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# 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
## LINKS
[1] /Umstrittene-Mine-in-Chile/!5480028
[2] /!5919919/
[3] /Baldiger-Start-von-James-Webb-Teleskop/!5815467
[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
## AUTOREN
The Economist
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