Das NASA Institute for Advanced Concepts (NIAC) hat kürzlich einen Phase-1-Forschungsbericht über ein Kosmisches Positionsbestimmungssystem (CPS) veröffentlicht, das einen neuen technischen Ansatz zur Messung der kosmischen Expansionsrate durch ein Netzwerk von Satelliten im Sonnensystem vorschlägt. Der Bericht wurde auf dem arXiv-Preprint-Server eingereicht.
Das Konzept des Kosmischen Positionsbestimmungssystems entstand aus der Diskussion über das „Hubble-Spannungsproblem“. Die Hubble-Konstante ist ein Schlüsselparameter zur Beschreibung der aktuellen Expansionsrate des Universums, aber die mit verschiedenen Messmethoden ermittelten Werte weichen voneinander ab. Messungen mit der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung ergeben einen Wert von etwa 67,4 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec, während Beobachtungen von Cepheiden und Supernovae einen Wert von etwa 73 Kilometern pro Sekunde pro Megaparsec liefern. Diese Diskrepanz beeinträchtigt die Genauigkeit, mit der Astronomen die Entfernungen und das Alter entfernter Himmelskörper schätzen können.
Das Kosmische Positionsbestimmungssystem zielt darauf ab, direktere Messmethoden bereitzustellen. Das System soll aus fünf Satelliten bestehen, die gleichmäßig im Sonnensystem verteilt sind, mit Basislinienabständen zwischen 20 und 100 Astronomischen Einheiten (1 AE entspricht etwa der Entfernung Erde-Sonne). Diese Satelliten werden eine ähnliche Triangulationstechnik wie GPS verwenden, um durch präzise Messung der Laufzeit von Signalen wie Photonen zwischen den Satelliten die Entfernung zu weit entfernten Objekten direkt abzuleiten. Theoretisch könnten eine ausreichend lange Basislinie und eine ausreichend hohe Zeitgenauigkeit helfen, die Signalquelle genauer zu bestimmen.
Um diese Vision zu verwirklichen, sind mehrere technische Herausforderungen zu bewältigen. Jeder Satellit benötigt eine entfaltbare Antenne mit einem Durchmesser von 8 bis 9 Metern, um in die Größenbeschränkungen von Raketennutzlastverkleidungen zu passen. Die Satelliten müssen zudem auf niedrige Temperaturen gekühlt werden, um thermisches Rauschen zu reduzieren. Ein Standort fern der Sonne würde die passive Kühlung erleichtern, aber möglicherweise sind dennoch aktive Kühlsysteme erforderlich.
Die Zeitmessgenauigkeit ist ein Kernelement des Kosmischen Positionsbestimmungssystems. Das Projektteam schlägt die Verwendung einer ähnlichen Uhrtechnologie wie die NASA Deep Space Atomic Clock vor, die bereits während der STP-2-Mission von 2019 bis 2021 validiert wurde. Um den Anforderungen des CPS gerecht zu werden, muss sie weiter miniaturisiert und ihr Stromverbrauch gesenkt werden, um den begrenzten Stromversorgungsbedingungen am Rand des Sonnensystems gerecht zu werden. Darüber hinaus könnte das System mit Radionuklidbatterien zur Stromversorgung und mit schnellen Analog-Digital-Wandlern zur Signalverarbeitung ausgestattet werden müssen.
Neben der Unterstützung bei der Messung der Hubble-Konstante könnte das Kosmische Positionsbestimmungssystem auch mehrere ergänzende Forschungsbereiche unterstützen, darunter die Analyse der Verteilung Dunkler Materie, die Detektion von Gravitationswellen im Mikrohertz-Bereich (z. B. von binären supermassereichen Schwarzen Löchern) und die Untersuchung des Kuipergürtels sowie des hypothetischen neunten Planeten anhand von Gravitationsdaten von Raumfahrzeugen.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass sich das Kosmische Positionsbestimmungssystem derzeit noch im Konzeptstudienstadium befindet. Die Aufgabe des NIAC ist die Bewertung der Machbarkeit fortschrittlicher Technologien. Das Projekt hat noch keine Folgefinanzierung erhalten, und es ist ungewiss, ob es jemals in eine Ingenieurs- und Umsetzungsphase übergehen wird. Der Bericht zeigt, dass das CPS nach seinem Funktionsprinzip machbar erscheint, doch der Weg von der Konzeptstudie zur tatsächlichen Umsetzung erfordert weitere technische Entwicklung und finanzielle Investitionen.
Veröffentlichungsdetails: Autoren: Matthew McQuinn et al., Titel: „NIAC Project Report: Solar System-Scale Very Long Baseline Interferometry Will Significantly Improve Cosmological Distance Measurements“, erschienen in: arXiv (2026). Zeitschrifteninfo: arXiv
