Die neueste Errungenschaft, nämlich das 12-Meter-Teleskop des Atacama Pathfinder Experiment (APEX) in Chile, bildet zu dem beschriebenen Instrumentenpark die ideale Ergänzung. Es setzt den Empfindlichkeitsbereich von IRAM zu kleineren Wellenlängen bis herunter zu 0,2 Millimeter fort. Zukünftig werden das gewaltige Antennen-Array ALMA, das Flugzeugteleskop SOFIA und das Weltraumteleskop Herschel der Europäischen Weltraumorganisation ESA völlig neue Beobachtungsmöglichkeiten schaffen.

Bei allen vier Projekten ist das Max-Planck-Institut in Bonn maßgeblich am Bau der Detektoren beteiligt. Überhaupt sind die Bonner Astronomen bei der Detektorentwicklung Weltspitze. Im vergangenen Jahr wurde Karl Menten zusammen mit seinen Institutskollegen Ernst Kreysa und Frank Bertoldi mit dem Philip- Morris-Forschungspreis ausgezeichnet. Die Ehrung hatten sie für die Entwicklung von so genannten Bolometer- Array-Empfängern erhalten, mit denen eine größere Anzahl Detek toren große Flächen des Himmels simultan beobachten können, ähnlich wie Pixel einer Digitalkamera.

Der Zentralbereich der Milchstraße, aufgenommen bei 90 Zentimeter Wellenlänge © Naval Research Laboratory, Caltech

Solche Bolometer haben eine sehr große Bandbreite, was sie sehr empfindlich macht. Sie eignen sich aber nicht zur Beobachtung von Molekülen, denn diese emittieren nur in sehr schmalen Wellenlängenbereichen. Darüber hinaus sind sie ideal zur Registrierung der kontinuierlich mit der Wellenlänge variierenden Strahlung des interstellaren Staubs. Zusammen mit den am Max-Planck- Institut entwickelten empfindlichen Spektrallinien-Detektoren decken die Instrumente aus Bonn sämtliche wissenschaftlichen Fragestellungen der Submillimeter-Astronomie ab.

Strahlung der Moleküle
Die Molekülstrahlung nachzuweisen ist eine schwierige Aufgabe. Und sind die Daten endlich im Rechner, beginnt eine mühsame Detektivarbeit, um die einzelnen Spezies zu identifizieren. Auf welche Weise sich die Substanzen bemerkbar machen, veranschaulicht ein vereinfachendes Bild der Moleküle, in dem man sich die Atome als Kugeln vorstellt. Zwischen ihnen seien Spiralfedern gespannt, die das Molekül zusammenhalten. Stoßen Moleküle miteinander zusammen, so schwingen die Federn und somit das gesamte Molekül.

Nach den Gesetzen der Quantentheorie können Schwingungsfrequenzen jedoch nicht beliebig variieren, sondern nur bestimmte Werte annehmen. Bei jeder Schwingungsmode sendet ein Molekül Strahlung mit einer festen Frequenz aus: Im Spektrum sieht man eine Linie. Gleichzeitig kann ein Molekül bei Zusammenstößen zum Rotieren gebracht werden, wobei sich die Drehfrequenz nur in Schritten ändert. Auch bei jeder festen Rotationsfrequenz sendet das Molekül charakteristische Strahlung aus. Vom Radio- bis zum Submillimeterbereich beobachtet man überwiegend diese Rotationslinien.