dezember 1996 gestartet, erreicht sie den Roten Planeten am 4. Juli und setzt dort erstmals ein automatisch arbeitendes Mars-Fahrzeug, den »Sojourner«, ab. Mit nur 28 cm Höhe und 50 cm Länge ist das geländegängige Gefährt recht klein. Dennoch ist es in der Lage, Gesteins- und Bodenmaterial zu analysieren, die Daten auszuwerten und zur Erde zu funken. Neben den pressewirksamen Panaromafotos von der Marsoberfläche liefert die Mission für Geologen eine Überraschung in Gestalt eines zu etwa einem Drittel aus Quarz bestehenden Gesteinsbrockens, des ersten Quarzfundes im Sonnensystem außerhalb der Erde; seine Entstehung auf dem Mars ist noch ungeklärt.

Im Oktober 1997 schickt die NASA die größte und schwerste jemals in den USA gebaute Planetensonde ins All: »Cassini-Huygens«. Nach 3,9 Mrd. Bahnkilometern soll sie am 1. Juli 2004 als erster Raumflugkörper den Saturn erreichen. Als eines der vier weltweit wichtigsten Highlights in der Atomphysik dieses Jahrzehnts bezeichnet die Amerikanische Physikalische Gesellschaft eine Frankfurter Entdeckung: Dem Wissenschaftlerteam um Horst Schmidt-Böcking gelingt es, ein neuartiges Verfahren zu entwickeln, das wie mit einer superauflösenden Videokamera dynamische Prozesse in der atomaren Welt sichtbar machen kann. Chemiker, Biologen und Physiker sind seit Langem an einem solchen dynamischen Mikroskop interessiert, weil es ungeahnte Einblicke in die Evolution des Mikrokosmos liefern kann. Der Physiker Klaus Müllen am Mainzer Institut für Polymerforschung realisiert in interdisziplinärer Arbeit mit Chemikern erste molekulare elektrische Leiterstrukturen, die wegweisend für eine weitere Verkleinerung elektrischer Schaltungen (um etwa den Faktor 1000) sind. Leiterstrukturen im Bereich von Millionstelmillimetern sind Oligomere und Polymere mit sog. konjugierten Bindungen. Bei ihnen lösen Doppel-und Einfachbindungen zwischen den Kohlenstoffatomen einander ab. Da in ihnen frei bewegliche Elektronen vorkommen, handelt es sich sozusagen um »molekulare Drähte«. Auch molekulare Dioden und Datenspeicher werden im Prinzip 1997 verwirklicht.

Neu auf dem Gebiet der Elektronik sind interdisziplinäre Gehversuche von Biologen, Agrarwissenschaftlern, Ingenieuren und Physikern der Universität Gießen und des Forschungszentrums Jülich. Sie binden erstmals lebende Organismen als »Biosensoren« in elektronische Schaltkreise ein. Primäres Versuchsobjekt ist der Kartoffelkäfer. Sein Riechvermögen ist so ausgeprägt, dass er den Duft einer angefressenen oder anderweitig geschädigten Kartoffelpflanze noch in Kilometerentfernung wahrnehmen kann. Den Wissenschaftlern gelingt es, das im Kartoffelkäfer erzeugte biologische Signal elektronisch »auszulesen«, indem sie das lebende Tier in eine Schaltung mit einem Halbleiterchip integrieren. Dabei ist ein Fühler des Käfers über einen Elektrolyten mit dem Chip gekoppelt, während eine Referenzelektrode hinter dem Brustschild Vergleichssignale aufnimmt. In der Landwirtschaft könnten derartige Detektoren Insektenbefall im Anfangsstadium anzeigen und damit die prophylaktische Insektizidbehandlung gesunder Monokulturen überflüssig machen. Ähnliche »Biosensoren« mit Borkenkäfern könnten sich als Brandmelder einsetzen lassen.