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Ein fliegendes Observatorium bringt das Weltall näher

Von Thomas Bührke. Aktualisiert am 21.04.2011

Die Nasa und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt betreiben gemeinsam einen umgebauten Jumbojet. Ein Erfahrungsbericht aus 13 Kilometer Höhe.

Erkundet das All: Das fliegende Observatorium Sofia mit geöffnetem Rumpftor.

Erkundet das All: Das fliegende Observatorium Sofia mit geöffnetem Rumpftor.
Bild: PD

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Troy Asher ist Testpilot. Einer, der in seinem Leben fast jeden Jet der amerikanischen Luftwaffe geflogen hat, den es gibt. Doch das Flugzeug, das er seit kurzem durch die Lüfte steuert, ist absolut einzigartig: ein Jumbojet mit einem scheunentorgrossen Loch im Heck. Es ist das Forschungsflugzeug Sofia (Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie), das in seinem Innern ein Teleskop birgt, mit dem Astronomen im Infrarotbereich ferne Sterne und Galaxien beobachten. In der vergangenen Woche installierte eine Gruppe deutscher Himmelsforscher eine neue Kamera an dem 20 Tonnen schweren Teleskop und brach zu den ersten Flügen auf.

Einige Stunden vor Sonnenuntergang wird Sofia aus einem Hangar der Dryden Aircraft Operations Facility in Palmdale, Kalifornien, auf das Flugfeld gezogen. Während Pilot Asher und ein erfahrener Bordingenieur die Maschine eingehend überprüfen, sind die Astronomen damit beschäftigt, ihre 500 Kilogramm schwere Spezialkamera mit flüssigem Stickstoff zu kühlen und alle Funktionen zu überprüfen. Kurz nach Sonnenuntergang hebt die Maschine ab. Noch ist die Teleskoptür geschlossen, doch in 5000 Meter Höhe wendet sich Troy plötzlich um und sagt verschmitzt: «Das Tor ist offen.» Niemand hat etwas davon bemerkt. Es ist wie ein Wunder, denn gerade diese grosse Öffnung im Rumpf hatte die Ingenieure vor nahezu unüberwindliche Probleme gestellt.

Endlose Versuche im Windkanal

Als die Nasa und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt das Projekt Sofia Mitte der 1990er-Jahre ins Leben riefen, standen sie vor einer grossen Aufgabe. «Die Wissenschaftler wollten ein Flugzeug, welches das grösstmögliche Teleskop in die grösstmögliche Höhe bringen und dort so lange wie möglich fliegen kann», erinnert sich Nans Kunz vom Ames Research Center der Nasa. Man entschied sich für eine Boeing 747 SP, eine um 15 Meter verkürzte Version des normalen Jumbojets mit vergrösserter Reichweite.

Dann ging es daran, ein vier mal sechs Meter grosses Rolltor im Heck einzubringen. Was bei dessen Öffnen passieren kann, kennt jeder Autofahrer: Lässt er bei schneller Fahrt ein Fenster offen, so wirkt das Auto wirkt wie eine Orgelpfeife, die zum Schwingen gebracht wird. Wenn das bei einem Jumbojet bei 900 Kilometer pro Stunde passiert, können heftige akustische Vibrationen den Rumpf binnen Minuten beschädigen oder gar zerstören. Endlose Versuche im Windkanal und Computersimulationen führten zu dem grössten Umbau, der jemals an einem zivilen Flugzeug vorgenommen worden ist. Gleichzeitig stiegen die Kosten gewaltig an und hatten schliesslich mit rund einer Milliarde Dollar das 1997 veranschlagte Budget um das Dreifache überschritten. Nur dem Drängen der Astronomen und des DLR, das 2002 das Teleskop fertig abgeliefert hatte, ist es zu verdanken, dass Sofia doch noch fertig wurde. Nun fliegt Sofia völlig problemlos. In 11,7 Kilometer Höhe beginnen die Beobachtungen. Die Astronomen um Rolf Güsten vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie und Jürgen Stutzki von der Universität Köln, unter deren Leitung die Spezialkamera entstanden ist, sind bereit. Zur Sicherheit beobachten sie anfangs ein möglichst helles Objekt: Saturn.

Der Pilot ist gefordert

Die Planung eines Beobachtungsfluges ist eine komplizierte logistische Angelegenheit. Da das Teleskop nur zur linken Seite aus dem Rumpf herausschauen kann, muss das Flugzeug genau auf Kurs gebracht werden. Gleichzeitig wird die Route so gelegt, dass Sofia nach etwa zehn Stunden wieder in Palmdale landen kann. Vor dem Start muss deswegen ein exakter Plan vorliegen, nach dem sich der Pilot richtet.

Nach kurzen Anfangsschwierigkeiten ist Saturn im Kasten. Es folgt eine scharfe Rechtskurve nach Norden, welche die Wolke eines explodierten Sterns mit der Bezeichnung IC443 ins Blickfeld bringt. Astronomen wissen seit längerem, dass dort vielfältige chemische Reaktionen ablaufen, in denen unter anderem Wassermoleküle entstehen. Der Plan ist es, in einem solchen Gebiet Kohlenmonoxid- und OH-Moleküle nachzuweisen, die in diesem chemischen Netzwerk entscheidend mitmischen. Die Kamera schiesst nicht beeindruckende Himmelsaufnahmen wie das Weltraumteleskop Hubble. Sie ist ein Spektrograf, der die Infrarotstrahlung in seine Spektralanteile zerlegt. Auf diese Weise lassen sich chemische Verbindungen nachweisen und deren Häufigkeiten bestimmen.Das macht das Instrument im fernen Infrarot bei Wellenlängen um 200 Mikrometer. «Vom Erdboden aus ist das unmöglich, weil der Wasserdampf in der Atmosphäre diese Infrarotstrahlung völlig verschluckt», sagt Güsten. In der maximalen Flughöhe von 13,5 Kilometern hat man mehr als 99 Prozent allen Wasserdampfs unter sich gelassen. Sofia bietet deswegen fast so gute Beobachtungsbedingungen wie ein Weltraumteleskop. Dem gegenüber hat es aber einen entscheidenden Vorteil: «Wir können immer mit den neusten Instrumenten beobachten, während die Technik in einem Weltraumteleskop schon bei dessen Start fünf bis zehn Jahre alt ist», sagt Stutzki.

Die Beobachtung des CO-Gases ist gelungen, doch das Signal von OH erweist sich als sehr schwach. Jetzt würden die Forscher gerne länger beobachten, aber Asher muss nach Osten abbiegen. Es folgen 71 Minuten für das Sternentstehungsgebiet Cepheus B. Hier wollen die Astronomen eine aufwendige Technik testen. Das Instrument soll Cepheus B an 216 Punkten abrastern und so eine Karte erstellen, welche die Verteilung von Kohlenstoff und Kohlenmonoxid zeigt. Hierfür muss das Teleskop extrem stabil bleiben. Dass das Vorhaben gelingt, ist ein Verdienst der Firmen MAN und Kayser Trede. «Sie haben das Teleskop wie eine waagerecht im Flugzeug liegende Hantel gebaut», erklärt Dietmar Lilienthal vom DLR. Am einen Ende hängt der Sammelspiegel mit 2,70 Meter Durchmesser. Von ihm gelangt das Licht über zwei kleinere Spiegel in die Kamera, die das andere Hantelende darstellt.

Beobachtung von heissem Gas

Die Karte von Cepheus B ist gelungen. Sie ist der grösste Erfolg dieses Fluges. Die Nacht ist noch lang, Hunger macht sich bemerkbar. Leider sind keine netten Stewardessen an Bord, die einem Essen servieren. Jeder versorgt sich selber. Die Astronomen ernähren sich eher nebenbei von Nüssen, Biskuits und Schokolade. Das muss reichen.

Die restlichen drei Stunden beobachten die Astronomen heisses Gas, das sich in der Umgebung eines schwarzen Lochs im Zentrum der Milchstrasse befindet. Das Vorhaben gelingt auf Anhieb bei Kohlenmonoxid, bei einem anderen Molekül, dem deuterierten Wasserstoff, tritt ein Instrumentenfehler auf. Dennoch ist die Stimmung gut. Die Datenausbeute hat sich bereits jetzt gelohnt.Kurz vor sechs Uhr bringt Troy Asher das Flugzeug-Observatorium ebenso sanft zur Landung, wie er es in grosse Höhen geschraubt hat. Bis 2014 werden den Astronomen in aller Welt neben der Spezialkamera Great noch sechs weitere Instrumente zur Verfügung stehen. (Tages-Anzeiger)

Erstellt: 20.04.2011, 21:01 Uhr

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