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Freitag, 31.10.2014
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Mit Ölwanne und Deflektoren

Wie liefert SOFIA im Flug gute Bilder?

Eigentlich hat der Flug in einem Flugzeug all das, was ein Teleskop normalerweise absolut nicht gebrauchen kann: Es vibriert ständig, durch die offene Teleskopluke pfeift der Wind und die Position des Flugzeugs ändert sich auch ständig. Wie aber schafft es die fliegende Sternwarte SOFIA, trotzdem klare Bilder zu liefern?

Innenansicht des SOFIA-Teleskops mit mittig angebrachtem GREAT-Detektor.

Innenansicht des SOFIA-Teleskops mit mittig angebrachtem GREAT-Detektor.

Die Aufhängung: Schutz vor Wind und Stößen


Die Ingenieure der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) haben sich dafür einiges einfallen lassen. Um die Schwankungen und Vibrationen des Flugzeugs auszugleichen, ist SOFIA nicht direkt mit der Bordwand der Boeing verbunden. Stattdessen ruht das Teleskop in einer mit unter Druck stehendem Öl gefüllten Halterung. Diese Ölwanne absorbiert das Rütteln und Vibrieren und gibt die Erschütterungen nicht an SOFIA weiter. Zusätzlich sorgen Dämpferelemente und Federn dafür, dass das Teleskop ruhig liegt.

"Dadurch bleibt das Teleskop so stabil, als wenn es auf der Erde auf einem zehn Meter dicken Betonfundament ruhen würde", erklärt die NASA auf ihrer SOFIA-Website. Zusätzlich sorgen drei Gyroskope dafür, dass SOFIA auch bei plötzlichen Manövern immer in der richtigen Lage bleibt, um sein Ziel anvisieren zu können.

SOFIA-Boeing mit geöffneter Teleskop-Luke vor dem Hangar

Aber was ist mit dem Fahrtwind? Immerhin rast das Flugzeug mit bis zu 800 Kilometern pro Stunde durch die Atmosphäre. Auch wenn diese oberhalb von zwölf Kilometern Höhe schon reichlich dünn ist, bleibt noch genügend Wind übrig, um einiges an Störungen zu verursachen. Im Bereich des sichtbaren Lichts sei dies in der Tat ein Problem, erklären die NASA-Ingenieure. Denn die an der Luke vorbeiströmende Scherschicht senke in den kurzen Wellenlängen die Auflösung des Teleskops auf drei Bogensekunden. Im Infrarotbereich sei dies allerdings weniger ein Problem.

Um den Effekt des Windes dennoch möglichst gering zu halten, sind an der Vorderseite der Teleskopluke kleine Deflektoren angebracht, Vorsprünge, die verhindern, dass der Luftstrom in die Luke bläst und Turbulenzen entstehen. Auch die Form des Flugzeugrumpfes trage dazu bei, Störeffekte zu minimieren.

Die Nachführung: Blick aufs Ziel trotz rasendem Flug


Wie aber schafft es SOFIA, ihre Beobachtungsziele anzupeilen und auch während des Fluges kontinuierlich im Blick zu behalten? Schon bei erdgebundenen Teleskopen ist es nicht damit getan, einfach das Objektiv auf das Ziel zu richten und einfach abzuwarten. Weil die Erde sich dreht, verändert sich auch die scheinbare Position von Objekten am Himmel ständig. Soll ein Observatorium einen fernen Stern oder eine Galaxie im Visier behalten, muss es seine Optiken daher ständig seinem Ziel nachführen. Eine computergestützte Steuerung sorgt dafür, dass Drehung und Winkel des Teleskops exakt zur richtigen Zeit um das richtige Maß angepasst werden.

Das Trägerflugzeug passt seine Flugbahn an die Beobachtungsziele des SOFIA-Teleskops an

Diese Art der Nachführung ist auch bei SOFIA nötig. Bei ihm kommt noch erschwerend hinzu, dass es sich mitsamt seinem Trägerflugzeug vorwärtsbewegt. "Die Bewegung der Boeing gleicht je nach Richtung entweder die scheinbare Wanderung der Himmelsobjekte etwas aus oder sie verstärkt sie noch", erklären die NASA-Forscher. Die aufwändige Regelungstechnik der Teleskopsteuerung muss dies berücksichtigen und die Spiegeloptiken entsprechend ausrichten. Die Bahn des Flugzeugs wird zudem so berechnet, dass das anvisierte Zielobjekt immer genau senkrecht dazu steht, damit das Teleskop immer optimale Sicht hat und nicht etwa durch Flügel, Flugzeugrumpf oder einen zu schrägen Winkel an der Beobachtung gehindert wird.

SOFIA kann sein Beobachtungsobjekt jeweils ein paar Stunden lang am Stück im Blick behalten. "Nach dieser Zeit ist das Objekt meist entweder zu nah an den Horizont oder zu hoch an den Zenit gewandert", erklären die NASA-Experten. "Oder aber das Flugzeug ist so lange in eine Richtung geflogen, dass es sich sonst zu weit von seinem Ausgangsort entfernen würde." An diesem Punkt werde dann nach Plant gewechselt und ein andere Objekt ins Visier genommen.
Nadja Podbregar
Stand 09.11.2012