Die Wärme des Universums

Die Erfolgsgeschichte des Weltraumobservatoriums Herschel

Mehr als eine Million Kilometer von der Erde entfernt kreist Herschel, das größte Weltraumteleskop, und liefert nie zuvor gesehene Einblicke in nahe und sehr weit entfernte Himmelsobjekte. Rund ein Jahr nach seinem Start legen die beteiligten Wissenschaftler eine erste Bilanz dieser Erfolgsgeschichte vor.

Illustration von Herschel, Bild: ESA – D. Ducros Herschel

Am 14. Mai 2009 schoss eine Ariane 5-Trägerrakete vom europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, in den Himmel. An Bord hatte sie die beiden Teleskope der europäischen Weltraumagentur ESA: Herschel und Planck. Die beiden neuen Satellitenobservatorien wurden zu einem so genannten Lagrangepunkt in einer Distanz von 1,5 Millionen Kilometer von der Erde (in Richtung Mars) manövriert. Präzise gesagt handelt es sich um den Lagrangepunkt 2, einem Ort im Sonnensystem auf der Linie Sonne-Erde, an dem ein Gleichgewichtszustand der Schwerkraft herrscht. Ein Satellit, der sich dort befindet, ist dynamisch stabil.

Anzeige

Herschel bewegt sich in etwa parallel mit der Erde um der Sonne (seine Entfernung zur Erde schwankt dabei zwischen 1,2 und 1,8 Millionen Kilometern) und dreht Erde, Mond und unserem Zentralgestirn stets seinen durch einen speziellen Schutzschirm abgedeckten Rücken zu. Auf diese Weise kann das Teleskop ungestört das gesamte Firmament beobachten.

Größtes Weltraumteleskop

Das nach dem hannoverschen Astronomen Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822) benannte Teleskop überrundet mit seiner Spiegelgröße von 3,5 Meter den in die Jahre gekommenen, bisherigen Rekordhalter Hubble, der nur 2,4 Meter aufweisen kann. Hubble beobachtete das Universum vor allem im Bereich des sichtbaren Lichts und kreist sehr eng um die Erde (vgl. Noch eine Olympiade für den alten Weltraumveteranen 32497). Herschel späht dagegen im Bereich der für das menschliche Auge unsichtbaren Infrarotwellen ins All, sein künstliches Auge durchdringt selbst interstellare Nebel und spürt jede noch so geringe Wärmestrahlung in den Tiefen des Raums auf.

Das bis dahin größte Infrarotteleskop im All wurde von der NASA gebaut und heißt Spitzer. Seit 2003 kreist es am Himmel, sein Hauptspiegel hat einen Durchmesser von 85 Zentimetern.

Interstellare kalte Gaswolke mit neu entstehenden Sternen in der Milchstraße, im Kreuz des Südens, Bild: ESA/SPIRE consortium

Herschel verfügt über drei Hightech-Instrumente: Das hochauflösende Spektrometer HIFI ("Heterodyne Instrument for the Far-Infrared") wurde speziell für das Abbilden des fernen Infrarotbereich (Wellenlängen von 157 - 625 Mikrometern) entwickelt. "Das Instrument ermöglicht unter anderem die Beobachtung des interstellaren und planetaren Wassers, dessen Strahlung ansonsten vollständig in der Erdatmosphäre absorbiert wird und liefert Einblicke in das kalte Universum, von den Kometen und dem Planetensystem bis zu den Prozessen der Stern- und Galaxienbildung", erläuterte Rolf Güsten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Die beiden Kamera-Spektroskop-Kombinationen PACS ("Photodetector Array Camera & Spectrometer") und SPIRE ("Spectral and Photometric Imaging Receiver") können Himmelsaufnahmen bei Wellenlängen zwischen 57 und 210 Mikrometer, bzw. 200 und 670 Mikrometer, erstellen.

Herschel ist dank seiner hochempfindlichen Instrumente in der Lage, selbst extrem schwache Wärmestrahlung mit einer Temperatur von nur wenigen Grad über dem absoluten Nullpunkt (minus 273,15 Grad Celsius) aufzuspüren. Dadurch wird es für die Astronomen möglich, einen Blick in die verdunkelte Kinderstube der Sterne zu werfen, also in jene Regionen, wo Protosterne entstehen, und sich nach und nach Galaxien bilden. Sein infraroter Blick durchdringt Gas- und Staubwolken im interstellaren Raum und zeigt, wo sich in ihnen Materie verdichtet, um sich langsam zu einem neuen Stern zu entwickeln.

Herschel zeigt die Entstehung neuer Sterne in der Rosette-Wolke, 5.000 Lichtjahre von uns entfernt. Bild: ESA/PACS & SPIRE Consortium/HOBYS Key Programme Consortia

Eine besondere Herausforderung beim Design der Sonde war die notwendige Kühlung der Apparaturen. Zum einen gibt es die passive Kühlung, denn die Instrumente werden durch einen mit Solarzellen bestückten "Sonnenschirm" geschützt, der auf der Rückseite des Observatoriums angebracht ist. Durch die erdabgewandte Position im All funktioniert er wie ein Schild und hält die potenziell störenden Einflüsse von Sonne, Mond und unseres Planeten fern.

Zum anderen sind die Geräte in ein ganz besonderes Tiefkühlgerät (die ESA bezeichnet es als "überdimensionale Thermoskanne") integriert, das mit ständig in kleinen Mengen verdampfenden 2.300 Litern superflüssigen Heliums für eine konstante Temperatur von minus 271 Grad Celsius sorgt. Dadurch werden selbst minimalste Wärmespuren draußen in der eisigen Kälte des Weltraums abbildbar.

Himmelslöcher und Kometeneinschläge

Herschel ermöglicht es uns, bei weit entfernten Sternengeburten und der Verdichtung protoplanetarer Scheiben zuzusehen. Zudem wird mit der hochauflösenden Spektroskopie des Weltraumobservatoriums die Beschaffenheit der Oberflächen und Atmosphären von Kometen und Planeten in unserem Sonnensystem genau untersucht.

Ein Erfolgskonzept, wie sich sofort nach dem Start zeigte. Schon im Juni 2009, noch während der Einrichtungs- und Testphase der Mission, lieferte Herschel erste, einzigartig scharfe Bilder der Strudelgalaxie (M51)[1]. Danach ging es Schlag auf Schlag weiter, wie die aktuelle Sonderveröffentlichung der Fachzeitschrift Astronomy and Astrophysics[2] verdeutlicht, die 152 wissenschaftliche Aufsätze zum Thema vereint.

Herschel bewies, dass die dunkle Region im Nebel NGC 1999 tatsächlich ein Loch darstellt, dort ist keine Materie zu finden (im Bild oben in Grün). Bild: ESA/HOPS Consortium

Die Auswertung von Herschels Aufnahmen führte zu vielen neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen. Ein Highlight aus unserem Sonnensystem ist der nun entdeckte Kometeneinschlag auf dem Neptun vor rund 200 Jahren[3]. Die Forscher analysierten die Herschel-Daten bezüglich langwelliger Infrarotstrahlung in der Atmosphäre des äußersten Planeten und stolperten dabei über die ungewöhnliche Verteilung von Kohlenmonoxid. Von diesem Stoff fanden sie in der Gashülle des Neptun – die hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium besteht – iin der obersten Schicht, der Stratosphäre, mehr als darunter in der Troposphäre. Das ist ungewöhnlich, wie der Leiter des Herschel-Forschungsprogramms "Wasser und verwandte Chemie im Sonnensystem", Paul Hartogh, erklärte:

Die Anreicherung von Kohlenmonoxid in der Stratosphäre von Neptun ist nur mit einer externen Quelle zu erklären. Normalerweise sollten die Konzentrationen von Kohlenmonoxid in Troposphäre und Stratosphäre gleich sein oder nach oben hin abnehmen.

Die schlüssige Erklärung für dieses Phänomen ist der Einschlag eines Kometen, der beim Aufprall zerbrach und das in seinem Eis gebundene Kohlenmonoxid in die Atmosphäre verströmte. Die Erfahrungen der Astrophysiker mit dem Einschlag des Kometen Shoemaker-Levy 9 im Jahr 1994 auf dem Jupiter[4] lassen Rückschlüsse darauf zu, wann diese Katastrophe passierte: Auf Neptun schlug wahrscheinlich vor 230 Jahren ein schmutziger Schneeball aus dem All ein.

Herschel-Aufnahme der Sternentstehungsregion im Sternbild Adler, etwa 1.000 Lichtjahre von uns entfernt. Die hell leuchtenden Bereiche werden von großen jungen Sternen illuminiert, die das Wasserstoffgas zum Leuchten bringen. Im Staub rund herum befindet sich eine stellare Kinderstube mit hundertenVerdichtungen aus Gas und Staub, die sich zu Sternen entwickeln. Bild: ESA/SPIRE & PACS/P. André

Aber das fliegende Fernrohr hat auch spektakuläre Erkenntnisse aus abgelegeneren Regionen des Weltraums zu bieten. Darunter die Entdeckung eines Lochs im Himmel. Herschel durchspähte den Nebel NGC 1999, der etwa 1.500 Lichtjahre von uns entfernt im Sternbild Orion liegt. Ein dunkler Bereich am Rand der hell reflektierenden Gaswolke war von den Astronomen bislang für eine für das Licht undurchdringliche Staubverdichtung gehalten worden. Falsch, denn keine dichter Materiebatzen verdunkelt hier das Firmament – tatsächlich ist dort schlicht Nichts, wie die Herschel-Daten ergaben[5].

Das Loch am Himmel gibt den Astrophysikern Rätsel auf, etwas Derartiges hatten sie nie zuvor gesehen. Die Forscher vermuten, dass es durch die starken Jets (gebündelte Teilchenstrahlen) der entstehenden Sterne in der direkten Umgebung entstanden ist – sie haben sozusagen alle Materie aus diesem interstellaren Raum gekickt. Ein Phänomen, das künftig in alle Modelle von Sternengeburten miteinbezogen werden wird.

Herschel gilt als Eckstein-Programm der Europäischen Weltraum-Agentur ESA und wird in den kommenden 2,5 Jahren, bis das zur Kühlung notwendige Helium aufgebraucht sein wird, noch jede Menge Licht ins Dunkel des Alls bringen. Das Weltraumteleskop macht Teile der unendlichen Weiten des Weltraums sichtbar, die nie zuvor ein Mensch gesehen hat. Es zeigt uns "Die verborgene Seite der Sternengeburt", wie die ESA ungewohnt poetisch formuliert – und noch viel mehr.

x
service:
drucken
versenden
facebook
twitter
google+
rss
newsletter
folgen:
facebook
twitter
google+
rss
newsletter
http://www.heise.de/tp/artikel/33/33045/
Anzeige
>
<

Darstellungsbreite ändern

Da bei großen Monitoren im Fullscreen-Modus die Zeilen teils unleserlich lang werden, können Sie hier die Breite auf das Minimum zurücksetzen. Die einmal gewählte Einstellung wird durch ein Cookie fortgesetzt, sofern Sie dieses akzeptieren.

Der Traum vom Hyperteleskop

Das futuristische Interferometer-Teleskop Exo Earth Imager (EEI) bleibt bloßes Wunschdenken

Der Reiz der Dunkelheit

Blick ins Dunkle - Teil 2

Staubiger galaktischer Sonderling

Hubble-Weltraumteleskop fotografiert eine Galaxie mit einer nicht all-täglichen Struktur

Anzeige

Zur Erntezeit frisch aus dem Archiv:

Peter Mühlbauer 16.10.2013

Alte Apfelsorten schützen vor Allergiesymptomen

Bei Golden Delicious und anderen Supermarktprodukten weggezüchtete Polyphenole sorgen dafür, dass das Obst beschwerdefrei verspeist werden kann

weiterlesen
Telepolis Gespräch

Audio-Mitschnitt der Veranstaltung "Überwachung total" am 7. Juli mit Peter Schaar, Klaus Benesch und Christian Grothoff.
(MP3, 73min, 35MB)

bilder

seen.by

Anzeige

TELEPOLIS