Haben Sie 2020 schon etwas vor? Nein? Die ESA schon.

Die europäische Weltraumbehörde ESA schießt Forschungssatelliten ins All und hatte vor kurzem die Wissenschaftler gefragt, welches Projekt der Mittelklasse (sog. medium-class mission) auf ihrer Wunschliste steht. So haben sich unterschiedliche Communities und Forschungszweige Gedanken gemacht und in mühevoller Detailarbeit ihre Wunsch-Mission ausgearbeitet. Ganz am Anfang steht eine wissenschaftliche Frage und am Ende steht ein komplexes Gerät, das im Weltraum Messdaten sammelt, um die Ausgangsfrage zu lösen. Am 25.02.2011 hat die ESA vier Kandidaten für eine sog. M-Klasse-Mission bekanntgegeben.  Die Starttermine sind zwischen 2020 und 2022 und sind Teil der langfristigen Pläne der ESA, der sog. Cosmic Vision 2015-2025.

Der Aufruf der ESA war bereits im Sommer 2010. Insgesamt gingen 47 vorgeschlagene Missionen ein, die von einem Expertengremium begutachtet wurden. Massgeblich bei der Auswahl ist, ob die jeweilige Mission einen wissenschaftlichen Durchbruch verspricht.
Die Fantastischen Vier hören auf die klingenden Namen EChO, LOFT, MarcoPolo-R und STE-QUEST. Dazu in aller Kürze:

EChO steht für Exoplanet Characterisation Observatory. Ziel ist die Erforschung der Atmosphären von Exoplaneten, also Planeten außerhalb des Sonnensystems. Davon sind mittlerweile mehr als 400 bekannt. Die Forscher möchten herausfinden, ob diese Atmosphären chemisch so zusammengesetzt sind, dass sie extrasolares Leben ermöglichen. EChO sucht damit im Prinzip nach Außerirdischen.
An Bord von EChO befindet sich dazu ein hochauflösendes Multi-Wellenlängen-Spektrometer zur Bestimmung der Atmosphärenchemie, Temperatur und ihrem Rückstrahlvermögen (Albedo, z.B. extrem hoch bei den Venuswolken).

LOFT bedeutet Large Observatory For X-ray Timing. Forschungsziel ist die Untersuchung von Materie in der unmittelbaren Nähe der Ereignishorizonte  von Schwarzen Löchern. Dieses an das Loch verfütterte Material ist so heiß, dass es im Röntgenbereich strahlt – X-rays sind Röntgenstrahlen. Beim Timing möchte man zeitlich hochaufgelöste Röntgen-Signale messen, denn die zeitlichen Variationen der Röntgenstrahlen können sehr kurz sein, z.B. hervorgerufen durch schnelle Umläufe des Röntgenstrahlers um das Loch oder durch schnelles Aufblitzen (flares). Untersucht werden sollen nicht nur Schwarze Löcher, sondern auch Neutronensterne, bei denen ebenfalls Röntgenstrahlung frei wird. 
Um das zu leisten, soll LOFT zwei Instrumente an Bord haben: einen Halbleiterdetektor großer Fläche und einen Monitor mit großem Gesichtsfeld.

MarcoPolo-R:  Nur gucken ist langweilig? Okay. MarcoPolo-R ist eine "Komm-wir-fliegen-da-hin-und-nehmen-etwas-mit-Mission". Und zwar soll hier auf einem erdnahen Asteroiden (near-Earth asteroid, NEA) gelandet werden, um von dort eine Materialprobe zu entnehmen und sie in irdische Labore zwecks Untersuchung zu bringen (vergleiche STARDUST). Ziel ist es mithilfe der Proben den Ursprung des Sonnensystems und des Lebens (Panspermie-Hypothese) zu erforschen. MarcoPolo als einer der berühmtesten Entdecker war Namenspate. Aber wofür steht das "R"? Keine Ahnung – "R"ichtig schwierige Mission?

STE-QUEST ist ein handliches Akronym für dieses Wortungetüm: Space-Time Explorer and Quantum Equivalence Principle Space Test. Diese Mission soll hochpräzise Messungen von Gravitationseffekten auf Zeit und Materie bewerkstelligen. Das Äquivalenzprinzip ist ein fundamentales Gesetz der Relativitätstheorie. Es besagt, dass schwere und träge Masse nicht unterscheidbar sind. Was heißt das? Stellen wir uns vor, wir sitzen in einem Kasten ohne Fenster. Beobachten wir in dem Kasten, dass alle Gegenstände nach unten fallen, so können wir nicht sagen, ob das daran liegt, weil der Kasten auf der Erde steht ("schwerer Kasten") oder ob das daran liegt, weil der Kasten gerade mit einer Rakete von der Erde weg beschleunigt wird ("träger Kasten"). Nach Einsteins Äquivalenzprinzip der Relativitätstheorie beschreiben beide Fälle diesselbe Physik.
Ob das wirklich exakt gilt, soll STE-QUEST testen.Dazu wird STE-QUEST im Prinzip Uhren vergleichen, und zwar extrem genaue Atomuhren, die mit STE-QUEST mitfliegen mit denjenigen Atomuhren auf der Erde. Aufgrund der allgemein relativistischen Zeitdehnung müssen diese Uhren unterschiedlich schnell gehen.STE-QUEST soll auch die Universalität des freien Falls testen. Experimente auf der Erde zeigen ja, dass eine Feder in einem evakuierten Gefäß (also ohne Luftwiderstand) genauso schnell zu Boden fällt, wie eine Metallkugel in einem evakuierten Gefäß. Gilt das wirklich immer? Nach Einstein schon. Misst man Abweichungen, dann signalisiert das neue Physik jenseits von Einstein.

ESAs Mittelklassen M1, M2, M3
EChO, LOFT, MarcoPolo-R und STE-QUEST sind die Favoriten für die dritte M-Klasse-Mission, kurz M3. Derzeit gibt es drei Missionen – Euclid (Dunkle Energie), PLATO (nahe Exoplaneten) und Solar Orbiter (Sonne) – von denen zwei als M1 und M2 zwischen 2017 und 2018 starten sollen. Die Entscheidung über M1 und M2 fällt Ende 2011. 

Quelle: Press release ESA Science Programme 25.02.11
Mehr zu LOFT als arXiv paper