Herschel – das größte Weltraumteleskop

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Auf dem Weg zum Profi-Astronomen
Promotion mit Interferenzen

Es ist nicht leicht eine interessante Sommerschule wie die letztwöchige "Art & Craft of Astronomical Instrumentation" mit einer Woche Vorträgen zusammenzufassen, wenn die meisten Vorträge sehr gut waren. Ich möchte daher gleich zu Anfang nochmals darauf hinweisen, bitte die Kommentarfunktion für Fragen zu nutzen oder auch für Vorschläge, falls Sie ein bestimmtes Thema stärker interessiert.

Am ersten Tag ging es über die Entwicklung im Teleskopbau allgemein, Beobachtungstechniken im Infrarotbereich und über das neue Großteleskop LBT. Auch die folgenden Tage waren von den Großprojekten dominiert.

Wolfgang Wild vom Niederländischen Institut für Weltraumforschung (SRON www.sron.nl) berichtete über den europäischen Infrarot-Satelliten Herschel, der mit seinem 3,5 Meter großen Hauptspiegel ab nächstem Jahr das größte Weltraumteleskop im All sein wird. Die Wissenschaftler, darunter Kosmolog-Blogger Helmut Dannerbauer vom MPIA, hätten den Spiegel sicher gerne noch größer gehabt aber dann hätte das Teleskop nicht mehr ungefaltet in die Nutzlastverkleidung der Rakete gepasst. Und dabei wird als Rakete schon eine Ariane-5 ECA eingesetzt — die leistungsfähigste europäische Rakete. Gleichzeitig mit Herschel wird übrigens der Kosmologie-Satellit Planck gestartet werden. Da darf man nur hoffen, dass beim Start nichts schief geht, denn in diesen beiden Satelliten stecken unzählige Jahre Arbeit und Entwicklung — und nicht zuletzt auch einige Euros. Die Herschel-Mission kostet etwa eine Milliarde.

Herschel-Weltraumteleskop
Der Herschel-Satellit am L2 (siehe unten) in einer künstlerischen Darstellung. Der 3,5 Meter große Hauptspiegel ist durch einen großen Hitzeschild von der Sonne geschützt und wird passiv auf unter 90 Kelvin gekühlt. Quelle: ESA (Bild von AOES Medialab)

Ein Satellit an sich ist praktisch immer nur die Plattform für wissenschaftliche Instrumente. Daher wurde dann auch die meiste Zeit nicht über Herschel, sondern über die auf ihm angebrachten Instrumente HIFI, SPIRE und PACS berichtet. Drei Instrumente sind notwendig, um den gesamten Spektralbereich von 55 bis 672 Mikrometer Wellenlänge abzudecken und um sowohl höchstaufgelöste Spektren aufnehmen zu können (HIFI), als auch äußerst schwache Quellen detektieren zu können (SPIRE/PACS).
Herschel soll Anfang 2009 gestartet werden und an den 2. so genannten Lagrange-Punkt der Erde befördert werden. Ein System aus zwei gravitativ aneinander gebundenen Körpern hat fünf solcher Punkte in denen sich die Summe aller Kräfte gerade aufheben. Der Lagrange-Punkt Nummer 2 (L2) erfreut sich dabei in letzter Zeit gesteigerter Beliebtheit bei Weltraummissionen. Er befindet sich etwa eineinhalb Millionen Kilometer von der Erde entfernt außerhalb der Erdumlaufbahn auf der Achse Sonne-Erde. Der Ort zeichnet sich durch eine große thermische Stabilität auf: Es gibt keinen Tag-/Nacht-Rhythmus und Satelliten erfahren an diesem Ort daher nur sehr geringe Temperaturschwankungen. Der Rücken von Herschel ist dabei stets der Sonne zugewandt und besteht aus einem Hitzeschild, das (auf der Sonnenseite…) mit Solarzellen bestückt ist. Dadurch wird der  Hauptspiegel eine Temperatur von weniger als 90 Kelvin (-183 Grad Celsius) erreichen. Im Vergleich zu den mit Herschel beobachteten Temperaturen ist das allerdings immer noch "ein glühend heißer Feuerball" (so Wild): Die Instrumente auf Herschel werden daher auch noch deutlich weiter gekühlt bis auf wenige Bruchteile eines Grads über dem absoluten Nullpunkt. Dann muss man freilich noch choppen, um die Emission Hauptspiegels loszuwerden.

Herschel-Weltraumteleskop
Am Lagrangepunkt L2 wird das Weltraum-Teleskop Herschel die störende Wärmestrahlung von Sonne und Erde so gut wie möglich abschirmen können. Quelle: ESA/NASA

Allerdings ist man am L2 wirklich im Weltraum, da gibt es kein schützendes Erdmagnetfeld mehr, und man erhält das gesamte Bombardement von Kosmischer Strahlung ab. Außerdem ist der L2 nicht nur ein paar hundert Kilometer über der Erdoberfläche, wie etwa das Hubble-Weltraumteleskop, sondern eineinhalb Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Das macht den Download von großen Datenmengen aufwändig, da die Bandbreite die Sendeleistung beeinflusst. Der wahre Grund, die Bandbreite auf etwa 150 Kilobit pro Sekunde zu limitieren war allerdings angeblich, dass bei der Planung von Herschel nur zwei ISDN-Leitungen zum Datentransport vom Deep Space Network in Australien (wo die Daten von zahlreichen Weltraummissionen auf der Erde ankommen) nach Europa zur Verfügung standen und man es sich nicht leisten konnte oder wollte, mehr Daten aufzuzeichnen und nach Europa zu senden…

Ein Vorteil vom L2 ist dafür noch, dass es ein so genannter "Self Cleaning"-Punkt ist, das heißt: L2 ist kein stabiler Punkt, sondern Satelliten müssen um ihn herumkreisen, um an diesem Punkt zu bleiben. Der Orbit erfordert dabei ständig Kurskorrekturen und das führt zu dem (angenehmen) Nebeneffekt, dass verbrauchte Satelliten von selbst verschwinden. Herschel wird dieses Schicksal ereignen, wenn die gut 2000 Liter suprafluiden Heliums verbraucht sein werden und die Instrumente nicht mehr verwendet werden können.

Leonard Burtscher

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www.ileo.de

Nach dem Studium der Physik in Würzburg und Edinburgh, habe ich mich in meiner Diplomarbeit mit der Theorie von Blazar-Spektren beschäftigt. Zur Doktorarbeit bin ich dann im Herbst 2007 nach Heidelberg ans Max-Planck-Institut für Astronomie gewechselt. Von dort aus bin ich mehrere Male ans VLT nach Chile gefahren, um mithilfe von Interferometrie im thermischen Infrarot die staubigen Zentren von aktiven Galaxien zu untersuchen. In dieser Zeit habe ich auch den Blog begonnen -- daher der Name... Seit Anfang 2012 bin ich als Postdoc am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching im Norden von München. Dort beschäftige ich mich weiterhin mit Aktiven Galaxien und bin außerdem an dem Instrumentenprojekt GRAVITY beteiligt, das ab 2015 jeweils vier der Teleskope am VLT zusammenschalten soll.

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