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Mitten in der trockensten Wüste der Welt arbeitet sich eine Kolonne aus Allradfahrzeugen die Serpentinen zum Gipfel des Cerro Chajnantor hoch. Die Luft auf fast 5.600 Metern ist so dünn, dass das Atmen selbst im Auto mit jedem Meter schwerer fällt. Besucher dürfen hier nur mit zusätzlichem Sauerstoff fahren und müssen aus gesundheitlichen Gründen nach spätestens vier Stunden wieder ins Tal. Unten waren es noch fast 30 Grad, auf dem Gipfel sind es knapp über null. Hier wachsen keine Pflanzen, der Wind pfeift, und die Sonne brennt auf der Haut.
„Das ist eine lebensfeindliche Umgebung, aber genau das brauchen wir für unsere Messungen“, sagt Dominik Riechers. Eben noch stand der Astrophysiker von der Universität Köln vor Wissenschaftlern und Geldgebern aus aller Welt und begrüßte die deutsche Botschafterin. Jetzt klemmt er den Besuchern ein Pulsoximeter an den Finger, um die Sauerstoffsättigung zu messen. Seinen Anzug hat der Forscher gegen Sonnenhut, Wanderstiefel und Sauerstoffrucksack getauscht. Etwa 100 Gäste werden häppchenweise zur höchstgelegenen Baustelle der Welt transportiert. Riechers ist Kapitän einer von vier Mannschaften. Sie alle sind Anfang April angereist, um das höchste Radioteleskop der Welt einzuweihen.
„Dass es jetzt wirklich hier steht, ist ein großer Erfolg“, sagt Riechers. Er zeigt auf ein Konstrukt, das wie ein futuristisches Containergebäude aussieht. Im Zentrum des weißen Bauwerks dreht sich ein rechteckiger Stahlkäfig mit zwei gegenüberliegenden sechs Meter großen Aluminium-Spiegeln. Gut drei Jahrzehnte nach der ursprünglichen Idee thront das früher Cerro Chajnantor Atacama Telescope (CCAT) und inzwischen Fred Young Submillimeter Telescope (FYST) genannte Observatorium einsatzbereit über der Wüstenlandschaft.
Uralte Strahlung
Von hier soll das FYST fast 13,8 Milliarden Jahre in die Vergangenheit blicken, als die ersten Galaxien entstanden. Zwischen 200 Millionen und höchstens einer Milliarde Jahre nach dem Urknall verloren die zuvor neutralen Atome des primordialen Wasserstoffs und Heliums ihre Elektronen. Astronomen bezeichnen diese Zeit als Epoche der Reionisierung. Sie vermuten, dass die ersten Sterne und Galaxien mit ihrer Strahlung dafür verantwortlich waren.
„Wie das geschah und wann und wo das passiert ist, wissen wir noch nicht – und genau das wollen wir messen“, sagt Riechers. Als wissenschaftlicher Leiter hat er die Entwicklung des FYST-Teleskops von deutscher Seite aus verantwortet. Das Tor zur Vergangenheit sei auch ein Blick in die Zukunft, sagt er. Wenn wir genauer verstehen, wie Sterne entstehen und sterben, lässt sich die Zukunft unseres Universums besser voraussagen.
Doch warum findet diese Forschung ausgerechnet auf einem Berg in der chilenischen Wüste statt? „Wir sind hier oberhalb des größten Teils der Atmosphäre“, antwortet Robert Simon. Auch er forscht an der Kölner Universität darüber, wie Sterne entstehen und vergehen. Der Luftdruck nimmt exponentiell ab, 5.600 Meter über dem Meeresspiegel ist er nur halb so hoch wie auf Meereshöhe.
Die extrem trockene Luft der Atacama-Wüste sorgt zusätzlich für ideale astronomische Bedingungen. „Wasserdampf ist für unsere Forschung der größte Störfaktor. Den gibt es hier kaum“, sagt Simon. Strahlung aus dem All kann nahezu ungehindert das Teleskop treffen.
Auf demselben Gipfel, 30 Meter höher, befindet sich das japanische TAO-Teleskop (University of Tokyo Atacama Observatory), das im Infrarotbereich arbeitet. Hinter dem FYST steht das CCAT-Konsortium, betrieben von einem internationalen Netzwerk der Universitäten Köln und Bonn, dem Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching bei München, der US-amerikanischen Cornell University sowie kanadische Universitäten.
Als Robert Simon 2018 hier war, gab es noch keinen Weg bis ganz nach oben. Dann entstand eine Schotterstraße. Glasfaser- und Stromkabel mussten verlegt, eine Grube für das 500 Tonnen schwere Fundament ausgehoben und Monteure für die Arbeit in extremer Höhe geschult werden. Insgesamt kostete das FYST-Projekt rund 100 Millionen Euro. Mehr als 16 Millionen US-Dollar hat der ehemalige US-amerikanische Unternehmer Fred Young gesponsert, weshalb das Teleskop nach ihm benannt wurde. Anfang April ist er trotz seines Alters von Mitte 80 vor Ort und lässt sich gemeinsam mit den Wissenschaftlern und Ingenieuren vor dem Bauwerk ablichten.
„Für uns ist das ein Meilenstein“, freut sich Peter Fasel, Geschäftsführer der Firma Vertex Antennentechnik. Sie hat das FYST gemeinsam mit dem internationalen Forschungskonsortium entwickelt und gebaut. Die hochpräzisen Antennen der Duisburger Firma stehen auf der ganzen Welt, viele davon in der Atacama-Wüste. Fasel zeigt auf die großen, weißen Antennenschüsseln, die sich 500 Meter unterhalb des FYST befinden. Sie gehören zu ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), der größten Radioteleskop-Anlage der Welt. 25 ihrer 66 Antennen stammen aus Duisburg. Das FYST sei aber trotz der Erfahrung eine besondere Herausforderung gewesen. Er deutet auf Dominik Riechers: „Die Wissenschaftler sagen, was sie brauchen, und wir müssen es umsetzen.“
Vor mehr als einem Jahr wurde das FYST im nordrhein-westfälischen Xanten aufgebaut, in tonnenschwere Einzelteile zerlegt und nach Südamerika verschifft. Nach sechs Wochen auf See ging es 450 Kilometer per LKW in die Atacama-Wüste, bis Hochleistungsbagger die Kisten auf den Gipfel hievten. „Als alles heil angekommen ist hier oben, ist viel Druck abgefallen“, sagt der Unternehmer.
Das FYST ist 230 Tonnen schwer. Es muss Windböen, Erdbeben und Temperaturschwankungen von mehr als 40 Grad standhalten. Das Herzstück des Teleskops sind die beiden Spiegel aus Aluminium und Kohlefaser. Das Gehäuse besteht aus dem Spezialstahl Invar, der sich kaum ausdehnt. Rund 250.000 Ingenieursstunden stecken Vertex zufolge im Projekt.
Das neue Teleskop empfängt Strahlung im Submillimeter- bis Millimeterwellenbereich (0,2 bis 3,1 Millimeter). Solche Wellenlängen zwischen Infrarot- und Mikrowellenstrahlung sind für das menschliche Auge unsichtbar, durchdringen aber Staub und Gaswolken im All und erhellen damit Strukturen, die optischen Teleskopen verborgen bleiben. Die Strahlung wird zuerst an jeweils einem des Primärspiegel-Duos reflektiert, danach am Sekundärspiegel und schließlich am kleineren Tertiärspiegel. Das neuartige Design ermöglicht es, den Himmel sehr schnell und effizient zu kartografieren.
Um die Submillimeterstrahlung zu empfangen, braucht das FYST eine besondere Art von Sensoren. Feinmechaniker haben im Labor der Universität Köln deshalb ein weltweit einzigartiges Messinstrument entwickelt und gebaut: Die CHAI-Kamera (CCAT Heterodyne Array Instrument) soll als Auge des Teleskops ins Universum schauen. Auf dem Markt existiert ein solches Instrument nicht, sagt Riechers. Die Messungen bei diesen Wellenlängen sind so schwierig, dass die Entwicklung keinen kommerziellen Wert hat. „Das ist wirklich nur für uns Astronomen interessant. Deshalb mussten wir es selbst entwickeln.“
Damit die Detektoren funktionieren, müssen sie auf dem Gipfel konstant bis nahe dem Absoluten Nullpunkt heruntergekühlt werden, also auf minus 273 Grad Celsius. Das Instrument verschlingt mit mehr als 2.600 Kilowattstunden täglich so viel Strom wie ein durchschnittlicher Zwei-Personen-Haushalt pro Jahr. Alle drei Wochen bringen Trucks deshalb Tausende Liter Diesel auf den Gipfel, um die Generatoren zu betreiben, die neben dem Teleskop kontinuierlich rattern.
Landkarte der Galaxien
Sobald alles eingerichtet ist, wird das Teleskop aus der Ferne automatisiert gesteuert. Ein Supercomputer in Köln wertet die Daten aus. Dominik Riechers und Robert Simon arbeiten dann remote und blicken vom Rheinland ins Universum.
„Wir erhoffen uns durch die Beobachtung von bestimmten Atomen und Molekülen herauszufinden, aus welchem Material die Wolken entstehen, in denen sich später Sterne entwickeln“, sagt Simon. Das FYST funktioniert wie ein Weitwinkelobjektiv, das große Flächen scannt. Die Astronomen wollen mit den Daten eine Art Landkarte der Galaxien erstellen.
Zudem geht es in der Astronomie auch darum, Dinge zu entdecken, von deren Existenz man bisher gar nichts wusste. Vielleicht liefert das neue Teleskop sogar Antworten auf eines der größten physikalischen Mysterien unserer Zeit: Was steckt hinter der Dunklen Energie (BDW 10/2025, „Dunkle Energie im All“), und wie beeinflusst sie die Ausdehnung des Universums? „Wenn wir tief genug graben, hoffen wir, irgendwann das Signal zu finden, das die Dunkle Energie verrät“, sagt Riechers.
Außerdem wird das FYST die Kosmische Hintergrundstrahlung kartieren, die 380.000 Jahre nach dem Urknall freigesetzt wurde, sowie die Emission des Staubs in unserer Milchstraße. Das soll dazu beitragen, die Frühzeit des Universums sowie das Wachstum und die Dynamik massereicher Galaxienhaufen besser zu verstehen. Die Daten werden helfen herauszufinden, was sich hinter der ominösen Dunklen Materie verbirgt, die weit mehr Masse im All zu liefern scheint als die gewöhnliche, elektromagnetisch wechselwirkende Materie (BDW 12/2011, „Unheimliche Dunkle Materie“).
Die ersten Messungen, das sogenannte First light, sind für diesen Sommer geplant. Die Forschenden brennen darauf, endlich loszulegen und neue Meilensteine zu setzen. „Die Daten werden ein Vermächtnis für die Astrophysik sein, an denen sich Generationen von Studenten und Wissenschaftlern bedienen können“, sagt Simon. Aktuell arbeiten die Astronomen schon an den Instrumenten der zweiten Generation. Zurück im Tal stoßen sie mit Blick auf die Milchstraße aber erstmal auf das derzeit leistungsstärkste Submillimeter-Teleskop der Welt an. ■
CAROLIN JACKERMEIER ist Wissenschaftsjournalistin, macht Radio für Quarks und moderiert den ECONtribute- Wirtschaftspodcast.
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