Die fliegende Sternwarte SOFIA, das „Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie“, ein Gemeinschaftsprojekt der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA und des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt (DLR) hat ein neues Instrument an Bord: Das Ferninfrarot-Spektrometer upGREAT.
upGREAT hat jetzt seinen ersten Einsatz auf vier Inbetriebnahme-Flügen im kalifornischen Palmdale, dem Heimatflughafen von SOFIA, erfolgreich gemeistert und mit bislang unerreichter Effizienz den Ursprung der Strahlung von Kohlenstoff aus den Gas- und Staubwolken des Weltalls untersucht. „Wir sind begeistert von der Qualität der Messungen“, freut sich upGREAT-Projektleiter Dr. Christophe Risacher vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, und ergänzt: „Obwohl eigentlich die Inbetriebnahme mit diversen Testmessungen im Vordergrund stand, werden uns bereits diese ersten Beobachtungen eine Fülle neuer Erkenntnisse über die Sternentwicklung liefern.“
upGREAT ist eine Weiterentwicklung des Ferninfrarot-Spektrometers GREAT („German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“), mit dem seit 2011 bereits 50 erfolgreiche Wissenschaftsflüge mit SOFIA durchgeführt wurden. Das Instrument wurde von einem Konsortium deutscher Forschungsinstitute – dem MPIfR und dem „Kölner Observatorium für SubMillimeter Astronomie“ (KOSMA) der Universität zu Köln in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin entwickelt und gebaut. upGREAT betreibt statt einem 14 Detektoren gleichzeitig.
Instrumente an Bord mit flüssigem Helium gekühlt
Sie sind verteilt auf zwei Arrays von jeweils sieben Detektoren, wobei die Empfindlichkeit jedes einzelnen noch einmal um etwa 30 Prozent verbessert wurde. „Nur vier Jahre nach dem Ersteinsatz von GREAT erreichen wir mit upGREAT eine rund 20-fach höhere Beobachtungseffizienz. Das zeigt das enorme Entwicklungspotenzial von flugzeuggetragenen Observatorien im Vergleich zu Weltraumteleskopen, deren Instrumente in der Regel nicht erneuert werden können“, erläutert Alois Himmes, SOFIA-Projektleiter im DLR. Allerdings hat die Weiterentwicklung auch ihren Preis. Die Detektoren müssen bei sehr tiefen Temperaturen, nur wenige Grad über dem absoluten Temperatur-Nullpunkt, betrieben werden.
Während für den Betrieb eines einzelnen Detektors die Füllung eines Kryostaten mit Flüssig-Helium für 24 Stunden ausreichte, ist dies bei 14 Pixeln nicht mehr möglich. Daher kommen bei upGREAT erstmals so genannte Cryo-Cooler zum Einsatz, deren Arbeitsprinzip irdischen Kühlschränken ähnelt. Auch dieses von Ingenieuren der NASA, des GREAT-Teams und des Deutschen SOFIA-Instituts in den letzten Monaten entwickelte und ins Flugzeug integrierte System hat bei seinem ersten Einsatz perfekt funktioniert. SOFIA ist auf einer besonders kurzen Version der Boeing 747 montiert, was ihr eine besonders große Flughöhe ermöglicht.
Auf dem Bild: In einer der ersten großräumigen Kartierungen mit dem upGREAT Spektrometer wurde die Verteilung des einfach-ionisierten Kohlenstoffs um den Nebel Sharpless 106 aufgezeichnet. Die Kohlenstoff-Linie wird durch die intensive Ultraviolett-Strahlung eines eben entstandenen heißen, massereichen Sterns angeregt, der – noch eingebettet in die absorbierenden Staubschichten seiner Geburtswolke – diese verändert und letztlich zerstört. Die hohe spektrale Auflösung des Spektrometers erlaubt es, die Dynamik des Gases mit bislang unerreichter Präzision zu vermessen. In den Karten wird die Kohlenstoff-Emission bei leicht unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Gases in Falschfarben dargestellt (hohe Intensitäten sind rot).
Fotos: Patrick Pütz bzw. Robert Simon, beide Universität zu Köln.
