Quelle: DLR (CC-BY 3.0).
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Stratosphären-Observatorium von DLR und NASA erforscht
mit drei Instrumenten den Südhimmel
Kia Ora - so begrüßen die Māori, das indigene Volk
Neuseelands, traditionell ihre Gäste. Am 23. Juni 2017 um 1.05 Uhr
mitteleuropäischer Sommerzeit (11.05 Uhr Ortszeit) war es wieder einmal Zeit
für diese Grußformel, denn ein ganz besonderer Ankömmling ist am "anderen
Ende der Welt" auf dem Flughafen Christchurch gelandet: Die fliegende
Sternwarte SOFIA des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der
US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA wird zum vierten Mal über mehrere
Wochen - bis zum 10. August 2017 - in 25 Beobachtungsflügen den Südhimmel ins
Visier nehmen. Bereits am 26. Juni wird das Stratosphären-Observatorium für
Infrarot-Astronomie - kurz SOFIA - zum ersten Wissenschaftsflug der
diesjährigen Kampagne starten.
Lange Winternächte liefern ungetrübte Einblicke
SOFIA ist am 21. Juni 2017 von ihrer Heimatbasis in
Palmdale in Kalifornien gestartet und nach einem Zwischenstopp zum Auftanken
auf Hawaii in Christchurch gelandet. Die fliegende Sternwarte nutzt die langen
Winternächte in Neuseeland, da hier während dieser Zeit die
Wasserdampfkonzentration in der irdischen Atmosphäre sehr viel geringer als in
unserem Sommer auf der Nordhalbkugel ist. "Das sind ideale Voraussetzungen
für ungetrübte Beobachtungen. Denn schon kleinste Mengen an Wasserdampf in der
Luft können die Infrarotstrahlung aus dem All "verschlucken", sodass
diese nicht mehr von den Spektrometern gemessen werden kann", erklärt
DLR-Projektleiter Heinz Hammes.
In einer Flughöhe von rund 13 Kilometern fliegt SOFIA
weitestgehend über dem Wasserdampf und kann so von Neuseeland aus prominente
Sternentstehungsgebiete wie die Große und die Kleine Magellansche Wolke
ungetrübt betrachten und untersuchen: "Diese Regionen kennen wir zwar
schon von optischen Beobachtungen. Im Infrarotbereich sind sie bisher allerdings
kaum erforscht. Hier knüpfen wir nahtlos an die letzte Beobachtungskampagne vom
Juni 2016 an, um noch mehr über diese Gebiete zu erfahren", so Hammes. Um
Materiebewegungen zu untersuchen, wird das SOFIA-Teleskop auch auf das Zentrum
der Milchstraße gerichtet, das von der südlichen Hemisphäre wesentlich besser
und länger als vom Nordhimmel aus zugänglich ist.
Drei Instrumente für unterschiedliche Beobachtungen
Damit SOFIA ihre vielfältigen Beobachtungen machen kann,
werden an das 2,7 Meter durchmessende Spiegelteleskop verschiedene Instrumente
angeschlossen. "In diesem Jahr kommen in Neuseeland wieder drei
Beobachtungsinstrumente zum Einsatz. Mit ihnen können die Wissenschaftler
Sternentstehungsgebiete in den verschiedensten Stadien ihrer Entwicklung untersuchen",
erklärt Hammes. So kommen während dieser Kampagne die in Deutschland gebauten
Ferninfrarotspektrometer GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz
Frequencies) und FIFI-LS (Field-Imaging Far-Infrared Line Spectrometer) sowie
das US-amerikanische Instrument FORCAST (Faint Object InfraRedCAmera for the
SOFIA Telescope) zum Einsatz. Mit ihnen lässt sich die Gesamtdynamik der
Sternentstehung im Detail untersuchen und spektrale "Fingerabdrücke"
von Atomen und Molekülen nehmen, um Gasdichten, Temperaturen und
Geschwindigkeiten der Wolken zu bestimmen.
Mit GREAT spektroskopisches Neuland erkunden
Ursprünglich betrieb das Spektrometer GREAT einen
Detektor, um damit beispielsweise mehr über die chemische Zusammensetzung von
Sternentstehungsgebieten zu erfahren. Bei dieser Kampagne kommen nun zwei
wesentlich verbesserte Versionen des Instruments zum Einsatz: upGREAT besitzt
21 Detektoren, die auf zwei sogenannten Arrays (14+7) angeordnet sind und nun
zum ersten Mal die gleichzeitige Beobachtung bei zwei unterschiedlichen
Frequenzen parallel ausführen. Mit 4GREAT werden die spektroskopischen
Möglichkeiten dann noch bis hinunter zu 490 GHz erweitert (besonders
interessant für Spektrallinien von Wasser und Ammoniak) und mit vier
Einzeldetektoren Beobachtungen in vier unterschiedlichen Frequenzbereichen
gleichzeitig durchgeführt.
"Mit diesen Erweiterungen erhöht sich die
Leistungsfähigkeit und die Beobachtungseffizienz unseres Instruments um mehr
als das Zehnfache und neue bislang unerforschte Frequenzbereiche werden
erschlossen ", erläutert Dr. Rolf Güsten, der Leiter des GREAT-, 4GRAT-
und upGREAT-Instruments vom Max-Planck Institut für Radioastronomie (MPIfR) in
Bonn. "In diesem Jahr reichen die Untersuchungen von Kartierung des
atomaren Sauerstoffs in den Magellanschen Wolken und im Galaktischen Zentrum zu
Studien der Chemie protoplanetarer Scheiben und Planetarischer Nebel, bis hin
zur Suche nach im Weltall bislang nicht nachgewiesener Moleküle", ergänzt
Dr. Güsten.
FIFI-LS misst Daten zur Sternentstehung
Bereits zum zweiten Mal erkundet FIFI-LS die
Südhemisphäre. Dieses Instrument mit zwei Detektorarrays misst bei deutlich
mehr Wellenlängen als GREAT und kann schneller großflächige Kartierungen
ausgedehnter Molekülwolken vornehmen. FIFI-LS wird wieder insbesondere die
Elemente Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff in Sternentstehungsgebieten und
im interstellaren Medium - dem Raum zwischen den Sternen - beobachten. Diesmal
gerät sowohl unsere Milchstraße als auch ein riesiges Sternentstehungsgebiet der
Großen Magellanschen Wolke sowie andere entferntere Galaxien ins Visier.
"Damit können wir auch erstmals eine detailgetreue Inventur der Materie in
der Umgebung des galaktischen Zentrums durchführen", erläutert Prof.
Alfred Krabbe, Leiter des FIFI-LS-Instruments und des Deutschen SOFIA Instituts
(DSI) an der Universität Stuttgart. "Außerdem wollen wir die
Materiebewegungen in der Umgebung des Schwarzen Lochs im Zentrum unserer
Milchstraße verstehen. Das geht nur mit SOFIA von Neuseeland aus."
Kampagnen-Abschluss mit Instrument FORCAST
Bei seinen sechs Einsätzen misst FORCAST bei kürzeren
Wellenlängen als FIFI-LS und GREAT und beobachtet insbesondere Staubscheiben um
neu entstandene Sterne, aber auch die von alten Sternen und Supernovae ins
Weltall zurückgeschleuderten Staubmassen. Am 13. August soll SOFIA wieder nach
Palmdale zurückfliegen. Nach einer Wartung des Flugzeugs und des Teleskops
sollen dann ab Anfang September bis Mitte November 2017 weitere 32
Wissenschaftsflüge von Kalifornien aus durchgeführt werden.
SOFIA
SOFIA, das "Stratosphären-Observatorium für
Infrarot-Astronomie" ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums
für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) und der National Aeronautics and Space
Administration (NASA). Es wird vom DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des
Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi), des Landes
Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die Entwicklung
der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der
Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und
des DLR. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen
SOFIA-Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer
Seite von der Universities Space Research Association (USRA).
Kontakte:
Martin Fleischmann
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Raumfahrtmanagement, Kommunikation
Tel.: +49 228 447-120
Fax: +49 228 447-386
Heinz-Theo Hammes
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
Raumfahrtmanagement, Extraterrestrik
Tel.: +49 228 447-377
Fax: +49 228 447-745