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Astronomie 2009: Jeder Tag ein All-Tag

1609 richtete Galileo Galilei erstmals sein Teleskop gen Himmel und Johannes Kepler veröffentlichte seine ersten beiden Gesetze über die Bewegung der Planeten am Firmament. Auch 400 Jahre nach diesen bahnbrechenden Studien gibt es in den Weiten des Alls noch immens viel zu entdecken.
LCROSS Einschlag
2009 war das Jahr der Jubiläen in der Astronomie: Neben 400 Jahren Galileo und Kepler war jedoch zur Jahresmitte ein anderes Jubiläum in aller Munde: der 40. Jahrestag der ersten bemannten Landung auf einem anderem Himmelskörper. Am 19. Juli 1969 betraten die US-Astronauten Neil Armstrong und Buzz Aldrin als erste Menschen den Mond. Gerade anfangs war das eher ein technischer, kein wissenschaftlicher Fortschritt – dann änderte sich das Bild aber mit jeder weiteren erfolgreichen Apollo-Mission. Während die Fernseheinschaltquoten sanken, erhöhte sich die Aufenthaltsdauer der Mondfahrer und die Ausbeute an Proben, die mit zur Erde gebracht wurden. Diese werden auch heute noch untersucht und halten immer noch Überraschungen parat – wie das bislang älteste Mineral des Sonnensystems.

Experimente | Neben Spazierengehen steht auch Experimentieren auf dem Plan. Hier steht Aldrin neben dem Sonnenwind-Experiment – einer Aluminiumfolie. Kurz vor ihrem Heimflug werden die Astronauten das Segel wieder einholen, um in irdischen Labors mehr über die Zusammensetzung des Sonnenwinds zu erfahren.
Eines der Resultate war jedoch ein herber Dämpfer für die Raumfahrtenthusiasten, die sich für die Folgezeit den Aufbau einer bemannten Station auf dem Erdtrabanten erträumten: Der Mond erwies sich als knochentrocken, und es bestand keine Chance, an frisches Wasser zu kommen. Erst 2008 fanden Forscher in Apollo-Proben ein wenig H2O – versteckt in bestimmten Mineralien. Das Interesse richtete sich bald eher auf den Mars, dessen Polkappen auf einen größeren "Wassererfolg" hoffen ließen. Wenige Planetologen blieben indes hartnäckig, gibt es doch an Nord- und Südpol des Mondes Krater, in die seit ihrer Entstehung noch kein einziger Sonnenstrahl gefallen ist, der eventuell vorhandenes Wasser hätte verdampfen lassen können.

Ihre Ausdauer wurde belohnt. Dank den Mondsonden der aufstrebenden Raumfahrtnationen Japan (Kaguya/Selene), China (Chang'e-1) und Indien (Chandrayaan-1) konnten die Mondforscher ihr Ziel wesentlich genauer untersuchen als in den Jahrzehnten zuvor. Und sie wurden fündig – die endgültige Bestätigung gelang Chandrayaan-1 zu einem Zeitpunkt, als die NASA-Mission LCROSS (Lunar Crater Observation and Sensing Satellite) gerade auf dem Weg zum Mond war. So bemühte sich die US-Weltraumverwaltung nicht übermäßig, die Ergebnisse an die große Glocke zu hängen. Der von ihr geplante Einschlag der Centaur-Raketenstufe und der LCROSS-Sonde selbst geriet dann jedoch zu einem ziemlichen PR-Desaster: Keine Explosionswolke à la "Deep Impact", selbst die Riesenteleskope der Profis hatten Mühe, den schwachen Lichtblitz im Krater Cabeus nahe des Mondsüdpols aufzufangen. Brigaden von Amateurastronomen, die sich mit ihren Fernrohren auf die Lauer legten, hatte die NASA damit enttäuscht, ebenso Millionen, die das angekündigte Spektakel im Internet live hatten verfolgen wollen.

Einschlag von LCROSS auf dem Mond | Rund vier Minuten vor dem eigenen Zerschellen beobachtet die NASA-Mondsonde LCROSS den Einschlag einer Centaur-Raketenstufe auf der Mondoberfläche. Der Aufschlag erfolgt am 9. Oktober 2009 um 9:30 Uhr MESZ.
Doch das NASA-Imperium schlug zurück, fünf Wochen später – am Freitag, dem 13. November: "NASA findet Wasser auf dem Mond", so der Tenor. Das zog natürlich die Aufmerksamkeit der Medien auf sich, auch wenn an diesem Tag der Fokus eigentlich auf einem europäischen Ereignis lag: dem letzten Erdvorbeiflug der Raumsonde Rosetta auf ihrem Weg zum Kometen "Tschuri". Besonderes Augenmerk war deshalb geboten, weil bei manchen früheren Raumsonden-Flybys Unregelmäßigkeiten bei der Geschwindigkeitsänderung der Sonden auftraten, die ad hoc nicht mit Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie (ART) erklärt werden können.

Durch die Terminwahl der NASA – eine Absicht wollen wir mal nicht unterstellen – kam jedoch stattdessen die Meldung des von der Oberfläche des Monds weggeschleuderten Wassers in den 20-Uhr-Nachrichten, die nicht zu viel Wissenschaft auf einmal senden wollten. Auch wenn das NASA-Nass gerade einmal für zwei Badewannenfüllungen gereicht hätte – der wissenschaftliche Erfolg sollte nicht verachtet werden. Denn was die mit nur 25 Kelvin als kältester Punkt des Sonnensystems prämierte Südpolregion des Monds angeht, erwies sie sich damit feuchter als die Atacamawüste in den chilenischen Anden.

Die dortige Trockenheit machen sich die Astronomen zu Nutze: Wassermoleküle in der Erdatmosphäre erschweren das Durchdringen von Licht, besonders im Infrarotbereich und bei Radiowellenlängen von ein paar Millimetern und weniger. Deshalb entsteht eben hier, auf dem Chajnantor-Hochplateau, 5000 Meter über dem Meeresspiegel, eine riesige Anlage von Submillimeterteleskopen, das Atacama Large Millimeter Array ALMA. Bis 2011 sollen mehr als fünf Dutzend Parabolantennen mit zwölf Meter Durchmesser stehen – teilweise bis zu 15 Kilometer voneinander entfernt. Im November wurden erstmals die Signale zweier Antennen zusammengeschaltet und zur Interferenz gebracht, um das Auflösungsvermögen zu vervielfachen.

Magische Zwillinge | Mit 17 Meter Durchmesser sind MAGIC-I und das 2009 eingeweihte MAGIC-II auf La Palma die größten Tscherenkow-Teleskope für die Beobachtung besonders energiereicher Gammastrahlen.
Am Westrand der Atacamawüste liegt der Gipfel des Paranal mit Blick auf den Pazifik. Hier bekam das Very Large Telescope VLT der Europäischen Südsternwarte ESO Verstärkung in Form des 4-Meter-Instruments VISTA, dem britischen Visible & Infrared Survey Telescope for Astronomy. Das bislang größte optische Einzelteleskop der Welt stammt jedoch aus spanischer Fertigung und steht auf der Kanareninsel La Palma: das Gran Telescopio Canarias, GTC. Am 24. Juli wurde es von König Juan Carlos feierlich eingeweiht. Sein Hauptspiegel besitzt einen Durchmesser von 10,4 Metern und übertrifft damit knapp die 10-Meter-Spiegel der beiden Keck-Teleskope auf Hawaii.

Nur einen Pfeilschuss vom "Grantecan" entfernt stehen allerdings zwei noch größere Instrumente, nämlich MAGIC-I und -II. Diese zählen jedoch nicht zu den optischen, sondern zu den Tscherenkow-Teleskopen. Sie halten nach schwachen Lichtblitzen Ausschau, die energiereiche Gammastrahlung durch Teilchenschauer in der Atmosphäre erzeugt. Ihre Spiegeloberflächen müssen deshalb nicht so präzise sein. Das erste der 17 Meter großen "Major Atmospheric Gamma Imaging Cherenkov"-Instrumente versieht seinen Dienst für ein internationales Forschungskonsortium schon einige Jahre, im April ging nun sein Zwilling in Betrieb, MAGIC-II.

Neben Chile, Hawaii und den Kanaren nahmen die Astronomen nun einen weiteren Standort in die Bestenliste auf: die Antarktis, genauer gesagt den gut vier Kilometer emporragenden Ridge A im antarktischen Hochland. Doch so gut der Standort auch sein mag – viele Beobachtungen sind nur vom All selbst aus möglich. Beispielsweise im energiereichen Gammabereich.

Glast auf der Jagd | Das Gamma-Ray Large Area Space Telescope (GLAST), das inzwischen den Namen Fermi trägt, soll die Quellen von Gammastrahlung im Weltall aufspüren. Die Forscher erhoffen sich dadurch neue Erkenntnisse über zentrale Fragen der Astronomie.
Hier hat sich das Fermi Gamma-ray Space Telescope FGST, das im Sommer 2008 von der NASA gestartet wurde, zur wahren Erkenntnismaschine gemausert. Viele vormals unidentifizierte Quellen stellten sich bei seinem genauen Hinsehen als Pulsare heraus, und die Astrophysiker konnten erstmals im Gammabereich einen Blick in die Jets aktiver Galaxienkerne werfen. Bringt Fermi auch Licht in die ominöse Dunkle Materie? Seine Ergebnisse bestätigten jedenfalls einen rätselhaften Teilchenüberschuss in der Kosmischen Strahlung.

Aber auch seine Gammabeobachtungen vom Zentrum der Milchstraße wurden – zumindest von einigen Forschern – schon dahingehend interpretiert, dass sich die Dunkle Materie hier erstmals auf direktem Weg zeigt und nicht nur durch ihre Schwerkraft allein. Eine Gruppe von Astronomen sucht in der gegenseitigen Anziehungskraft den Grund, warum es die Dunkle Materie vielleicht gar nicht gibt: Einsteins allgemeine Relativitätstheorie, die die Gravitation auch in Fällen von Schwarzen Löchern korrekt beschreibt, versage in diesem Fall, so ihre These. Fermi allerdings lieferte einen weiteren Beweis für die Zuverlässigkeit der ART, indem der Satellit zwei Lichtteilchen unterschiedlicher Energie quasi gleichzeitig auffing, die während eines Gammastrahlenausbruchs (GRB) zusammen auf die Reise gingen – vor sieben Milliarden Jahren.

Für GRBs gibt es jedoch eigentlich einen anderen Spezialisten – den kleinen NASA-Satelliten Swift. Sobald seine Detektoren einen Gammaausbruch registrieren, bestimmt er flink dessen Position am Himmel und gibt die Koordinaten an ein Netzwerk von Observatorien am Erdboden weiter, die dann versuchen, das "Nachglühen" zu verfolgen. Das geschieht bisweilen einige Male am Tag. Am 2. Januar ergab die Nachbeobachtung von GRB 090102 eine zehnprozentige Polarisation der aufgefangenen Strahlung, was bedeutet, dass bei ihrer Erzeugung Magnetfelder eine tragende Rolle spielen müssen – ähnlich wie in den Jets aktiver Galaxienkerne.

Das Weltraumteleskop Herschel | Der europäische Satellit Herschel trägt das größte jemals gebaute Weltraumteleskop, einen Spiegel mit 3,5 Meter Durchmesser.
Außerdem gibt es einen neuen Entfernungsrekordhalter: GRB 090423 hat eine Rotverschiebung von z = 8,2 – das entspricht einem Alter von 13 Milliarden Jahren. Anders gesagt, der Ausbruch ereignete sich nur rund 630 Millionen Jahre nach dem Urknall. Der bisherige Rekordhalter lag bei z = 6,7 und war somit 200 Millionen Jahre jünger. Gelingt es den Astronomen, die Grenze noch zu höheren Rotverschiebungen zu drücken, erhalten sie damit erste Einblicke in die dunkle Ära des Kosmos, in der sich einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall die ersten Sterne bildeten.

Damals gab es noch keine Elemente, die schwerer waren als Lithium. Dadurch konnten die ersten Sonnen wesentlich mehr Masse anhäufen als im heutigen "metallverseuchten" Kosmos. Dies führt aber dazu, dass solche Sterne keinen Eisenkern im Zentrum bilden, der bei der finalen Supernova-Explosion zu einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch kollabieren könnte. Vielmehr setzt ein explosives Sauerstoffbrennen ein, das die Sonne rückstandslos zerreißt. Ein Team um Avishay Gal-Yam vom Weizmann Institute of Science im israelischen Rehovot ist sich sicher, 40 Jahre nach der theoretischen Vorhersage erstmals eine solche Paar-Instabilitäts-Supernova in einer weit entfernten und besonders metallarmen Zwerggalaxie beobachtet zu haben.

Ebenfalls weit in die Vergangenheit – oder auf Objekte, die kühler sind als Sterne – blicken die Infrarotsatelliten im All. Hier gab es dieses Jahr zwei wichtige Neuzugänge. Im Mai startete das Herschel-Teleskop der ESA, zusammen mit dem Mikrowellenhintergrundforscher Planck. Herschel beobachtet im fernen Infrarot und ist mit dem größten Einzelspiegel ausgestattet, der je ins All gebracht wurde. Er hat mit 3,5 Metern Durchmesser die doppelte Lichtsammelfläche wie der Hauptspiegel von Hubble. Zahlreiche eindrucksvolle Aufnahmen funkte Herschel schon vom Lagrangepunkt L2 zur 1,5 Millionen Kilometer in Richtung Sonne liegenden Erde.

Saturns größter Ring | Ein riesiges Gebilde ist der 2009 entdeckte äußerste Ring des Saturn, er weist einen Durchmesser von rund 32 Millionen Kilometern auf, das entspricht rund einem Viertel des Abstands Erde–Sonne. Oben ist der Ringplanet mit dem bislang als größter Ring geltenden E-Ring zu sehen; er schrumpft fast zu einem Punkt im Vergleich zu seinem äußeren Verwandten. Der Saturnmond Phoebe (links) und weitere kleine Monde gelten als Quelle der den Ring aufbauenden Staubpartikel. Rechts ist der äußere Mond Iapetus zu sehen, dessen Vorderseite möglicherweise durch Partikel aus dem Staubring schwarz gefärbt wurde.
Der Wide-field Infrared Survey Explorer der NASA nimmt sich neben Herschel recht bescheiden aus. Der mittelgroße Satellit kommt mit einem 40-Zentimeter-Teleskop aus – kleiner als das seines US-Vorgängers Spitzer. WISE soll aber auch nicht so genau hinschauen wie Spitzer oder gar Herschel, seine Aufgabe besteht vielmehr darin, den gesamten Himmel zu kartieren – mit einer erheblich besseren Auflösung als der britische IRAS im Jahr 1983. In etwa zehn Monaten soll das Programm abgeschlossen sein und die Astronomen erhoffen sich eine ganze Reihe neuer, interessanter Ziele, die Herschel dann genauer unter die Lupe nehmen wird. Darunter auch junge Sterne, die noch von Staubringen umgeben sind, in denen Planeten entstehen könnten oder sogar bereits entstanden sind.

Spitzer, der sich mittlerweile in Altersteilzeit befindet, seit ihm für die Kamera das Helium zum Kühlen ausging, hat aber zuvor noch an einer recht unerwarteten Stelle einen ausgedehnten Staubring entdeckt: um Saturn. Er ist stark verdünnt und liegt nicht in der gewohnten Äquator- und Ringebene des Gasplaneten. Vielmehr weist er die gleiche Neigung wie die Umlaufbahn des äußeren Monds Phoebe auf, von dem er mit ziemlicher Sicherheit gespeist wird.

Partikel aus diesem Ring sind vermutlich auch für die dunkle Färbung auf dem Mond Iapetus verantwortlich. Details der dabei ablaufenden Prozesse wurden kürzlich ermittelt – anhand von Messungen und Beobachtungen der Raumsonde Cassini, die seit 2004 das Saturnsystem erforscht. Auch dieses Jahr erarbeiteten die Planetologen dank ihrer Hilfe unzählige neue Erkenntnisse über Gewitter, Polarlichter und Wolkenformationen auf dem Gasriesen. Die komplexe Wechselwirkung zwischen den Monden und den Ringen, die im Sommer von der Sonne direkt auf der Kante beschienen wurden, studierten Forscher ebenfalls. Neben der Färbung und dem einzigartigen Gürtelgrat von Iapetus standen auch die salzwasserhaltigen Eisfontänen des Enceladus sowie die Seen und das Wetter auf dem größten Mond Titan im Mittelpunkt des Forscherinteresses.

Super-Erden um COROT-7 | Der Exoplanet COROT-7b umkreist seinen Stern in nur zweieinhalb Millionen Kilometer Distanz. Dazu benötigt er lediglich 20,5 Stunden. Seine Masse beträgt rund fünf Erdmassen. Durch die geringe Distanz zur Sternoberfläche wird er regelrecht gebraten: Die Temperatur beträgt auf der dem Stern zugewandten Seite wahrscheinlich mehr als 2800 Grad Celsius. Der Planet rotiert vermutlich gebunden, zeigt dem Stern also immer dieselbe Seite. Dann dürften auf der Nachtseite minus 200 Grad herrschen. Auf dieser künstlerischen Darstellung ist der Planet komplett von Lava bedeckt. Der Nachbarplanet COROT-7c ist in der Ferne als heller Lichtpunkt dargestellt.
Noch abwechslungsreicher waren jedoch die Meldungen aus dem Reich der Exoplaneten. Wo letztes Jahr überwiegend "Heiße Jupiter" entdeckt wurden, gestaltete sich die Statistik 2009 schon wesentlich differenzierter. Auch konnten die Beobachter viele Details ermitteln, wie bestimmte Moleküle in den Atmosphären, Klimaänderungen sowie Orbits, die den Himmelskörper zum Zerreißen nah an seine Sonne führen oder die gänzlich falsche Umlaufrichtung haben, was offenbar schon einmal zu einer Planetenkollision geführt hat.

Besondere Höhepunkte waren zum einen der erste bestätigte Gesteinsplanet, die "Super-Erde" Corot-7b, und zum anderen der erste Exoplanet, der nicht auf spektroskopischem Weg oder durch einen Transit vor seinem Stern gefunden wurde, sondern durch das sachte Ziehen an seinem Stern: Van Briesbroek 10. Vom kleinen französischen Satelliten Corot stammt ein weiteres Highlight – aus seinen Daten konnten niederländische Astronomen zum ersten Mal die Phasen eines Exoplaneten ersehen, wie sie Galilei vor vier Jahrhunderten beim Blick durch sein Fernrohr an der Venus beobachtete.

Corots neuer Kollege im Orbit, der im März gestartete NASA-Satellit Kepler, war eigentlich für die Entdeckung einer "zweiten Erde" zuständig. Durch Rauschen in der Elektronik, das mit komplizierten Software-Updates reduziert werden soll, wird das aber nach optimistischen Schätzungen erst 2011 der Fall sein. Vielleicht kommen ihm die Teleskope am Boden mit ihren ständig weiterentwickelten Detektoren ja doch zuvor?

HTV im Anflug auf ISS | Das japanische H-II Transfer Vehicle (HTV, am unteren Bildrand) dockt nicht wie das europäische ATV vollautomatisch an die Internationale Raumstation an, sondern manövriert sich nur in Reichweite des Roboterarms Canadarm2. Dieser bringt den Transporter dann zu seiner Dockposition am Verbindungsmodul Harmony. Vom Start bis zum Erreichen der Station vergehen rund fünf Tage.
Nicht nur der Ausbau der Sternwarten, auch jener der Internationalen Raumstation ISS verzeichnete 2009 Fortschritte. Die Montage des letzten Solarzellenauslegers machte den Weg frei für die Aufstockung der ständigen Besatzung von drei auf sechs und schließlich sogar sieben Astronauten und Kosmonauten – zuletzt sogar erstmals unter europäischer Leitung des Belgiers Frank de Winne. Die US-Amerikanerin Nicole Stott war zu dieser Zeit Bordingenieurin und das letzte Besatzungsmitglied, das von einem Spaceshuttle zur Arbeit gebracht und wieder abgeholt wurde. Die Aufgabe des Raumtaxis übernehmen künftig allein die russischen Sojus-TMA-Kapseln.

Ebenfalls umverteilt im Hinblick auf die Ausmusterung der US-Raumfähren werden Frachtflüge: Das japanische HTV-Cargoschiff absolvierte seinen erfolgreichen Erstflug im Zuge eines Gegengeschäfts für den Shuttletransport des Labormoduls "Kibo". Die ESA bereitet derweil ihren zweiten ATV-Frachter vor, der in Anerkennung für die Verdienste von Johannes Kepler dessen Namen tragen und 2010 mit einer Ariane-5 starten wird. In der Zwischenzeit übergaben die Europäer der NASA – als Bezahlung für den Start des Columbus-Labors im Frühjahr 2008 – ein neues Modul, das in Erinnerung an die Apollo-11-Landung im Meer der Ruhe von 40 Jahren "Tranquility" getauft wurde. Es soll 2010 starten, zusammen mit dem Aussichtsmodul "Cupola", ebenfalls aus italienischer Produktion.

2010 soll auch der erste Start einer Falcon-9-Rakete stattfinden, die später die Dragon-Kapsel in die Umlaufbahn befördern soll, um die ISS zunächst mit Fracht, schließlich aber auch mit bis zu sieben Astronauten an Bord ansteuern soll. Die Falcon-9 ist die größere Ausgabe der Falcon-1, der ersten von einem kleinen privaten Unternehmen konstruierten, zweistufigen Rakete. Nach mehreren Fehlschlägen und einem Testflug brachten die Erbauer im Juli ihre erste bezahlte Fracht erfolgreich in die Umlaufbahn, einen malaysischen Erdbeobachtungssatelliten.

Ares I-X hebt ab | Gespannt verfolgten NASA-Mitarbeiter den Start der Ares-I-X-Rakete vom Kennedy Space Center in Cape Canaveral am 28. Oktober um 16.30 Uhr MEZ.
So weit ist die NASA mit ihrer Ares-Rakete, die schnellstmöglich die Shuttleflotte ersetzen soll, noch nicht. Zwar fand Ende Oktober der Premierenflug der ersten Stufe der Experimentalversion Ares-I-X statt, dieser verlief jedoch nicht in allen Belangen erfolgreich und basierte auf zahlreichen Komponenten, die in der endgültigen Ausstattung des Trägersystems nicht verwendet werden. Überhaupt steht das Constellation-Programm zu Mond und Mars auf sehr wackligen Füßen, nachdem im September die aus Experten zusammengesetzte Augustine-Kommission Präsident Obama darlegte, dass beim aktuellen Budget eine Rückkehr der Amerikaner zum Mond kaum bis 2020, sondern vielmehr erst ab 2030 möglich sei. Spendiert dieser dem Bau der Ares-Raketen einen zusätzlichen Milliardenbetrag?

Und auch wenn in Europa wieder einmal die Stimmen lauter werden, die ein eigenes bemanntes Raumfahrtprogramm fordern, werden die ersten Menschen, die sich – etwa um 2024 – vor Ort ein Glas Mondwasser genehmigen, aller Voraussicht nach Chinesen sein. Na denn Prost!

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