Ob Hubble, Chandra, das James-Webb-Teleskop oder Euclid: Weltraumteleskope sind die wichtigsten „Augen“ der Astronomie. Weit jenseits der störenden Erdatmosphäre können sie weiter und schärfer ins All hinausblicken als irdische Observatorien. Sie enthüllen auch für uns unsichtbare Phänomene im Infrarot, Röntgenlicht oder Radiospektrum – und haben damit unser Wissen über den Kosmos entscheidend geprägt und vorangebracht.
Ein neues Weltraumteleskop für die NASA
Jetzt kommt ein neues Weltraumteleskop hinzu: Am Sonntagmittag, 30. August, ist das „Nancy Grace Roman Space Telescope“ von Cape Canaveral aus gestartet. Eine Falcon-Heavy-Rakete von SpaceX brachte das knapp 13 Meter lange und 4,40 Meter breite Teleskop auf den Weg ins All.
Ziel des neuen NASA-Observatoriums ist der rund 1,5 Millionen Kilometer entfernte Lagrangepunkt 2. Dieser liegt in der Verlängerung der Linie Sonne-Erde und bietet daher eine weitgehend lichtgeschützte, freie Sicht auf den Kosmos. Ein Orbit um diesen Punkt im All ist zudem gravitativ stabil, so dass Raumsonden und Teleskope ihn ohne Treibstoffverbrauch umkreisen können. Das Roman-Weltraumteleskop wird sich am Lagrangepunkt zu mehreren anderen Observatorien gesellen, darunter dem James-Webb-Teleskop und Euclid.
Woher kommt der Name?
Seinen Namen erhielt das neue Weltraumteleskop von der NASA-Astronomin Nancy Grace Roman. Sie hat die Entwicklung weltraumbasierter Observatorien entscheidend vorangetrieben und gilt als die geistige „Mutter“ des Hubble-Weltraumteleskops. Auch andere NASA-Weltraumteleskope wie das Spitzer-Infrarotteleskop, das Compton-Gammateleskop und das noch aktive Chandra-Röntgenteleskop hat Nancy Roman konzipiert und mitentwickelt.
Spiegel, Kamera und Koronagraf: Die Komponenten des Roman-Weltraumteleskops
Der Hauptspiegel des neuen Roman-Weltraumteleskops hat einen Durchmesser von 2,40 Metern. Er ist damit genauso groß wie der Primärspiegel des Hubble-Weltraumteleskops, aber nur ein Viertel so schwer. Trotz gleicher Spiegelgröße ist das Blickfeld des neuen Teleskops jedoch größer: Das Wide Field Instrument besteht aus 18 Detektoren, die zusammen 300 Millionen Pixel auf einmal aufnehmen können – 100-mal mehr als die Kamera des Hubble-Teleskops.
Das Wide Field Instrument ist die Hauptkamera des Roman-Weltraumteleskops. Seine Infrarot-Detektoren sind in Bögen angeordnet und decken zusammen 300 Millionen Pixel ab. — © NASA/ Goddard Space Flight Center
„Zusammen können diese extrem empfindlichen Detektoren riesige Himmelsbereiche in einer einzigen Aufnahme erfassen und dabei dennoch unglaublich feine Details sichtbar machen“, erklärt die NASA. „Dadurch kann das Roman-Teleskop den Kosmos schneller und präziser als je zuvor kartieren.“ Eine Besonderheit ist auch, dass die Kamera nicht im Zentrum am schärfsten sieht, wie sonst für Teleskope typisch, sondern in einer ringförmigen Zone. Seine Detektoren sind im Bogen angeordnet. „Dies ermöglicht es, eine größere Fläche mit gleicher Schärfe abzubilden“, so die NASA.
Das zweite Instrument des Roman-Teleskops ist das Coronagraph Instrument (CGI). Es besteht aus einem System von Masken, Spiegeln, Sensoren und adaptiven Optiken, die speziell dazu ausgelegt sind, lichtschwache Objekte um helle Sterne im sichtbaren Licht abzubilden. Dafür deckt das Instrument gezielt das helle Licht des Sterns ab. Dadurch kann das Roman-Teleskop Exoplaneten oder protoplanetare Scheiben fotografieren, ohne dass deren naher Stern sie überstrahlt.
An der Entwicklung und am Bau dieses Koronagrafen war auch das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg beteiligt. „Das CGI an Bord des Weltraumteleskops Roman ist das anspruchsvollste optische Beobachtungsinstrument, das bisher im Weltall zur Forschung eingesetzt wurde“, sagt Oliver Krause vom MPI.
Das Coronagraph Instrument(CGI) des Roman-Teleskops soll es ermöglichen, Exoplaneten und protoplanetare Scheiben um helle Sterne abzubilden. Dafür muss das überstrahlende Licht des Sterns abgedeckt und herausgefiltert werden. — © NASA/ Goddard Space Flight Center
Die Aufgaben des Roman-Weltraumteleskops: „Dunkle“ Kartierung…
Das neue Weltraumteleskop hat drei Hauptaufgaben: Es soll erdähnliche Exoplaneten aufspüren, die Verteilung der Dunklen Materie genauer und umfassender als je zuvor kartieren und mehr über die Dunkle Energie herausfinden. „Mit seinem großen Sichtfeld und seiner hohen Durchmusterungsgeschwindigkeit wird Roman eine neue Ära der Entdeckungen einläuten und das Unsichtbare sichtbar machen“, sagt Nicky Fox vom Wissenschaftsdirektorat der NASA.
Für die „dunklen Aspekte“ seiner Mission wird das Roman-Teleskop bei Millionen Galaxien ihre Entfernung, ihr Lichtspektrum und die subtilen gravitativen Verzerrungen dieses Lichts aufzeichnen. Daraus lässt sich schließen, wie die Dunkle Materie verteilt ist und wie stark ihr Gegenspieler, die Dunkle Energie, das Universum auseinandertreibt. „Astronomen werden diese Daten nutzen, um eine 3D-Karte aller im Untersuchungsgebiet vermessenen Galaxien bis in eine Entfernung von etwa 11,5 Milliarden Lichtjahren zu erstellen“, erklärt die NASA.
…und erdähnliche Welten
Bei der Fahndung nach Exoplaneten geht es vor allem darum, kleine, kühlere Welten aufzuspüren – darunter auch mögliche Erdzwillinge. Diese sind besonders schwer zu finden, weil sie im Licht ihrer Sterne nur ein sehr schwaches Signal hinterlassen und gleichzeitig von diesen überstrahlt werden. Das Roman-Teleskop wird mithilfe von drei Methoden – Transitmethode, Microlensing und direkte Abbildung - nach solchen Exoplaneten suchen.
Transits sind kurzzeitige Abschattungen von Sternen durch die vor ihnen vorüberziehenden Planeten. Beim Microlensing hellen sich ferne Sterne dagegen kurzzeitig auf, weil ein anderer Stern vor ihnen steht und seine Schwerkraft wie eine Vergrößerungslinse wirkt. Die Merkmale dieses Linseneffekts können verraten, ob der Vordergrundstern von Planeten umkreist wird. Die NASA erwartet, dass das Roman-Weltraumteleskop rund 100.000 neue Exoplaneten aufspüren könnte – ein gewaltiger Sprung im Vergleich zu den knapp 6200 bisher bekannten Exoplaneten.
Macht das neue Weltraumteleskop den anderen Konkurrenz?
Das Roman-Weltraumteleskop arbeitet wie das James-Webb-Teleskop primär im Infrarotbereich und hat fast den gleichen Spiegel wie das Hubble-Weltraumteleskop. Dennoch kann es keines seiner Vorgänger ersetzen – es soll sie ergänzen. So erreicht das Roman-Teleskop zwar dieselbe hohe Auflösung wie das Hubble-Teleskop, aber nur im Infrarotbereich. Sein größeres Blickfeld kann daher Objekte zeigen, die dann Hubble ergänzend in weiteren Wellenbereichen wie dem sichtbaren und ultravioletten Licht abbildet.
Mit dem James-Webb-Teleskop teilt das Roman-Teleskop zwar die Sicht im Infrarot, es ist aber eher ein Weitwinkelobjektiv verglichen mit Webbs Zoom-Fähigkeiten: „Die Aufnahmen von Roman bieten einen umfassenden Überblick und können seltene Objekte aufspüren“, erklärt die NASA. „Webb kann dann sein engeres Sichtfeld, aber höhere Leistungsfähigkeit nutzen, um diese Objekte für detailliertere Beobachtungen gezielt ins Visier zu nehmen.“
Mit dem Euclid-Weltraumteleskop teilt der Neuzugang seinen Blick in die dunkle Seite des Universums. Beide Teleskope sollen die Dunkle Materie kartieren und durch genauere Entfernungsmessungen das Rätsel um die Dunkle Energie und die Expansion des Kosmos klären helfen. Euclid tut dies in einem größeren Himmelsausschnitt, aber mit geringerer Auflösung – sein Blick reicht etwa zehn Milliarden Lichtjahre weit. Das Roman-Teleskop wird nur knapp die Hälfte des Himmels durchmustern, dafür ist seine Auflösung höher und es blickt bis zu 11,6 Milliarden Lichtjahre weit.
„Noch nie zuvor haben wir das Universum mit Augen wie denen von Roman betrachtet“, sagt Julie McEnery, leitende Projektwissenschaftlerin für Roman am NASA Goddard Space Flight Center. „Es lässt sich nicht vorhersagen, was wir im nächsten Jahr um diese Zeit schon alles wissen und gesehen haben werden.“
Was sind die nächsten Schritte nach dem Start?
In den ersten Tagen nach dem Start wird das Weltraumteleskop seine Antenne und die ausfahrbare Abdeckung seines Spiegels entfalten. Wenn es etwa die Hälfte seines rund 90-tägigen Fluges zum Lagrangepunkt 2 zurückgelegt hat, erfolgt noch eine Kurskorrektur, dann beginnt die Testphase der Optiken und Instrumente: Der Koronagraf wird als erstes eingeschaltet, getestet und kalibriert, wenige Wochen später folgt mit dem Wide Field Instrument die Hauptkamera des Weltraumteleskops.
Die ersten wissenschaftlichen Aufnahmen soll das Roman-Teleskop Anfang 2027 liefern. Insgesamt ist die Missionszeit auf fünf Jahre ausgelegt, mit der Option auf eine Verlängerung auf weitere fünf Jahre. Das Weltraumteleskop könnte aber sogar noch länger aktiv bleiben, wie die NASA berichtet: Zwar begrenzt der Treibstoff die Lebensdauer der Mission und bisher gibt es keine technische Lösung, um Observatorien am Lagrangepunkt 2 zu warten oder aufzutanken. „Roman ist aber so konzipiert, dass er betankt werden kann“, so die NASA.
Quelle: NASA
