Auf der Internationalen Raumstation ISS sind die Plasmateilchen los: vom 10. bis 16. November 2019 führt der russische Kosmonaut Alexander Skvorzow eine neue Experimentreihe mit dem Plasmakristall-Labor PK-4 durch. Unter der Leitung von Wissenschaftlern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) zeichnet Skvorzow auf, wie Mikroteilchen schwerelos durch ein Neonplasma tanzen, Strukturen bilden und dadurch Einblicke in grundlegende physikalische Prozesse geben.

Gespannt verfolgen die Wissenschaftler vom Kontrollzentrum CADMOS in Toulouse, Frankreich aus den Ablauf. Die wichtigste Aufgabe des Kosmonauten ist es, die Messung im richtigen Augenblick zu starten, d.h. die Mikroteilchen durch das ionisierte Gas zu schicken und den Reigen der „komplexen Plasmen“ auf dem Bildschirm einzufangen. Praktische Erfahrung bringt Skvorzow bereits mit, der zurzeit seinen dritten Langzeitaufenthalt auf der ISS absolviert. Während seiner ersten Mission 2010 hatte er Plasmakristall-Experimente mit dem Vorgänger-Labor PK-3 Plus durchgeführt, hier in deutsch-russischer Kooperation. Das aktuelle Labor PK-4 ist im europäischen Columbus-Modul der Internationalen Raumstation installiert und bietet als Multi-Purpose-Multi-User-Facility vielfältige Möglichkeiten für die Plasmaforschung unter Schwerelosigkeit.

Hauptziel der DLR-Forschungsgruppe Komplexe Plasmen ist es, Lehrbuchwissen der Zukunft zu erzeugen. Die Plasmakristall-Experimente offenbaren als Modellsystem die Dynamik von Flüssigkeiten und Festkörpern. Diese Grundlagenforschung ist auch für das Verständnis von komplexem Plasma wichtig, das als ein eigener Aggregatszustand der weichen Materie entdeckt wurde – mithilfe von Weltraumexperimenten. Darüber hinaus gibt es auch natürliche komplexe Plasmen, sogenannte „staubige Plasmen“. Sie treten in der Natur auf, beispielsweise als Blitze in Vulkaneruptionen, und können künstlich im Labor hergestellt werden. Dies schafft Grundlagenwissen, das für Fusionsplasmen und nicht zuletzt auch für Explorationen zum Mond oder Mars Bedeutung haben kann.

Die physikalische Forschung unter Schwerelosigkeit ist eines der Hauptthemen am DLR-Institut für Materialphysik im Weltraum in Köln. Dazu führt das Institut unterschiedliche Experimente zur Materialforschung in Metallen und Legierungen und im Bereich der weichen Materie in Kolloidphysik, Granularen Medien und den komplexen Plasmen durch – auf Parabelflügen, dem Fallturm, auf Raketen und an Bord der ISS. Die Aktivitäten werden auf der Erde durch experimentelle und theoretische Forschungsarbeiten sowie numerische Simulationen begleitet. Mit mehr als 100 wissenschaftlichen Veröffentlichungen zählen die Plasmakristall-Experimente seit ihrem Progammbeginn 2001 zu den erfolgreichsten Forschungsarbeiten auf der Internationalen Raumstation.