Europas griff nach den Sternen Vor 40 Jahren wurde die Europäische Südsternwarte gegründet – ein Besuch auf dem heute besten Observatorium der Welt. Die Sonne brennt gnadenlos vom tiefblauen Himmel. Die Landschaft erinnert an Aufnahmen des Planeten Mars: Ockerfarbene, sanft geschwungene Berge hinter Sanddünen, kein Strauch, kein Halm – Wüste so weit das Auge reicht. Die Atacama im Norden Chiles ist gewiss kein gastlicher Ort zum Leben. Aber es ist der beste Ort, um Astronomie zu betreiben. Nirgendwo sonst auf der Erde ist die Luft ruhiger, nirgends ist es klarer und trockener als hier – die Atacama ist das astronomische Paradies auf Erden. Von der quirligen Hafenstadt Antofagasta führt die legendäre Panamericana nach Süden. Bald zweigt man rechts auf eine staubige Piste ab. Nach über zwei Stunden Fahrt erreicht der Wagen wieder eine asphaltierte Straße, die steil bergan führt. Dann geht es über eine letzte Kuppe und urplötzlich thront vor dem Besucher Cerro Paranal. Gleichmäßig erheben sich die Flanken des Berges aus der Wüstenlandschaft. Auf dem eingeebneten Plateau am Gipfel des 2635 Meter hohen Berges stehen die vier Teleskope des „Very Large Telescope” (VLT): Die silbrig glänzenden Hallen – es sind keine klassischen Kuppeln mehr – bilden eine markante Silhouette. Im Basiscamp weiter unten befinden sich Werkstätten und Wohnräume für Personal und Besucher. Von dort schlängelt sich eine knapp vier Kilometer lange Straße zum Gipfel. Die Europäische Südsternwarte (European Southern Observatory, ESO) hat diese Wissenschaftsoase in sieben Jahren Bauzeit errichtet. Die ESO, heute ein Verbund von zehn europäischen Mitgliedsstaaten, wurde vor 40 Jahren gegründet. Europas Astronomen wollten auf der Südhalbkugel eine große Sternwarte errichten und so langfristig die Vormachtstellung der USA in der Astronomie brechen. Seit Mitte der sechziger Jahre betreibt die ESO die Sternwarte La Silla, gut 600 Kilometer südlich von Paranal. 1999 wurde dann das VLT eingeweiht – und die ESO hat das große Ziel tatsächlich erreicht: Das weltweit leistungsfähigste Observatorium steht in der Atacama-Wüste, nicht in Kalifornien oder auf Hawaii, erklärt ESO-Astronom Bruno Leibundgut: „Herausragend am VLT ist zum einen, dass wir vier 8-Meter-Teleskope haben, zum anderen die Effizienz, mit der das VLT arbeitet. Sie wird vielleicht von Satellitenteleskopen erreicht, aber sicher nicht von anderen Bodenteleskopen. Das ganze Beobachtungssystem ist einmalig, und wir erzeugen damit einen immensen Datendurchfluss.” Die Teleskope stehen allen Astronomen aus ESO-Ländern und Chile zur Verfügung. Die Beobachtungszeit wird in einem Wettbewerbsverfahren vergeben. Wegen des großen Andrangs kommt nur etwa jeder fünfte Antrag durch – die Begründung muss entsprechend gut sein. Die Bewölkung über Paranal ist nicht ganz so sensationell gering wie anfangs erwartet, aber dennoch sind mehr als 300 Nächte im Jahr perfekt wolkenlos. Fast noch wichtiger ist die extrem ruhige Luft. (Das Maß dafür, das „Seeing”, beträgt oft nur 0,25 Bogensekunden – ein traumhafter Wert verglichen mit vielen anderen Observatorien, wo es zwei- bis viermal schlechter ist). Der äußerst niedrige Wasserdampf-Gehalt in der Atmosphäre ermöglicht auch Beobachtungen im nahen Infrarot. Die Atacama-Wüste verdankt ihr einzigartiges Klima dem kühlen Pazifik im Westen, über dem die Wolken festhängen, weil es keine Turbulenz durch aufsteigende Warmluft gibt, und der bis zu 6000 Meter hohen Bergkette der Anden im Osten, die als ideale Wolkenbarriere wirkt. Um die Vorteile des Standorts optimal zu nutzen, werden die Teleskope am Tag auf die vorausgesagte Nachttemperatur gekühlt. Wäre das Teleskop wärmer als die Umgebung, würden thermische Spannungen im Spiegel und aufsteigende Blasen warmer Luft die Bilder unscharf machen. Nur „gekühlte” Bilder sind scharfe Bilder. Die Astronomen arbeiten in einem speziellen Kontrollgebäude, das sich an den Berghang unterhalb des Gipfelplateaus duckt. Während Gäste auf einer klassischen Sternwarte das Teleskop gleich nebenan oder über sich haben, besteht beim VLT eine räumliche Trennung von Instrument und Beobachter. Der „Visiting Astronomer” darf das VLT ohnehin nicht selbst bedienen. Jedes Teleskop hat quasi einen „ Piloten”, der die gesamte Steuerung in Absprache mit dem Beobachter vornimmt. Für etwa die Hälfte aller Aufnahmen hat die ESO einen „Service Mode” eingerichtet: Dabei programmieren die Forscher ihre Beobachtungspläne zu Hause und schicken sie fertig nach Chile. Das Paranal-Team macht die Beobachtungen dann zu gegebener Zeit und bei geeigneten Bedingungen. Bei vielen Projekten ist ein solches Vorgehen sinnvoll – aber oft muss der Beobachter auch direkt am Teleskop entscheiden, wie es weitergehen soll. Dafür muss er dann nach Chile reisen. Das Observatorium auf Paranal ist ein großer Wurf. Der Berg wurde in wenigen Jahren voll bebaut – ein langsames organisches Wachsen über Jahrzehnte wie bei früheren Sternwarten war hier nicht möglich. Ist das VLT gleichsam eine Sternwarte aus der Retorte? Der ESO-Astronom Bruno Leibundgut weist dies schmunzelnd zurück: „ Retorte ist ein bisschen zu stark. Es gibt ja La Silla – wir haben also auch schon vorher eine Sternwarte betrieben. Es ist richtig, dass Paranal von Grund auf neu gebaut wurde. Aber natürlich haben wir die ganzen Erfahrungen von La Silla und auch von anderen Sternwarten berücksichtigt.” Auf La Silla wurden Teleskoptechnik und Beobachtungssystem intensiv erprobt. 1990 ging dort mit dem „New Technology Telescope” der erste dünne Spiegel der Welt in Betrieb (Durchmesser 3,58 Meter). Dünne Spiegel werden mit „aktiver Optik” stets perfekt in Form gehalten. So liegen die 17 Zentimeter dünnen 8,2-Meter-Spiegel des VLT jeweils auf einem Bett von 150 kleinen Stempeln. Diese Aktuatoren korrigieren jede noch so kleine Spiegel-Verformung. Ein weiteres technisches Highlight des VLT ist die „adaptive Optik”. Auch sie wird schon seit vielen Jahren auf La Silla getestet. Das Funkeln der Sterne, hervorgerufen durch Turbulenzen in der Luft, wirkt auf „normale Menschen” sehr romantisch. Aber den Astronomen sind die von der Atmosphäre verbogenen Lichtstrahlen ebenso verhasst wie dicke Wolken. Gegen Wolken gibt es bislang noch kein Mittel. Aber Sterne, die durch die Luftunruhe verschmiert sind, brauchen sich die Astronomen dank adaptiver Optik nicht mehr gefallen zu lassen. Das Teleskop leitet einen Teil des einfallenden Sternlichts auf einen Extradetektor. Computer analysieren innerhalb einer tausendstel Sekunde die Bildverschmierung und leiten diese Daten an einen kleinen Korrekturspiegel im Strahlengang, der extrem leicht zu verformen ist und über 185 Druckpunkte verfügt. Die Form dieses „ Gummi-Spiegels” wird so verändert, dass aus dem verbogenen und verwaschenen Sternbildchen wieder ein perfektes Bild wird. Beim VLT arbeitet die „adaptive Optik” seit November 2001. Das Instrument gleicht fast 1000-mal pro Sekunde die Luftunruhe aus. „ Es ist, als hebt man das Teleskop aus der Atacama-Wüste in die Erdumlaufbahn”, schwärmt Catherine Cesarsky, die aus Frankreich stammende ESO-Generaldirektorin. Das VLT übertrifft an Auflösungsvermögen und Lichtstärke im nahen Infrarot jetzt das Hubble-Weltraumteleskop bei weitem. Noch brauchen die ESO-Astronomen einen recht hellen Stern dicht neben dem zu beobachtenden Objekt für die Bildanalyse der adaptiven Optik. Ab Ende 2003 wird diese Einschränkung wegfallen: Dann bekommt das VLT eine „Grubenlampe” auf die Stirn – einen starken Laser, der Natrium-Atome in der Hochatmosphäre zum Leuchten anregt und so einen künstlichen Stern ins Blickfeld des VLT „brennt”. Freilich: Das pure Streben nach Größe führt auch dazu, dass die „kleinen” Teleskope unter zwei Meter Öffnung aus Kostengründen teilweise ausgemustert werden, obwohl sie für viele Projekte völlig ausreichen. Kaum ein Diplomand darf gleich am VLT beobachten. Wo soll der Nachwuchs also Erfahrung sammeln? Die Krönung des VLT-Projekts ist das Interferometer: Dabei kombinieren die Astronomen die vier Hauptinstrumente und drei verschiebbare „ Hilfsteleskope” – ein fast unverschämter Name, denn auch sie haben jeweils einen Hauptspiegel von 1,8 Meter Durchmesser. Mit diesem Trick sieht das VLT so scharf wie ein einziges, technisch unmögliches Teleskop von 200 Meter Durchmesser. (Der größte Abstand zwischen den beteiligten Teleskopen beträgt 200 Meter.) Das VLT-Interferometer wird vermutlich erstmals große Planeten fremder Sterne direkt abbilden, ins Herz aktiver Galaxien blicken und auch das Zentrum unserer Milchstraße in unerreichter Detailfülle sehen. Theoretisch ließe sich sogar ein Mensch auf dem Mond ausmachen! 2004 wird das Interferometer komplett ausgebaut sein. Im Oktober 2001 begannen die ersten Beobachtungen mit nur zwei Teleskopen. Dabei standen aber nicht extrasolare Planeten auf dem Programm, sondern es gelang, den Durchmesser von Sternen direkt zu messen. So erschien der helle Stern Archernar im Sternbild Eridanus unter einem Winkel von knapp zwei Millibogensekunden. Das entspricht dem Durchmesser einer Euro-Münze in 2500 Kilometer Abstand. Der 145 Lichtjahre entfernte Stern hat also einen Durchmesser von 13 Millionen Kilometern – fast das Zehnfache der Sonne. Das ist eine astronomische Revolution: Mit Ausnahme der Sonne waren die Sterne immer nur Punkte – damit ist es jetzt vorbei. Eine große Stärke des VLT sind die vielen spezialisierten Zusatzgeräte wie Kameras und Spektrographen. Ein perfekter Spiegel an einem optimalen Standort ist noch keine Wissenschaft. Entscheidend ist das Gerät, das das vom Teleskop eingefangene Licht verarbeitet. Der Teleskopspiegel ist im technischen Auge sozusagen Hornhaut, Linse und Glaskörper. Dagegen entsprechen Stäbchen, Zapfen und Sehnerv dem angeschlossenen Instrument. Den vier VLT-Teleskopen stehen bald 15 Instrumente zur Verfügung. Bisher machen vor allem die Kameras und Spektrographen FORS (Bilder und Spektren), ISAAC (Infrarotaufnahmen und -spektren), UVES (UV-Spektrograph), NAOS-CONICA (adaptive Optik im Infrarotbereich) und VIMOS (liefert Hunderte von Spektren gleichzeitig) von sich reden. Die ESO entwickelt diese Instrumente zusammen mit wissenschaftlichen Instituten und Firmen in den Mitgliedsländern. Nacht für Nacht richten die ESO-Astronomen die vier VLT-Teleskope an den Himmel und fangen Lichtteilchen aus den Tiefen des Kosmos ein, die oft Milliarden von Jahren unterwegs waren. Die Forscher nutzen die bis zu elf Stunden perfekte Dunkelheit auf Paranal, um dem schwachen kosmischen Leuchten mit allen technischen Tricks weitere Geheimnisse zu entlocken. „Wenn die Nacht gut war, ist das ein ausgezeichnetes Gefühl. Dann freut man sich über die tollen Daten”, schwärmt Bruno Leibundgut. „Für mich ist das wirklich etwas vom Schönsten in der beobachtenden Astronomie. Diese Konzentration finde ich sonst nirgends. Ich habe Sternwarten auch schon mit Klostern verglichen. Man richtet sein ganzes Leben nur auf eine bestimmte Sache ein, in diesem Fall eben nur auf ein paar Tage. Alles andere wird sekundär. Man ist dann wirklich nur für die Beobachtung da. Dann tut man alles, dass sie auch wirklich funktioniert. Das sind einmalige Erlebnisse.”
Kompakt
Mit vier zusammenschaltbaren 8-Meter-Teleskopen verfügt die Europäische Südsternwarte (ESO) in Chile über das größte Himmelsobservatorium aller Zeiten. Mit aktiver und adaptiver Optik sowie Interferometrie revolutioniert die ESO die Astronomie. Diese Innovationen ermöglichen schärfere und lichtstärkere Fotos und Spektren.
Eine Kurze Geschichte der Eso
21.6.1953 Astronomen aus mehreren Staaten Europas diskutieren im niederländischen Leiden über die vom Deutschamerikaner Walter Baade geäußerte Idee, dass Europa eine Großsternwarte auf der Südhalbkugel baut. 26.1.1954 Zwölf führende Astronomen aus sechs europäischen Ländern beschließen in Leiden, innerhalb von zehn Jahren eine Europäische Südsternwarte zu errichten. 5.10.1962 Offizielle ESO-Gründung. Gründungsmitglieder sind Belgien, Deutschland, Frankreich, Niederlande und Schweden. 1964 Auswahl von La Silla als Standort in Chile (Einweihung 1969). 1971 Einweihung des 1,2-Meter-Schmidt-Teleskops. 1976 „First Light” für das 3,6-Meter-Teleskop, das bis dahin größte Teleskop auf La Silla. 1979 Das dänische 1,5-Meter-Teleskop geht in Betrieb. Auf La Silla werden im Laufe der Jahre einige nationale Teleskope mit Spiegeldurchmessern unter 1,5 Metern aufgestellt, die in Zusammenarbeit mit der ESO direkt von Universitäten betrieben werden. 1984 Einweihung des 2,2-Meter-Teleskops der ESO und der Max-Planck-Gesellschaft. 1987 Bau des Radioteleskops SEST (Swedish ESO Submillimetre Telescope) mit einem Durchmesser von 15 Metern; Beginn des VLT-Projekts. 1989 „First Light” des 3,5-Meter-New Technology Telescope (NTT) auf La Silla. 1990 Der ESO-Rat bestimmt Cerro Paranal als Standort für das Very Large Telescope. 25.5.1998 „First Light” für das erste der vier 8,2-Meter-Teleskope. 2001 Alle vier Teleskope sind im Einsatz. 29.10.2001 Zwei der vier Teleskope werden verbunden.
ESo – Daten und Fakten
Die Europäische Südsternwarte ESO hat derzeit zehn Mitgliedsstaaten: Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Großbritannien, Italien, Niederlande, Portugal, Schweden und Schweiz. Die ESO-Zentrale ist in Garching bei München. Die ESO betreibt in Chile zwei Sternwarten: La Silla und Paranal. Der ESO-Haushalt für das Jahr 2002 beträgt rund 96 Millionen Euro. Das Geld stammt von den Mitgliedsstaaten. Die ESO beschäftigt rund 530 Personen, die Hälfte davon in Chile. Das VLT wurde aus dem laufenden Haushalt finanziert. Nach groben Schätzungen kostet das VLT-Projekt über 15 Jahre verteilt etwa 600 Millionen Euro – also 40 Millionen Euro im Jahr. Pro Stern ist das sehr wenig.
Astronomische Highlights
Astronomen und vor allem Teleskope der ESO waren an vielen bedeutenden Erkenntnissen der letzten Jahrzehnte beteiligt. Für umfassende astronomische Spitzenforschung ist die Technologie allerdings erst seit den Achtzigern ausreichend entwickelt, deshalb stehen in der Auswahlliste vor allem jüngere Resultate: 1972–1978 Durchmusterung des Südhimmels. 1986 Beiträge zur Erforschung des Kometen Halley. 1987 Viele Erkenntnisse zur Supernova 1987A in der Großen Magellanschen Wolke. 1988 Entdeckung des ersten Kuipergürtel-Objekts – und somit der Kometenwiege jenseits von Neptun. 1994 Sonnenähnliche Oszillationen bei einem anderen Stern (Eta Bootis) gefunden. 1996 Die Leerräume zwischen Galaxienhaufen enthalten tatsächlich nahezu keine Materie. 1997 Entdeckung eines Mondes bei Planetoid Dionysius. 1997 Entdeckung eines nahen Braunen Zwergsterns. 1998 ESO-Teleskope sind an der Messung beteiligt, dass der Weltraum sich immer schneller ausdehnt. 1998 Rotation eines Kuipergürtel-Objekts nachgewiesen. 1999 Weiße Zwergsterne setzen eine Untergrenze für das Weltalter. 1999 Spektren von Urgalaxien gemessen. 2000 Entdeckung des fernsten Gammastrahlen- Ausbruchs (Distanz: rund 13 Milliarden Lichtjahre). 2001 Radioaktive Elemente in Sternen lassen auf ein Weltalter von rund 14 Milliarden Jahren schließen. 2001 Erstes Spektrum eines Objekts aus Dunkler Materie im Halo der Milchstraße. 2001 Beobachtung des massereichsten stellaren Schwarzen Lochs in der Milchstraße. 2002 Mehr als die Hälfte der rund hundert bekannten Planeten bei anderen Sternen wurde mit ESO-Teleskopen aufgespürt. 2002 Entdeckung des bislang fernsten Galaxienhaufens.
Dirk Lorenzen
