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Hightech-Jumbo

20.09.2019

Weltgrößte fliegende Sternwarte zu Gast in Stuttgart

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4 Bilder
Sofia mit geöffneter Teleskoptür in einer Flughöhe von etwa fünf km über der Mojave-Wüste (Kalifornien).
Bild: DLR/Deutsches SOFIA Institut

In einem umgebauten Jumbojet ist ein weltweit einzigartiges Observatorium eingebaut. Was Forscher damit herausfinden wollen.

Es ist die größte fliegende Sternwarte der Welt: Ein ehemaliger Jumbojet Boeing 747SP der Lufthansa ist für ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Weltraumbehörde Nasa und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) zum weltweit einzigen fliegenden Stratosphären Observatorium für Infrarot-Astronomie, kurz Sofia, umgebaut worden. In der vergangenen Woche war der Hightech-Flieger in Stuttgart zu Gast – und hat dabei auch einen zehnstündigen Forschungsflug über zwölf europäische Länder unternommen.

Stationiert ist Sofia im südkalifornischen Palmdale. Von dort steigt sie immer nachts zu ihren normalerweise sechs- bis achtstündigen Messmissionen in der Stratosphäre auf. In einer Höhe von 13 bis 14 Kilometern fliegt sie über allen anderen Flugzeugen und die Wissenschaftler an Bord können mit dem 17 Tonnen schweren Teleskop ungestört ihre Daten sammeln. Unterhalb dieser Höhe behindert der Wasserdampf in der Troposphäre Beobachtungen im Infrarotbereich. Bodenteleskope können nur einen kleinen Teil der kosmischen Infrarotstrahlung empfangen.

Viele Phänomene im All sind daher von der Erde aus nicht zu beobachten. Aber Astronomen müssen alle Bereiche des elektromagnetischen Spektrums nutzen, um das Universum zu erforschen. Jede Art elektromagnetischer Wellen liefert ihnen andere Informationen. Mit dem amerikanischen Vorgänger von Sofia sind etwa die Ringe des Uranus entdeckt worden.

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Auf seinen Mess-Missionen kann Sofia eine große Klappe im Heck des Flugzeugs öffnen, hinter der sich das Infrarot-Teleskop mit einem Spiegel von 2,70 Metern Durchmessern befindet. Um im Flug genaue Messungen durchführen zu können, ist das Teleskop mit einem aufwendigen Feder-Dämpfer-System von den Schwingungen des Flugzeugs entkoppelt. Auf der Mission in Europa interessierten sich die Forscher für die Frage, ob Dunkle Energie unser Universum wirklich immer schneller auseinandertreibt.

Wie hat das Universum angefangen?

Dazu haben sie unter anderem die Umgebung des supermassiven Schwarzen Lochs der Galaxie Markarian 231 im Sternbild Großer Bär untersucht. Konkrete Erkenntnisse erhofften sich die Wissenschaftler über den Zusammenhang zwischen den Magnetfeldern in der Scheibenstruktur um das Schwarze Loch und den Radiojets – den stark gebündelten und beschleunigten Gasausströmungen senkrecht zu diesen Scheiben, die unter anderem intensive Radiostrahlung aussenden.

Markarian 231 ist rund 600 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt – 300-mal weiter als die Andromeda-Galaxie, die der Milchstraße am nächsten liegt. Aber ihre Leuchtkraft im Infrarot-Bereich macht sie zu einer der hellsten und bekanntesten ultraluminösen Infrarot-Galaxien. Um ihr Zentrum kreisen gleich zwei Schwarze Löcher. Eines davon ist mit vier Millionen Sonnenmassen eher klein, das andere mit 150 Millionen Sonnenmassen deutlich größer. Für die Umgebung dieser Schwarzen Löcher interessieren sich die Forscher, denn um sie herum versammelt sich eine Masse aus Gas und Staub – der Staubtorus.

Diese Donut-förmige Region befindet sich in jedem aktiven Galaxienkern. Unklar ist aber, welche Rolle sie in der Erzeugung von Radiojets spielen. Diese zwei senkrechten Plasmastrahlen werden von Schwarzen Löchern im Zentrum des aktiven Galaxienkerns gebildet, indem sie Plasma mit Lichtgeschwindigkeit ins All ausblasen. Doch nicht jeder aktive Galaxienkern hat auch diese Radiojets. Diese Beobachtung ist nur mit Sofia möglich, denn kein anderes Observatorium kann Magnetfelder in diesem Wellenlängenbereich vermessen.

Sofia hat noch eine Reihe anderer Instrumente an Bord, mit denen bereits bedeutende Entdeckungen gemacht wurden. Erst im April veröffentlichte ein internationales Forscherteam unter der Leitung des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in der Fachzeitschrift Nature den ersten Nachweis des Heliumhydrid-Ions im Weltall. Dieses Molekül ist kurz nach dem Urknall entstanden und war wohl eine der ersten molekularen Verbindungen im Universum. Seine Reaktion mit Wasserstoff setzte eine Kette in Gang, die den chemischen Beginn des Universums markiert.

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