# taz.de -- Plan für Riesenteleskop in Chile: Ein Spiegel in den Weltraum | |
> In der Wüste im Norden Chiles entsteht ein neues Riesenteleskop, das die | |
> Astronomie verändern soll. Über den schwierigen Bau einer Zeitmaschine. | |
Bild: Das geplante neue Riesenteleskop im Norden Chiles | |
Es sind die Farben eines Sonnenuntergangs, die Joseph Anderson, Astronom an | |
der Europäischen Südsternwarte (ESO) in der Atacamawüste im Norden Chiles, | |
besonders inspirieren. „Am Anfang sind sie intensiv blau und türkis. | |
Und allmählich, wenn es lila wird, kommen wir der Beobachtung des | |
Universums immer näher.“ Sobald die Nacht hereinbricht, wird der Himmel vom | |
sternenbesetzten Bogen der Milchstraße dominiert. Ein atemberaubender | |
Anblick, insbesondere auf über zweieinhalbtausend Metern Höhe. | |
Die [1][Atacamawüste] ist Standort für mehr als ein Dutzend verschiedener | |
astronomischer Observatorien, und das aus gutem Grund. Sie ist weit | |
entfernt von der Lichtverschmutzung der Zivilisation. Die Luft ist dünn und | |
trocken, was den Effekt, den Astronom:innen „Luftunruhe“ nennen, | |
vermindert. Diese stört, wenn man gestochen scharfe Bilder aufnehmen | |
möchte. Daher die Wahl des Standorts: In der Atacama sind im Durchschnitt | |
325 Nächte pro Jahr wolkenlos. | |
Joseph Anderson steht auf einem Berg namens Cerro Paranal und zeigt auf das | |
Very Large Telescope (VLT), das „sehr große Teleskop“. Das VLT besteht aus | |
vier einzelnen Teleskopen, von denen jedes für sich allein bereits eines | |
der größten der Welt ist – sowie aus vier weiteren, viel kleineren | |
Teleskopen. Die astronomische Forschungsstation am VLT ist die produktivste | |
der Welt, sie bringt täglich mehr als eine wissenschaftliche Arbeit hervor. | |
Im Jahr 2004 machte das Teleskop die erste Aufnahme eines extrasolaren | |
Planeten – also eines Planeten, der einen anderen Stern als die Sonne | |
umkreist – und war das erste Teleskop, das einzelne Sterne aufspüren | |
konnte, die um das riesige schwarze Loch im Zentrum der Milchstraße | |
kreisen. | |
Eine Autostunde vom VLT entfernt, auf dem Cerro Armazones, einem 3.046 | |
Meter hohen Berg, befindet sich das halbfertige Extremely Large Telescope | |
(ELT), also das „extrem große Teleskop“. Wie so viele große Projekte liegt | |
auch das ELT hinter dem Zeitplan zurück. Aber wenn es fertig ist – nach den | |
derzeitigen Plänen im Jahr 2028, mit Kosten von 1,5 Milliarden Euro – wird | |
es das mit Abstand größte optische Teleskop im uns bekannten Universum | |
sein. „Ein großer Fortschritt in der beobachtenden Astronomie“, sagt Robert | |
de Rosa, Astronom bei der ESO. | |
## Die Spiegel werden immer größer | |
Optische Teleskope verwenden eine Reihe von Spiegeln, um das Licht aus dem | |
Weltraum einzufangen und es an die verschiedenen Instrumente | |
weiterzuleiten. Ein größerer Spiegel kann mehr Licht einfangen und daher | |
dunklere Dinge sehen und diese auch detaillierter auflösen als ein | |
kleinerer Spiegel. Der Hauptspiegel des ELT wird einen Durchmesser von 39,3 | |
Metern haben. Das ist mehr als das Vierfache der großen VLT-Teleskope mit | |
8,2 Metern und mehr als das Dreifache des derzeitigen Rekordhalters, des | |
Gran Telescopio Canarias (GTC) auf den Kanarischen Inseln, mit 10,4 Metern | |
Durchmesser. | |
Da die Leistung eines Teleskops von der Fläche seines Spiegels abhängt, | |
wird der Unterschied unterschätzt, wenn man nur den Durchmesser betrachtet. | |
Das GTC hat eine Fläche von etwa 75 Quadratmetern. Das ELT wird mit 978 | |
Quadratmetern etwas kleiner sein als vier Tennisplätze. | |
Diese Größe wäre für viele Bereiche der Astronomie ein Segen. Das ELT wird | |
Aufschluss darüber geben können, welche Rolle Schwarze Löcher bei der | |
Gestaltung der großräumigen Struktur des Universums spielen, wie [2][dunkle | |
Materie] und dunkle Energie die Expansionsrate des Universums beeinflussen | |
und sogar darüber, ob die vermeintlichen Konstanten der Physik über große | |
intergalaktische Entfernungen hinweg wirklich konstant sind. | |
Das Teleskop dürfte auch der Erforschung von Planeten außerhalb des | |
Sonnensystems einen großen Schub geben. Heutzutage wird die Existenz der | |
meisten Exoplaneten daraus abgeleitet, welche Auswirkungen sie auf das | |
Licht ihrer Muttersterne haben. Bilder von ihnen – Astronom:innen | |
sprechen von „direct imaging“, bei dem das Licht des Planeten direkt | |
eingefangen wird – sind selten. Wissenschaftler:innen haben nur von | |
etwa 1 Prozent der rund 5.500 bekannten Exoplaneten Bilder. | |
## Teleskope sind Zeitmaschinen | |
Der riesige Spiegel des ELT wird es den Astronomen ermöglichen, das | |
schwache Licht eines Planeten von dem viel helleren Licht seines Sterns aus | |
Dutzenden von Lichtjahren Entfernung zu trennen. Das Ergebnis dürfte ein | |
wahrer „direct imaging“-Rausch sein. Diese direkte Beobachtung wird auch | |
dazu beitragen, die chemische Zusammensetzung der Atmosphären von | |
Exoplaneten zu ermitteln und damit festzustellen, ob es Anzeichen für ein | |
mögliches außerirdisches Leben gibt. | |
[3][Weil Teleskope auch Zeitmaschinen sind], kann das ELT den | |
Wissenschaftler:innen einen besseren Einblick in die Ereignisse kurz | |
nach der Entstehung des Universums geben. Lichtgeschwindigkeit ist endlich, | |
deshalb sehen Astronom:innen weit entfernte Objekte nicht so, wie sie | |
heute sind, sondern wie sie waren, als das Licht, das in ihren Instrumenten | |
ankommt, zum ersten Mal aufbrach. | |
So wollen die Astronom:innen mit dem ELT untersuchen, wie sich Sterne | |
und Galaxien in der Frühzeit des Universums gebildet haben. Erste | |
[4][Ergebnisse des James-Webb-Weltraumteleskops], das 2021 in Betrieb | |
genommen wurde, haben bereits eine Reihe von Sternen und Galaxien | |
aufgedeckt, die zu alt zu sein scheinen, um problemlos durch die gängigen | |
Theorien zur Entstehung und Evolution von Galaxien erklärt zu werden. Das | |
ELT könnte helfen, dieses Rätsel zu lösen. | |
Vorausgesetzt, dass beim Aufbau alles funktioniert. Als der Autor das | |
Projekt besuchte, wurde die 80 Meter hohe Stahlkuppel, die das Teleskop | |
umschließen wird, noch errichtet. Das Anheben und Einsetzen jedes Bauteils | |
dauert etwa 20 Minuten; weitere sechs Stunden werden benötigt, um jede der | |
200 Schrauben festzuziehen. Die Arbeiten müssen vor Einbruch der Dunkelheit | |
abgeschlossen sein, damit die Windböen kein Paneel lösen. Nach der Montage | |
wird die gesamte 5.500 Tonnen schwere Kuppel drehbar sein, damit das | |
Teleskop die Sterne auf ihrem Kurs über den Himmel verfolgen kann. | |
Einer der wenigen Nachteile der astronomischen Forschung in Chile ist, dass | |
das Land anfällig für Erdbeben ist. Das Teleskop, das wie alle Teleskope | |
auf einem dünnen Ölfilm schwimmt, damit es sich reibungslos bewegen lässt, | |
wird daher zusätzlich von Hunderten von Gummistoßdämpfern getragen, die das | |
gesamte Gebäude seismisch von dem 3 Meter hohen Betonfundament isolieren. | |
Dadurch wird die Kuppel sowohl vor Erdbeben geschützt als auch vor | |
Erschütterungen in den benachbarten Büros und Laboren. | |
Die beeindruckendsten Bauteile des Teleskops sind die Spiegel, von denen | |
das ELT fünf haben wird. Astronomische Spiegel sind, trotz ihrer Größe, | |
empfindlich und filigran. Selbst die vergleichsweise kleinen Spiegel der | |
großen VLT-Teleskope sind so schwer, dass sie, wenn sie nicht richtig | |
gestützt werden, unter ihrem eigenen Gewicht zerbrechen würden. Zur | |
Reinigung müssen Ingenieure sie mit einem speziellen Gurt an 15 Haken | |
anheben. | |
Der Hauptspiegel des ELT ist so groß, dass er nicht in einem Stück | |
hergestellt werden kann. Stattdessen wird Schott, ein deutsches | |
Optikunternehmen, 798 Einzelteile herstellen, die wie ein einziger Spiegel | |
wirken. Jeder dieser Spiegel ist eine leicht gekrümmte, 1,5 Meter breite, | |
sechseckige Scheibe aus Hightech-Glaskeramik, die sich bei | |
Temperaturunterschieden so gut wie nicht verzieht.Die Bauteile werden in | |
Deutschland gegossen, in Frankreich poliert und dann mit in den | |
Niederlanden hergestellten Halterungen zusammengefügt, [5][bevor sie nach | |
Chile transportiert werden]. | |
Die ersten Spiegel sind bereits an der Baustelle eingetroffen. Jedes | |
Spiegelstück wird nach Ankunft kontrolliert, um sicherzugehen, dass es die | |
Reise unversehrt überstanden hat. Ricardo Parra, ein ELT-Ingenieur, | |
vergleicht den Prozess mit dem Läuten einer Glocke. Das Glas wird in | |
Schwingung gebracht und dann mit Beschleunigungssensoren an strategischen | |
Stellen gemessen. | |
Zum Schluss werden die Scheiben mit mehreren zusätzlichen chemischen | |
Schichten überzogen, darunter eine 100-Nanometer-Silberschicht, die für die | |
Reflektivität sorgt. Das Silber wird durch eine weitere Schicht aus hartem | |
Siliziumnitridglas vor dem Oxidieren geschützt. Die ESO geht davon aus, | |
dass jedes Spiegelstück alle zwei Jahre neu beschichtet werden muss. | |
Das Zusammenspiel der 798 Einzelteile stellt eine weitere Herausforderung | |
dar. Um ein brauchbares Bild zu erzeugen, muss jede einzelne Scheibe mit | |
einer Genauigkeit von wenigen zehn Nanometern in Position gehalten werden. | |
Jeder Spiegel wird von einem System aus Sensoren und Motoren unterstützt, | |
die die Glasoberfläche minimal verformen können, um Verzerrungen zu | |
korrigieren, die etwa durch kleine Temperaturschwankungen oder die | |
Veränderung der Schwerkraft durch das Kippen und Neigen des Spiegels | |
verursacht werden. | |
Der Hauptspiegel ist nur die erste Station. Das auf ihn auftreffende Licht | |
wird auf einen Sekundärspiegel und dann einen Tertiärspiegel umgelenkt, die | |
verschiedene feine optische Fehler korrigieren sollen. Mit einem | |
Durchmesser von etwa 4 Metern könnte jeder von ihnen allein schon ein | |
beeindruckender Hauptspiegel eines Teleskops sein. | |
Der vierte Spiegel hat die Aufgabe, die Tücken der Erdatmosphäre | |
auszugleichen. Dass die Sterne vom Boden aus betrachtet zu funkeln | |
scheinen, liegt daran, dass die Atmosphäre ständig in Bewegung ist. | |
Frédéric Gonté, ein Ingenieur für Instrumentenbau bei der ESO, vergleicht | |
den Effekt mit einem Blick ins Wasser. „Wenn Sie versuchen, auf den Boden | |
eines Schwimmbeckens zu sehen, sehen Sie, dass er sich bewegt“, sagt er. | |
„Die Atmosphäre macht das Gleiche mit uns.“ | |
Weltraumteleskope umgehen dieses Problem, indem sie oberhalb der Atmosphäre | |
fliegen. Bodengestützte Teleskope können sich stattdessen auf eine | |
Technologie namens Adaptive Optik verlassen. Dabei wird die Oberfläche | |
eines Spiegels verformt, um die durch die Luft verursachten Verzerrungen | |
auszugleichen. | |
Die Technologie ist keine Besonderheit des ELT. Viele moderne Teleskope | |
verfügen darüber, auch eines der großen VLT-Teleskope. Die anderen drei | |
werden derzeit damit ausgestattet. Aber die schiere Größe des ELT macht es | |
anfälliger für atmosphärische Verzerrungen. | |
## Aufschluss über die Atmosphäre | |
Mehr als 5.000 Aktoren hinter dem vierten Spiegel des ELT werden tausendmal | |
pro Sekunde winzige, wellenartige Anpassungen an seiner Form vornehmen. | |
Ohne diese Anpassungen wären die Bilder des ELT hoffnungslos unscharf. | |
Um genau zu bestimmen, wie der Spiegel Millisekunde für Millisekunde | |
verformt werden muss, ist es erforderlich, dass am Himmel etwas zu sehen | |
ist, dessen Form bekannt ist. Der Vergleich zwischen dem, was das Teleskop | |
tatsächlich sieht, und dem, was es sehen sollte, gibt Aufschluss über den | |
Zustand der Atmosphäre in dem jeweiligen Moment und ermöglicht es dem | |
System, die Verformung auszugleichen. | |
Oft ist das entsprechende Objekt ein heller Stern in der Nähe des | |
untersuchten Objekts. Steht jedoch kein geeigneter Stern zur Verfügung, | |
können die Astronom:innen einen künstlichen Stern generieren. | |
Künstliche Leitsterne werden erzeugt, indem helle orangefarbene | |
Laserstrahlen nach oben geschossen werden, so dass sie in etwa 90 | |
Kilometern Höhe Sterne um das zu beobachtende Bild herum bilden. Da das | |
System genau weiß, wie der Ersatzstern aussehen soll, kann es die | |
erforderlichen Spiegelkorrekturen vornehmen. | |
Man könnte meinen, dass alle anderen Teleskope überflüssig werden, sobald | |
das ELT in Betrieb ist. Doch selbst das ELT kann nicht alles. Die | |
Keck-Zwillingsteleskope auf Hawaii zum Beispiel, einst die größten der | |
Welt, haben Spiegel mit einem vergleichsweise mickrigen Durchmesser von | |
zehn Metern. | |
Aber sie haben den Vorteil, auf einem wesentlich höheren Berg positioniert | |
zu sein, mit besserer Sicht als in Chile. Und die Tatsache, dass es zwei | |
davon gibt, bedeutet, dass doppelt so viele Astronom:innen damit | |
arbeiten können. | |
Das VLT und andere Teleskope mit mehreren Spiegeln können außerdem eine | |
Technik namens Interferometrie nutzen. Das ist eine clevere Methode, um | |
Signale so zu kombinieren, dass das Auflösungsvermögen nicht von der Größe | |
der einzelnen Spiegel abhängt, sondern von der Entfernung zwischen ihnen. | |
Beim VLT sind es mehr als 100 Meter. Das erhöhte Auflösungsvermögen geht | |
jedoch mit einem engeren Sichtfeld einher. Das ELT konkurriert nicht mit | |
Teleskopen wie dem VLT, sagt der Ingenieur Gonté. „Es ist eine Ergänzung.“ | |
Aber wenn es darum geht, die lichtschwächsten und am weitesten entfernten | |
Objekte zu entdecken, ist die Größe des Spiegels Trumpf. In dieser Hinsicht | |
scheint das ELT für die absehbare Zukunft das letzte Wort zu haben. Ein | |
Konzept für das [6][„Overwhelmingly Large Telescope“], auf Deutsch | |
„überwältigend großes Teleskop“, hätte einen 100-Meter-Spiegel vorgeseh… | |
Dieses Projekt wurde jedoch in den 2000er Jahren aufgrund der Komplexität | |
und der Kosten auf Eis gelegt. | |
Das Giant Magellan Telescope, auf Deutsch „Riesen-Magellan-Teleskop“, wird | |
derzeit einige hundert Kilometer südlich des ELT auf einem Grundstück der | |
Carnegie Institution for Science, einer gemeinnützigen Organisation aus den | |
USA, gebaut. | |
Es soll in den 2030er Jahren das erste Mal Licht sehen. Sieben große | |
Spiegel werden hier zu einem einzigen gigantischen Spiegel mit einem | |
effektiven Durchmesser von 25,4 Metern kombiniert. Trotzdem wird es nur | |
etwa ein Drittel der Spiegelfläche des ELT haben. Ein Team von | |
Wissenschaftler:innen aus Amerika, Kanada, Indien und Japan versucht | |
unterdessen, ein Mega-Teleskop auf [7][Hawaii] zu bauen. Das Thirty Meter | |
Telescope (TMT) wäre, wie der Name schon sagt, ein Riese – wenn auch immer | |
noch kleiner als das ELT. Es ist allerdings unklar, wann oder ob es | |
überhaupt fertiggestellt wird. | |
Der Bau wurde wegen Auseinandersetzungen um den Berg, auf dem es errichtet | |
werden soll, gestoppt. Denn der Mauna Kea wird von einigen als heilig | |
angesehen. Wer in den nächsten Jahrzehnten Zugang zum größten Teleskop | |
haben will, das man für Geld kaufen kann, wird sich auf den Weg nach | |
Nordchile machen müssen. | |
© The Economist, Übersetzung aus dem Englischen von Enno Schöningh | |
14 Jan 2024 | |
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[4] /Webb-Teleskop-sendet-erste-Aufnahmen/!5865964 | |
[5] https://www.eso.org/public/germany/images/eso2319a/ | |
[6] https://supernova.eso.org/germany/exhibition/0913/ | |
[7] /Ausbruch-des-Vulkans-Mauna-Loa-auf-Hawaii/!5898844 | |
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