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Spähen ohne Grenzen

Interferometrie: Erde und Himmel im Teleskop-Verbund. Mit neuen Teleskopen im All können Astronomen schärfer in den Kosmos schauen als je zuvor – und nach alten Geheimnissen forschen: Was steckt in den fernen Quasaren? Gibt es Leben auf fremden Planeten?

Kerzengerade war die dreistufige M-5-Rakete in den Himmel über der südjapanischen Insel Kyushu gestiegen – an Bord das Herzstück für einen Meilenstein der Weltraumforschung: den 8,4 Meter großen Radio-Parabolspiegel namens HALCA (Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy). Gekoppelt mit Teleskopen auf der Erde – verteilt über den ganzen Globus – erreichen die Astronomen mit diesem Trick eine Bildschärfe wie eine einzelne Radioschüssel von der zweieinhalbfachen Größe der Erde. Das könnte das Universum wesentlich schärfer erscheinen lassen als je zuvor.

Vor kurzem hat der Radiospäher im All seine Arbeit aufgenommen – und die Astronomen geschockt: Ausgerechnet die empfindlichste der drei Frequenzen, auf denen HALCA ins All horcht, arbeitet nicht. „Damit kann der Verbund seine größtmögliche Bildschärfe nicht erreichen“, bedauert Anton Zensus vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn, verantwortlicher Direktor des angeschlossenen 100-Meter-Radioteleskops von Effelsberg.

Dennoch beginnt mit dem kombinierten Einsatz von all- und erdgestützten Teleskopen eine neue Ära der Astronomie. Das physikalische Prinzip, das Antennen-Netzwerke wie ein einzelnes Riesenauge funktionieren läßt, heißt Interferometrie. So koppelt HALCA seine Empfangssignale aus dem Kosmos mit bis zu 20 weltweit verteilten Radioteleskopen, die jeweils auf das gleiche Objekt im All gerichtet sind. „Beim Vereinigen der Signale in einer Zentralstation überlagern sich die Wellen, es entstehen Interferenzen“, erläutert der Interferometrie-Experte Oskar von der Lühe vom Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik in Freiburg das Spähen ohne Grenzen. Der neue Satelliten-Außenposten 20000 Kilometer über der Erde liefert so eine Auflösung, die noch das Sohlenprofil in einem Fußstapfen auf dem Mond erkennen ließe.

Der Späh-Verbund soll dem Kosmos einige seiner größten Geheimnisse entreißen. Bereits 1995 lieferte das bis dato leistungsfähigste Interferometer, ein Radioteleskopnetz verteilt über die USA, einen der überzeugendsten Hinweise auf ein Schwarzes Loch. Im Herzen der Galaxie NGC 4258 entdeckte es einen rotierenden Gasring, der von ungeheuren Anziehungskräften bewegt wird, entsprechend der Masse von 36 Millionen Sonnen zusammengeballt auf der Fläche unseres Sonnensystems – eine der gewaltigsten bekannten Materie-Konzentrationen.

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In Quasaren, energiereichen jungen Galaxien am Rande des Universums, wüten vermutlich noch weitaus schwerere Schwarze Löcher. HALCA kann mit den US-Antennen und weiteren in Europa, Asien und dem Pazifischen Raum jetzt Licht ins Dunkel dieser Phänomene bringen. Das Weltraum-Interferometer soll die Ursprünge von Plasma-Lichtblitzen (Jets) aus dem Zentrum der Quasare im Radiobereich bis in den Galaxienkern zurückverfolgen – und so die Existenz von Schwarzen Löchern hinterfragen.

„Trotz des teilweisen Empfänger-Ausfalls bei HALCA können wir die Gegend um die Zentren der Quasare beobachten und so Struktur und Aufbau der Jets verstehen lernen“, freut sich Zensus. Richtung, Krümmung und Ausdehnung der leuchtenden Materiefahnen sind bereits darstellbar. „Eine phantastische Auflösung, die keine andere astronomische Technik erreichen kann“, bescheinigt der Radioastronom dem Antennen-Netzwerk.

Das Forscherziel, einem Schwarzen Loch dabei zuzusehen, wie es interstellare Materie verschluckt, muß noch warten: Dafür wäre eine noch dreimal größere Bildauflösung nötig, als selbst das neue allgestützte Interferometer liefert. Doch Abhilfe ist in Sicht: Am Moskauer Lebedev-Institut für Physik arbeiten die Forscher mit NASA-Unterstützung bereits an einer zweiten Radioschüssel, die bis zum Jahr 2005 noch weiter von der Erde entfernt ihre Kreise ziehen und so die Auflösung des Teleskop-Verbunds um das Vierfache erhöhen soll. Fraglich ist nur, ob die finanzschwachen Russen den Etat dafür zusammenbekommen.

Die NASA selbst hat mit ihrem Radiosatelliten RISE noch Ehrgeizigeres vor: Seine 25 Meter große Antenne soll um 2009 in einem 40000 bis 100000-Kilometer-Orbit um die Erde kreisen und seine Auflösung dabei noch viermal größer als bei HALCA sein. Außerdem testet sie einen aufblasbaren Parabolspiegel aus Kunststoff, den ein Shuttle zusammengefaltet billig ins All hieven kann.

Interferometrie ist nicht auf Radiowellen beschränkt – auch mit Licht liefert sie ein traumhaftes Auflösungsvermögen: Könnten heutige Einzelteleskope von München aus ein Fünfmarkstück in Hamburg erkennen, so sähe etwa das künftige ESO-Interferometer VLT, das zur Zeit auf dem Cerro Paranal in Chile entsteht, die Münze noch in New York – oder vergleichsweise einen Menschen auf dem Mond.

Damit sollte es möglich sein, auch Planeten um ferne Sonnen zu entdecken: Sterne mit Planetenbegleitern, die von der Erde aus unsichtbar sind, taumeln durch die Gravitation ihrer Trabanten etwas hin und her. Die haarfeinen Abweichungen von der Normalposition lassen sich mit den hochexakt auflösenden Interferometern nachweisen. Leider bleibt der alte Astronomen-Traum, die Lichtjahre entfernten Planeten direkt zu sehen, von der Erde aus unerfüllbar: Unsere Lufthülle flirrt zu stark und filtert zudem einen Teil der schwachen planetaren Infrarot-Strahlung weg. Deshalb zieht es die Forscher ins All.

Derzeit prüft die Europäische Weltraumagentur ESA die Chancen des All-Interferometers DARWIN, das um 2010 jenseits der Marsbahn in Stellung gehen könnte. Das fliegende Teleskop-Geschwader – fünf 1-Meter-Spiegel, die bis zu 70 Meter weit um eine zentrale Empfangsstation tanzen – soll über 1000mal kleinere Objekte aufspüren können als Hubble. „Unbekannte Planeten wären vom Weltall aus erstmals direkt sichtbar – ein großartiger Durchbruch“, prophezeit Robin Laurance vom ESA-Forschungszentrum in Nordwijk/Holland. Sogar ihre Atmosphäre könnte das Satelliten-Sextett spektrographisch analysieren – und so möglichem Leben auf die Spur kommen.

Allerdings hat DARWIN Konkurrenz im eigenen Hause – von GAIA, dem zweiten geplanten All-Interferometer-Projekt der ESA. GAIA (Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) verspricht die exakteste Allvermessung aller Zeiten: Für rund eine Milliarde ferne Objekte könnte das optische Interferometer erstmals auf zehn Prozent genau Position und Geschwindigkeit ermitteln – viel genauer, als das von der Erde mit ihrer flirrenden Atmosphäre möglich ist. „Wir würden endlich exakt die Dichte und Ausdehnungsgeschwindigkeit des Alls erfahren“, so Ulrich Bastian vom Astronomischen Recheninstitut in Heidelberg.

Quasi nebenbei soll GAIA noch 200000 Sterne auf mögliche Planetenbegleiter durchchecken – auch kleinere, erdähnlichere als die bisher meßbaren Begleiter von Jupitermasse ließen sich erfassen.

Auch die NASA hält es nicht am Boden. Für 2005 plant die US-Raumfahrtbehörde ihre erste „Space Interferometry Mission“ (SIM). Das starre System von sieben Teleskopen, mit der Antriebseinheit einem großen „T“ ähnlich, soll einige tausend Sterne mit äußerster Genauigkeit vermessen und zudem planetengebärende Staubscheiben um fremde Sonnen oder indirekt die Planeten selbst aufspüren – eine Art Mini-GAIA.

Doch SIM ist nur Wegbereiter für noch Größeres: den ambitionierten „Terrestrial Planet Finder“ der NASA – ein Interferometer-Quintett, das Planetensysteme fotografieren und deren Atmosphäre erkunden soll. Möglich, daß die ESA ihren Planetensucher DARWIN angesichts der US-Pläne zugunsten des All-Vermessers GAIA aufgibt. Denn die NASA geht bei der Planetensuche noch weiter: Der als Folgeprojekt geplante „Terrestrial Planet Imager“ soll gleich noch ein geographisches Layout der entdeckten Planeten mitliefern. Ein Startdatum ist freilich bislang nicht in Sicht: Die nötige High-Tech muß in parallelen Technologieprogrammen erst noch entwickelt werden.

Trotzdem brechen für die Astronomen bald goldene Zeiten an. Der Interferometer-Experte Oskar von der Lühe verspricht angesichts der neuen Spähtechnik im All schlicht: „Unser Wissen über das Weltall wird sich bald vervielfachen.“

Hansjörg Heinrich

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