Warum schießen wir Teleskope ins Weltall?

Wir schießen Teleskope ins Weltall, damit wir näher bei den Sternen sind und sie besser beobachten können! … Oh ja, das stimmt! … Schauen wir uns mal stellvertretend für alle Weltraum-Observatorien das Hubble-Teleskop an. Das ist tatsächlich näher an den Sternen dran. Nämlich 2 Milliardstel Prozent. Allerdings nur im besten Fall. Und dieser beste Fall bezieht sich auf unseren nächstgelegenen Stern am Nachthimmel: Proxima Centauri. Der ist nur 40 Billionen Kilometer von uns entfernt. Also eigentlich gar nicht recht weit weg im Vergleich zum Rest aller anderen Sterne in unserer Galaxie. Doch weil das Hubble-Weltraumteleskop in nur 600 km Entfernung seine Bahnen um die Erde zieht, sind wir mit ihm auch nur mickrige 2 Milliardstel Prozent näher dran an unserem Nachbarstern. Und das ist nix. Aber sowas von überhaupt nix. Am Näherdransein liegt es also nicht. Doch warum schießen wir dann trotzdem Teleskope ins Weltall?

Diese Folge von Abenteuer Sterne verrät es Ihnen. Wir wollen nämlich unbedingt alles sehen, was uns da aus allen Richtungen des Weltalls unentwegt entgegenleuchtet. Und das ist ziemlich viel. Nicht nur von der Menge her, sondern auch von der Bandbreite. Denn das Licht sendet uns die für uns heiß begehrten Informationen über die Himmelskörper in allen Wellenlängenbereichen des elektromagnetischen Spektrums. Also von der hochenergetischen Gammastrahlung, über die Röntgen- und UV-Strahlung, dem schmalen Fenster des für unsere Augen sichtbaren Lichtes, bis hin zum Infrarotlicht, der Mikrowellenstrahlung und am Ende des Spektrums der niederenergetische Radiostrahlung. Wie in der letzten Folge schon erwähnt, strahlen z.B. die Hüllen heißer Sterne überwiegend Licht im Röntgen- und Ultraviolett-Bereich ab. Sternentstehungsgebiete und Planeten, weil sie recht kühl sind, vorwiegend im infraroten Spektralbereich des Lichtes. Besonders extreme Sternexplosionen hingegen im Gammastrahlungsbereich. Um alles das bestmöglich zu erfassen und dann auswerten zu können, braucht es sehr große, leistungsstarke Teleskope, Detektoren und Auswertungssysteme.

Wie in der letzten Folge schon erklärt, gibt es jedoch einen großen Spaßverderber. Nämlich unsere Atmosphäre. Ist der nächtliche Himmel durch zu viel Kunstlicht zu hell, geht das heraneilende Sternenlicht in ihm unter. Und als ob das noch nicht reicht, sorgt die Atmosphäre auch noch für das, was zwar den Romantiker freut, für den Astronomen aber der Gau ist: Sternen-Gefunkle. Deshalb flüchten sich die Astronomen auf hohe Berge, wo es trocken, windstill und dunkel ist. Nach Hawaii, Chile, Las Palmas oder Südafrika, um nur einige wichtige Orte zu nennen. Doch weil das den Astronomen lange noch nicht reicht, wurde deren Erfindergeist geweckt. Und so sind seit knapp 20 Jahren in einigen Observatorien sogenannte beugungsbegrenzte Teleskope im Einsatz. Die lindern oder beseitigen teils komplett das Wabern des Lichtes, das die Atmosphäre erzeugt. Das ist natürlich eine Riesen-Sache …

Lange Zeit was das Hubble-Weltraumteleskop das Beste, das wir Menschen hatten – trotz seines vergleichsweise kleinen Spiegeldurchmesser von „nur“ 2,4m. Denn in 600 km Höhe, und damit über der Erdatmosphäre, stört und wabert eben nix mehr. Es gibt kein Tageslicht, keine Lichtverschmutzung und keine atmosphärischen Störungen. Unzählige, wahrlich grandiose Fotos aus dem All liefert uns Hubble seit über 20 Jahren. Für die astronomische Forschung unentbehrlich und nicht wegzudenken. Doch mit der sogenannten Adaptiven Optik rüsteten die Astronomen auf der Erde ordentlich auf und schafften immer erfolgreicher, dem Wabern einen Riegel vorzuschieben. Die heutigen Teleskope mit adaptiver Optik sind mittlerweile so gut, dass sie das gleiche Auflösungsvermögen wie das Hubble-Teleskop erreichen. Geradezu so, als wäre die Erdatmosphäre gar nicht vorhanden.

Warum aber dann so viel Geld und Risiken in die Hand nehmen und alle möglichen Teleskope in den Himmel schießen?

Das ist in Anbetracht der enormen Kosten von solchen Weltraum-Observatorien eine überaus berechtigte Frage. Doch diese Folge von Abenteuer Sterne ist ja dazu da, darauf eine Antwort zu geben.

Wenn Sie so wollen, dann liegt es an einem Türsteher. Der steht da oben in der Erdatmosphäre herum, vermutlich mit `ner coolen Sonnenbrille auf und schwarzem Anzug mit weißen Turnschuhen, und sorgt Tag und Nacht dafür, dass nur der runter auf die Erde darf, der eine entsprechende Eintrittskarte hat. Und so eine haben nur die allerwenigsten. Vermutlich denken Sie sich jetzt, dass der Philipp vom vielen Sterneschauen nun komplett durchgedreht ist. Aber nein. Ich versichere Ihnen, alles ist in bester Ordnung. Da oben gibt es tatsächlich so eine Art Türsteher. Nämlich für alles einfallende Licht aus dem All. Aufgrund der chemischen Zusammensetzung und dem Aufbau der Erdatmosphäre ist sie ein riesiger Lichtfilter, der so gut wie alles blockt. Das ist natürlich auch gut so, denn ansonsten würde uns die UV-Strahlung und Röntgenstrahlung grillen und die Menschheit und die meisten Lebewesen würden innerhalb kurzer Zeit aussterben und nachhaltig erst mal kein Leben mehr möglich sein. Waren Sie heute schon draußen? Ja? Dann haben Sie alles, was sie da gesehen haben und auch die Wärme der Sonne, die Sie auf Ihrer Haut gespürt haben, einem klitzekleinen Loch in der Erdatmosphäre zu verdanken. Durch dieses Fenster gelangt nämlich der für unsere Augen sichtbare Anteil des Lichtes bis zu uns herunter. Und weil das nicht rasiermesserscharf abgegrenzt ist, gelangt auch noch eine gute Portion Infrarotlicht, also Wärmestrahlung bis zu uns hinunter. Genauer gesagt ist es das nahe Infrarotlicht. Und auf der anderen Seite des sichtbaren Fensters noch eine kleine Menge UV-Licht, also ultraviolette Strahlung. Genauer gesagt das sogenannte nahe UV-Licht. Dass das so ist, zeigt unter anderem ein Sonnenbrand, den wir bekommen können.

Und dann gibt es im komplett unsichtbaren Teil des Spektrums noch ein zweites, ziemlich großes Fenster. Nämlich ganz rechts im Spektrum die Radiostrahlung. Die gelangt ungehindert hinunter zur Erde. Der ist auch egal, wenn sie dabei Wolken durchqueren muss. Diese Tatsachen spiegeln z.B. recht gut wieder, dass Licht und Materie je nach Wellenlängenbereich und vorhandener Materie, also Objekten und Stoffen, unterschiedlich reagiert. So wie sichtbares Licht nicht durch eine Ziegelwand geht. Unsichtbares Licht wie die Radiostrahlung aber schon, denn sonst könnten wir in Gebäuden kein Radio hören oder mit unseren Smartphones telefonieren. Dass gerade die Radiostrahlung passieren kann, ermöglicht uns via Satellitenschüssel und Satellit im All fernsehen zu können. So eine Sattelitenschüssel ist übrigens nichts anders, als ein Mini-Radioteleskop. Die Schüssel sammelt Licht, dass der Satellit in der Erdumlaufbahn aussendet. Und das Radioteleskop sammelt Licht, das von weit entfernten Himmelskörpern zu uns dringt. Und weil Sternenlicht so eine schwache Signalstärke hat und zugleich Radiostrahlung eine im Verhältnis sehr lange Wellenlänge hat, braucht man, um überhaupt etwas im Licht zu lesen, eben hunderte Meter große Parabolspiegel bei Radioteleskopen. Und sie müssen schwenkbar sein, weil Radio-Astronomen ja beliebige Bereiche des Himmels untersuchen wollen. Eine Satellitenschüssel muss hingegen nur immer in eine immer gleichbleibende Richtung schauen. Nämlich zu einem geostationären Satelliten in der Erdumlaufbahn.

Zusammengefasst lässt sich feststellen: Die Astronomen müssen mit ihren Teleskopen und Detektoren über die Erd-Atmosphäre, wollen sie im Bereich der hochenergetischen Gammastrahlung, der Röntgen- und harten UV-Strahlung und im mittleren bis weichen Mikrowellen und Infrarotlicht-Bereich aus dem Licht der Sterne lesen und weiter an den Geheimnissend des Alls forschen. Im schmalen Bereich des sichtbaren Lichtes und dem großen Bereich der Radiostrahlung sind uns hingegen problemlos erdgebundene Beobachtungen möglich. Erst recht, wenn ein solches Teleskop auch noch mit einer adaptiven Optik ausgerüstet ist. Die Kosten für ein Observatorium, auch gerade die laufenden, sind natürlich deutlich geringer als bei den Teleskopen, die wir fürs Weltall gebaut und hochgeschossen haben. Unter anderem auch deshalb, weil das Material der Weltall-Teleskope dem hochenergetischen Licht trotzen muss, von dem es unentwegt bombardiert wird. Denn mit Gamma- und Röntgenstrahlung ist nie zu spaßen. Das bleibt den Teleskopen auf der Erde gespart.

Radioteleskope ins All zu schießen, macht auf den ersten Blick keinen Sinn. Denn die Radiostrahlung dringt selbst durch Wolken problemlos bis auf die Erde durch. Zudem müssen die Parabolspiegel der Radioteleskope nicht sonderlich genau gebaut sein, weil die Wellenlängen im Radiobereich sehr groß sind. Eine einzelne Welle liegt im Größenordnungs-Bereich von etwa 1mm bis 100 m. ganz anders bei Teleskopen, die im sichtbaren, oder gar UV-, Röntgen oder Gammastrahlungs-Bereich zum Einsatz kommen. Die Wellenlängen werden in Richtung Gammastrahlung kleiner als ein Atom groß ist. Und so erfordern diese Teleskope eine extreme Genauigkeit und Güte aller optischen Bauteile. Eine sehr prominente Radiostrahlung ist die sogenannte 21 cm Radiostrahlung. Die sendet kühler, neutraler Wasserstoff im Weltall aus. Mit dieser Strahlung konnte z.B. der Aufbau unserer Galaxie erforscht werden. Wie der Name schon sagt, hat eine komplette einzelne Welle dieses Lichtes schon stattliche 21 cm Ausdehnung. Wie schon gesagt, folgt aus dem Wunsch eines guten Auflösungsvermögens ein entsprechend riesiges Radioteleskop, weil die Wellenlänge im Radiobereich so groß ist.

Und doch macht es Sinn, diese Teleskop-Sorte auch ins Weltall zu verfrachten. Aus zweierlei Gründen. Erstens ist die Vermüllung der Atmosphäre mit menschengemachten Radiosignalen sogar schlimmer als die Vermüllung der Nacht mit Kunstlicht für die Astronomie im sichtbaren Licht. Die Radioastronomen haben immer mehr Probleme mit Störsignalen, weil wir Menschen diesen Frequenzbereich so intensiv für alle möglichen Zwecke nutzen.

Und der zweite Grund auch Radioteleskope irgendwann ins All zu verfrachten ist die nun schon öfter angesprochenen Kopplung vieler kleinerer Radioteleskope zu einem einzigen riesigen. Gerade im All ist das natürlich charmant, weil man die kleinen einzelnen Radioteleskope über viel größere Strecken voneinander entfernen kann, als das auf der Erde möglich ist. Dort sind wir so gesehen auf den Erddurchmesser begrenzt. Weiter auseinanderstellen können wir die Radioteleskope nicht. Im All aber schon.

Am Schluss dieser Folge bleibt mir zu sagen, dass Vier Augen besser sehen als zwei. Aber viele Augen noch viel besser sehen … Die Astronomie bleibt spannend – erst recht über den Wolken, wo die Freiheit für Astronomen grenzenlos ist …