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Superteleskope für übermorgen

Kühne Entwürfe für den Blick ins All. Fernrohre mit Spiegeln so groß wie ein Fußballfeld und Gehäusen vom Ausmaß der Pyramiden – die Sternwarten der Zukunft brechen alle Rekorde.

Eine Zeit wird kommen, da die Menschen den Blick auf ferne Dinge lenken und die Planeten wie unsere Erde betrachten“, sagte Christopher Wren bei der Eröffnung von Gresham College. Das war im Jahr 1657. Keine 400 Jahre später könnte die Prophezeiung des berühmten britischen Baumeisters Wirklichkeit werden. So sehen es jedenfalls ehrgeizige Pläne von Astronomen und Ingenieuren vor. Die kühnen Entwürfe handeln von Sternwarten mit Hauptspiegeldurchmessern von 30, 50 oder sogar 100 Metern. Der Instrumentenbau machte in den letzten Jahrhunderten gewaltige Fortschritte: Eine eindrucksvolle technologische Tour de Force liegt zwischen den 4-Zentimeter-Linsenfernrohren, mit denen Johannes Fabricius, Christoph Scheiner, Galileo Galilei und Thomas Harriot ab 1610 erstmals die Sonne beobachteten, und den beiden Keck-Teleskopen auf Mauna Kea, Hawaii, mit ihren 10-Meter-Spiegeln oder dem Very Large Telescope (VLT) auf La Silla in Chile, das aus vier 8,2-Meter-Reflektoren besteht. Dank hochgezüchteter elektronischer Detektoren können Astrophysiker inzwischen einzelne Photonen von Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxien erhaschen. Doch Zufriedenheit hieße Stagnation. „Wir lernen zwar gerade erst, was wir mit 8- bis 10-Meter-Teleskopen alles tun können. Aber jetzt ist der ideale Zeitpunkt, über den nächsten Schritt nachzudenken, weil die Verwirklichung großer Sternwarten viele Jahre dauert“, erklärt Alan Dressler von den Carnegie Observatories im kalifornischen Pasadena. Astronomie ist ein technischer Kampf um Licht und gegen Störfaktoren wie die Luftunruhe. Zwar kann durch die Zusammenschaltung getrennter Teleskope – wie bei Keck und dem VLT geplant – das Auflösungsvermögen gesteigert werden. Doch die Lichtausbeute von extrem schwachen Quellen wie Planeten bei anderen Sternen, Kometen an der Grenze des Sonnensystems oder Urgalaxien am Rand des beobachtbaren Universums läßt sich nur über größere Sammelflächen erhöhen – und das bedeutet größere Spiegel. Damit schnellen allerdings auch die Kosten rasch in astronomische Höhe: Bislang hat eine Verdopplung der Öffnung eines Teleskops dessen Preis ungefähr versechsfacht.

Mit raffinierter Technik kämpfen die Ingenieure jedoch gegen diesen Trend: Die Montierungen werden leichter oder starr, die Spiegel dünner und bestehen aus einzelnen Elementen, die mit Hilfe computergesteuerter Hebemotoren ständig optimal ausge-richtet werden, Abbildungsfehler werden erst nachträglich im Rechner korrigiert. „Es ist ein wirklich großer Schritt“, sagte Matt Mountain, Direktor des kürzlich eingeweihten internationalen 8-Meter-Gemini-Observatoriums auf dem Mauna Kea, als er auf einem Workshop in Madison, Wisconsin, mit Kollegen über die Vorschläge zur Finanzierung neuer Astronomie-Projekte zwischen 2000 und 2010 diskutierte. Angeregt wurde der Bau eines Maximum-Apertur-Teleskops (MAXAT) mit einem Hauptspiegel von 30 bis 50 Meter Durchmesser. Er soll aus Hunderten einzelner Segmente zusammengesetzt sein, die Präzisionsmotoren in Form halten – ähnlich wie die Keck-Teleskope. Geschätzte Kosten: 250 Millionen bis 1 Milliarde Dollar. „Die Finanzierung wird wohl nur international möglich sein“, gibt Mountain zu. „MAXAT sollte ein Welt-Teleskop werden.“ Allerdings könnten die Kosten erheblich gesenkt werden, wenn die Spiegelsegmente auf einer unbeweglichen Parabolscheibe fixiert würden. Vorbild dieser Methode ist das Arecibo-Radioteleskop auf Puerto Rico, das 305 Meter Durchmesser hat und einen ganzen Talkessel auskleidet. Die Fixierung des Reflektors schränkt die Beobachtungen zwar ein, aber MAXAT könnte so noch immer 70 Prozent des Himmels einsehen. MAXAT wäre die ideale Ergänzung des Next Generation Space Telescopes. Es soll in wenigen Jahren das Hubble-Weltraumteleskop ersetzen und wird mit einem 4- oder 8-Meter-Spiegel ausgestattet sein. Seine Beobachtungen müßten von erdgebundenen Teleskopen ergänzt werden, zum Beispiel um Spektren von fernen Galaxien und Sternexplosionen zu messen. Eine solche Arbeitsteilung hat sich schon bewährt: zwischen Hubble und den Keck-Teleskopen. „Die wissenschaftlichen Argumente für ein Riesenteleskop sind gewichtig, und die Kombination des neuen Space Telescopes und MAXAT wäre besonders leistungsfähig“, sagt Jay Gallagher von der University of Wisconsin in Madison. Mit MAXAT enden die Träume nicht. Letztes Jahr hat die schwedische Lund-Universität für zwei Tage 70 Astronomen, Ingenieure und Sternwarten- Direktoren eingeladen, um die Zukunft der Teleskop-Technik noch weiter auszuloten. Das Treffen fand in einer Burg im Süden Schwedens statt. Das mittelalterliche Ambiente von Bäckaskog hielt die Teilnehmer aber nicht vor utopischen Höhenflügen ab. Torben Andersen und Arne Ardeberg vom Lund-Observatorium stellten dort ihren Entwurf eines ELT vor – eine Steigerung des VLT, das sie folgerichtig Extremely Large Telescope nennen. ELT soll einen 50-Meter-Hauptspiegel besitzen, der aus 585 sechseckigen, jeweils etwa zwei Meter großen Elementen zusammengesetzt ist und das Licht zu einem Sekundärspiegel reflektiert, der es dann in die Detektoren umlenkt. Dieser Sekundärspiegel muß so groß sein wie die Hauptspiegel der meisten heutigen Großteleskope: vier Meter. Und er müßte in 70 oder 80 Meter Höhe angebracht werden.

Auf die Zahl und Größe der Segmente wollen sich die Ingenieure noch nicht festlegen. „Wir haben sogar eine Version mit 104000 einzelnen 15-Zentimeter-Elementen diskutiert“, sagt Anderson, „ aber deren gemeinsame Ausrichtung mit computergesteuerten Hebemotoren ist ziemlich schwierig.“ Doch die Technik dafür könnte bald bereitstehen, erwidert Jerry Nelson, Direktor des Keck-Observatoriums: „Kleinere Spiegel sind viel billiger in der Herstellung. Ich weiß nicht, wie weit man gehen kann. Ein-Zentimeter-Segmente könnten sogar flach sein.“ Andere glauben, es sei möglich, einen 50-Meter-Spiegel aus einem einzigen mit Aluminium bedampften Stück Glas herzustellen. „ Solche Spiegel sollte man nicht aus dem Auge verlieren“, meint Mary Edwards von Corning Inc. im Bundesstaat New York. Diese Firma hat den bislang weltgrößten Spiegel hergestellt – Durchmesser 8,3 Meter –, der vor wenigen Monaten im japanischen Subaro-Teleskop auf dem Mauna Kea eingeweiht wurde. Anstelle einer parabolischen Form des ELT-Spiegels, die viele verschiedene Segment-Typen benötigt (63 bei der 585er-Lösung), ist auch eine sphärische Spiegelform denkbar. Dadurch würde das Bild der Himmelsobjekte zwar verzerrt, doch das läßt sich im Prinzip nachträglich korrigieren. Vorteil: Alle Segmente hätten dann dieselbe Form, was die Herstellung stark vereinfacht und verbilligt. Roberto Gilmozzi von der Europäischen Südsternwarte will noch höher hinaus. Er hat die Vision eines 100-Meter-Giganten, den er OWL nennt. Das assoziiert eine scharfsichtige Eule, meint aber schlicht „Over Whelmingly Large“. OWLs Hauptspiegel wäre so groß wie ein Fußballfeld. Er hätte das Zehnfache Lichtsammelvermögen aller jemals gebauten Sternwarten zusammen und soll aus 2000 identischen 2,3 Meter großen Einzelspiegeln entstehen. Selbst wenn eine Fabrik einen davon pro Tag fertigen könnte, wäre sie acht Jahre lang damit beschäftigt. Auch die Eiffelturm-ähnliche Teleskopstruktur aus 4100 Träger- und 850 Verbindungselementen, die Enzo Brunetto und Franz Koch entworfen haben, würde Rekorde brechen: In der Höhe könnte sie mit der Cheops-Pyramide konkurrieren. Außerdem wäre sie komplett drehbar – bei einem Gewicht von 17000 Tonnen, mehr als dem 35fachen des 5-Meter-Hale-Teleskops. „OWL ist ein ehrgeiziges Projekt, aber es basiert auf heutiger Technologie. In 20 Jahren könnte das Teleskop stehen“, sagt Gilmozzi, der bis 2002 eine detaillierte Konstruktionsstudie vorstellen will. Die Kosten des Monstrums schätzt er auf 900 Millionen Dollar – nicht einmal das Doppelte des VLT. „Nach der bisherigen Daumenregel zur Preisentwicklung müßte es dagegen mindestens 20 oder 30 Milliarden Dollar kosten.“ „Man kann freilich nicht vom Schreibtisch zu einem 100-Meter-Teleskop gelangen“, sagt Jerry Nelson. „Wir brauchen einen 25-Meter-Prototyp – schon wegen der Korrektur der Luftunruhe.“ Bisher wird dieses atmosphärische Flimmern mit kleinen, deformierbaren Hilfsspiegeln ausgeglichen. Aber bei Superteleskopen mit 50- oder 100-Meter-Spiegeln bedarf es neuer Tricks, weil die Störungen entlang des Spiegels variieren können. Doch Nelson ist zuversichtlich: „Dies ist kein prinzipielles Problem, zu dessen Lösung man die Naturgesetze verletzen müßte.“

Rüdiger Vaas

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