SOFIA - die Sternwarte über den Wolken

Flugzeug-Observatorium SOFIA eröffnet Astronomen ein neues Fenster ins All

Wer nach den Sternen greifen möchte, muss abheben. So könnte das Motto von SOFIA lauten, einem zum Observatorium umgebauten Jumbo-Jet. Er trägt ein 2,7-Meter-Teleskop an Bord, mit dem die Forscher in einer Flughöhe von 15 Kilometern jenseits der störenden Atmosphäre die Geburtsstätten ferner Sonnen, galaktische Molekülwolken oder die Hüllen von Planeten im Infraroten beobachten.

Text: Helmut Hornung

Wenn man in einer sternklaren Nacht zum Himmel blickt, sieht man lediglich eine einzige Oktav in der gewaltigen Klaviatur des Kosmos. Zum einen nehmen unsere Augen nur das sichtbare Licht wahr, zum anderen blockiert die Erdatmosphäre einen Großteil der Strahlung aus dem Weltall, etwa Gamma-, Röntgen- oder Infrarotlicht. In diesen Spektralbereichen erscheinen explodierte Sonnen, junge Planetensysteme oder die Kerne ferner Galaxien aber besonders interessant. Daher arbeiten die Astronomen mit einer Armada von Satelliten-Teleskopen oberhalb der irdischen Dunstglocke. Und vor kurzem haben sie auch noch direkt über den Wolken einen Beobachtungsposten eröffnet: SOFIA.

Der Name der fliegenden Sternwarte bedeutet Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie. SOFIA befindet sich an Bord eines umgebauten Jumbo-Jets vom Typ Boing 747SP und verfügt über ein Teleskop mit 2,7 Meter Spiegeldurchmesser. Das Riesenauge mustert das Universum im infraroten Spektralbereich aus 12 bis 15 Kilometern Höhe. Dort, jenseits der Troposphäre, lässt SOFIA praktisch den gesamten Wasserdampf unter sich, der das langwellige Licht aus dem All ansonsten verschluckt.

Das Teleskop ist im Heck des Jumbos montiert und von der Kabine hermetisch abgeschottet. Einmal auf Flughöhe, gleiten Türen im Rumpf auseinander und das Instrument beobachtet im Freien, unter niedrigem Druck und Außentemperaturen um die minus 60 Grad. Der rund 800 Kilogramm schwere Primärspiegel mit den oben erwähnten 2,7 Meter Durchmesser fängt die Strahlung aus dem Weltall auf und wirft sie auf den kleineren Sekundärspiegel, der sie bündelt und zu einem Tertiärspiegel schickt; dieser leitet sie schließlich zur Bildebene des angeschlossenen wissenschaftlichen Instruments.

Als erstes von neun Instrumenten der „First-Light-Generation“ kam die von der US-amerikanischen Cornell University entwickelte Infrarotkamera Forcast zum Einsatz. Anfang April schlug dann die Stunde für den deutschen Beitrag GREAT. Dieses Spektrometer mustert das Universum im Ferninfrarot-Bereich bei Wellenlängen zwischen 60 und 250 Mikrometer, die aufgrund der Wasserdampfabsorption in der Atmosphäre vom Erdboden aus nicht zugänglich sind.

Als SOFIA am 6. April 2011 um 6.40 Uhr lokaler Zeit auf der Piste der Dryden Aircraft Operations Facility im kalifornischen Palmdale aufsetzt, begann eine neue Ära der beobachtenden Astronomie: „Schon die ersten Spektren zeigen das herausragende wissenschaftliche Potenzial der luftgestützten Ferninfrarot-Spektroskopie“, freute sich GREAT-Projektleiter Rolf Güsten, Wissenschaftler am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie, nach dem Jungfernflug. Die große Sammelfläche des Teleskops, gepaart mit enormen Fortschritten der Terahertz-Technologien während der vergangenen Jahre, lasse GREAT 100-fach schneller Daten erfassen als in früheren Experimenten. „Das eröffnet den Weg für einzigartige wissenschaftliche Beobachtungen.“

Auf dem Programm damals standen die Molekülwolke M 17, eine Region mit verstärkter Sternentstehung in unserer Milchstraße, sowie die nur wenige Millionen Lichtjahre entfernte Galaxie IC 342. In beiden Quellen registrierte GREAT neben der Strahlung des ionisierten Kohlenstoffs bei einer Wellenlänge von 0,158 Millimeter auch Spektrallinien des warmen Kohlenmonoxids bei hoher Anregung. Diese Linien künden von atomaren Prozessen, die zu einer Kühlung des interstellaren Materials führen.