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Freitag, 28.11.2014
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Von Atmosphärenfenstern und Flugzeugen

Warum der Infrarothimmel von der Erde aus nur schlecht zu beobachten ist

Eines haben fast alle Infrarot-Teleskope gemeinsam: Sie müssen hoch hinaus. Ob auf hohen Berggipfeln, im All oder in einem Flugzeug - die aus dem All kommende Wärmestrahlung können die Detektoren nur dann gut einfangen, wenn sie sich oberhalb der Troposphäre befinden - der dichten unteren Schicht der Atmosphäre. Denn Wasserdampf, Kohlendioxid und andere atmosphärische Gase wirken wie ein Filter: Sie schlucken einen Großteil der Infrarotstrahlung.

Die atmosphärischen Fenster: sichtbares Licht und einige Nahinfrarot-Strahlungen dringen durch

Nur in einigen eng umgrenzten Wellenlängen kann die Strahlung bis zum Erdboden dringen - den sogenannten atmosphärischen Fenstern. Durchlässig ist die Lufthülle beispielsweise für einige Bereiche des Nahinfrarots, unterhalb von vier Mikrometern Wellenlänge. Detektoren wie das Gemini-Teleskop auf dem Mauna Kea auf Hawaii nutzen diese Fenster ins All, um durch kosmische Staubwolken hindurchzuschauen oder kühlere Sterne zu beobachten.

Die Ringe des Uranus, aufgenommen von der Raumsonde Voyager 2

Die Ringe des Uranus, aufgenommen von der Raumsonde Voyager 2

SOFIAS Vorgänger und die Ringe des Uranus


Für mittleres und fernes Infrarot bleibt jedoch nur der Weg über die Troposphäre hinaus. Dass es dabei schon ausreichen kann, in die oberen Atmosphärenschichten aufzusteigen, bewies in den 1970er Jahren bereits das Flugzeug-Teleskop KAO (Kuiper Airborne Observatory) der NASA. Mit Hilfe dieses 91-Zentimeter-Teleskops entdeckten die Astromomen erstmals, dass auch der Planet Uranus Ringe besitzt. Die Forscher hatten damals eine sogenannte Okkultation beobachtet: das Vorüberziehen des Planeten Uranus vor einem fernen Stern. Dabei bemerkten sie, dass das Sternenlicht nicht einfach plötzlich verdeckt wurde und dann wieder normal zu sehen war, sondern dass es zu flackern schien.

Die Astronomen schlossen daraus, dass es im Umfeld des Planeten offenbar mehrere Objekte geben musste, die das Sternenlicht verdeckten, bevor der Planet selbst dies tat. Schnell war klar, dass dafür nur eines in Frage kam: Ringe. 1986 bestätigten Aufnahmen der Voyager-Sonde diese Schlussfolgerung.

Die umgebaute Boeing mit geöffneter Teleskop-Tür

Mit der Boeing auf Beobachtungsposten


SOFIA setzt nun dort ein, wo KAO im Jahr 1995 aufhörte. Ähnlich wie ihr Vorgänger wird auch dieses Teleskop von einem Flugzeug getragen. Eine umgebaute Boeing 747 transportiert das Spiegel-Teleskop bis in über zwölf Kilometer Höhe - und damit über den störenden Wasserdampf hinaus. "Bei maximaler Beobachtungshöhe lässt SOFIA mehr als 99 Prozent des Wasserdampfs in der Erdatmosphäre unter sich und kann somit einen Großteil der kosmischen Infrarotstrahlung empfangen", sagt Paul Hertz, Programmwissenschaftler der NASA. Gegenüber KAO ist SOFIA allerdings sehr viel größer, hochauflösender und leistungsstärker: Das 2,7 Meter-Teleskop besitzt eine zehnfach höhere Empfindlichkeit und eine dreifach besserer Winkelauflösung. Feine Details kann es daher mit bisher unerreichter Genauigkeit einfangen.

Entsprechend hoch sind die Erwartungen, die die Astronomengemeinde an das Teleskop knüpft: "Beobachtungen mit diesem Observatorium werden unser Wissen über den Lebenszyklus der Sterne, die Chemie der interstellaren Materie und vielem mehr erweitern", sagt Pete Zell, NASA-Projektmanager für SOFIA. Dass diese Erwartungen sich auch erfüllen könnten, hat sich bereits in den Testflügen und ersten Wissenschaftsmissionen im Jahr 2011 gezeigt. "Letztes Jahr hat SOFIA bereits demonstriert, dass es auf dem Weg ist, eine Weltklasse-Bereicherung für die wissenschaftliche Gemeinschaft zu werden", so Zell.

Aber wie konkret funktioniert SOFIA?
Nadja Podbregar
Stand 09.11.2012