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Mikrowellenhintergrund: Planck nimmt seine Arbeit auf

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Planck im Scanmodus | Rund 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt fängt der Satellit Planck das »Echo des Urknalls«, den kosmischen Mikrowellenhintergrund ein. Der Flugkörper dreht sich langsam um sich selbst und tastet dabei den Himmel in dünnen Kreisen ab. Gleichzeitig bewegt sich der Satellit mit der Erde um die Sonne und blickt dabei ständig von ihr fort, so dass er in einem halben Jahr einmal den gesamten Himmel sieht.
Das europäische Weltraumteleskop Planck, das die Strahlung der Materie kurz nach dem Urknall untersuchen soll, befindet sich nun seit dem 13. August 2009 im normalen Betriebsmodus. In den folgenden zwei Wochen prüfen die beteiligten Wissenschaftler noch einmal genau, ob der Satellit brauchbare Signale liefert. Danach könnte Planck für mindestens 15 Monate weiter Daten sammeln, bis ihm das Kühlmittel ausgeht. Das wäre genug Zeit, um den Himmel mehr als zwei Mal vollständig zu erfassen.

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Plancks Umlaufbahn | Planck umkreist während seiner Mission den Lagrange-Punkt L2 in fünf Lichtsekunden Entfernung zur Erde. Hier ist die Schwerkraft von Sonne und Erde zusammen gerade so stark, dass der Satellit ständig mit unserem Planeten mitlaufen kann. Dabei kehrt er der Sonne ständig seine flache Seite mit den Solarzellen zu und blickt gleichzeitig von ihrer Störstrahlung fort.
Das Gemeinschaftsprojekt von ESA und NASA im Wert von 700 Millionen Euro startete am 14. Mai auf einer Ariane-5-Trägerrakete. Mit an Bord war auch das neue Infrarotteleskop Herschel. Beide Geräte befinden sich inzwischen an ihrer endgültigen Position am Lagrangepunkt L2, in der fünffachen Entfernung des Mondes. Dort blicken sie ständig von Sonne und Erde fort und sind somit unbehelligt von deren Störsignalen.

Während seines Flugs wird das 1,5-Meter-Teleskop von Planck eine präzise Karte des Himmels im Wellenlängenbereich von 0,3 Millimetern bis zu einen Zentimeter erstellen. Letztere entspricht der Strahlung, die ein Körper bei einer Temperatur von lediglich einem Viertel Grad über dem absoluten Nullpunkt abgibt. Daher besitzt Planck das bisher aufwendigste Kühlsystem, das je ins All flog. Es kühlt seine Instrumente mit flüssigem Helium bis auf ein Zehntel Grad über dem absoluten Nullpunkt ab.

Bei diesen großen Wellenlängen beträgt die Winkelauflösung des Teleskops lediglich fünf Bogenminuten. Trotzdem übertrifft es damit die Auflösung seines Vorgängers WMAP von 2001 um das Dreifache und dessen Messgenauigkeit gar um das Zehnfache.

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13 Milliarden Jahre altes Licht | Das Licht des kosmischen Mikrowellenhintergrunds begann rund 380 000 Jahre nach dem Urknall seine Reise, als das Universum erstmals durchsichtig wurde (zweite Bildebene von links). Mit ihm blicken wir unmittelbar auf die Strukturen des mehr als 2500 Grad heißen Gases, dass zu dieser Zeit das Universum ausfüllte. Seither haben sich der Raum und die Lichtwellen in ihm allerdings um das 1000-fache ausgedehnt, so dass wir diese Strahlung heute im Bereich von Mikrowellen empfangen.
Wichtigstes Ziel der Mission ist die Strahlung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds von rund einem Millimeter Wellenlänge. Oft wird sie das "Echo des Urknalls" genannt, denn sie stammt direkt von heißem Gas, dass 380 000 Jahre nach dem Urknall den gesamten Raum erfüllte.

Zu dieser Zeit hatte sich das Universum erstmals soweit abgekühlt, dass sich Elektronen und Atomkerne zu Atomen verbanden und der Weltraum durchsichtig wurde. Die stetige Expansion des Raums dehnte die damals als Infrarotlicht entsandten Wellen bis heute um den Faktor 1000, so dass wir sie als Mikrowellen empfangen.

In dieser Strahlung zeigt sich somit unmittelbar die ursprüngliche Verteilung der Materie im Weltall, noch lange bevor das Gas zu ersten Galaxien "verklumpte". Aus der gemessenen Struktur können Physiker die Anfangsbedingungen des Universums zurückberechnen. Unter anderem lässt sich so den Anteil von Dunkler Materie und Dunkler Energie im Kosmos bestimmen, aber auch die Expansion des Alls und seine Zukunft. Auch verschiedene Urknallmodelle und die damit verbundenen Theorien der Quantengravitation lassen sich mit den Planck-Daten in Zukunft besser überprüfen. In 18 Monaten sollen die vollständigen Karten vorliegen.

Ralf Strobel

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