Flugzeugteleskop SOFIA fliegt in Schatten des Pluto

Die fliegende Sternwarte SOFIA (Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie), ist am 19. Juni 2015 um 09:20 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit (19:20 Uhr Ortszeit) zum ersten Beobachtungsflug der diesjährigen Neuseeland-Kampagne gestartet.

In den kommenden fünf Wochen sind 14 Forschungsflüge mit dem US-amerikanischen Instrument FORCAST (Faint Object InfraRed-CAmera for the SOFIA Telescope) und dem in Deutschland gebauten Ferninfrarotspektrometer GREAT (German REceiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) geplant. Dabei werden vor allem Sternentstehungsgebiete in der Großen und der Kleinen Magellanschen Wolke sowie in unserer Milchstraße im Fokus der Wissenschaftler stehen. Mit zwei weiteren Instrumenten und der Sucherkamera des Teleskops soll außerdem eine Sternbedeckung durch den Zwergplaneten Pluto beobachtet werden.

Von seinem Heimatflughafen in Palmdale, Kalifornien, war das fliegende Observatorium bereits am 12. Juni in Richtung Hawaii gestartet, wo die Maschine während eines vierstündigen „Pitstops“ aufgetankt und das Pilotenteam ausgewechselt wurde. Den siebenstündigen nächtlichen Flug nutzten die Wissenschaftler an Bord, um mit dem Instrument FORCAST Gas- und Staubwolken im Galaktischen Zentrum, also dem Herzstück unserer Milchstraße, zu beobachten. Weitere zehn Stunden dauerte der Flug von Honolulu nach Christchurch, wo SOFIA am 14. Juni von gespannten Planespottern erwartet wurde. Bis zum 20. Juli wird ein Team von über 100 Mitarbeitern, darunter Wissenschaftler, Piloten, Wartungsmannschaften und Teleskop-Operateure, die Messkampagne vor Ort durchführen.

Plutos Schatten auf der Erde – SOFIA und „New Horizons“

Damit die SOFIA-Missionen in Neuseeland wieder erfolgreich wird, bekam das Observatorium inzwischen auch „Beistand von oben“: Am 15. Juni überbrachte eine Abgeordnete der Ngāi Tahu-Maori den Segen der Ureinwohner Neuseelands für ein gutes Gelingen der diesjährigen Kampagne. Diese wird diesmal besonders spannend: Am frühen Morgen des 29. Juni gegen 05:00 Uhr Ortszeit soll mit der Infrarotkamera FLITECAM, der optischen Kamera HIPO und mit der Sucherkamera des Teleskops, dem Focal Plane Imager FPI, eine Sternbedeckung durch den Zwergplaneten Pluto beobachtet werden. Die Art und Weise, wie das Licht des Hintergrundsterns sich durch Pluto verdunkelt und nach der Bedeckung wieder aufleuchtet, lässt Rückschlüsse auf die Atmosphäre des Pluto zu. Dazu ist allerdings ein ausgezeichnetes „Timing“ erforderlich, denn der nur rund 2.000 Kilometer breite Schatten des Pluto rast mit rund 80.000 Kilometern pro Stunde über den Südpazifik.

Besonders interessant ist diese Beobachtung, da nur 14 Tage später, am 14. Juli, das Raumfahrzeug „New Horizons“ der NASA den Pluto in einem Abstand von etwa 12.000 Kilometern passieren und mit einer Reihe von Instrumenten erstmals aus der Nähe inspizieren wird. Diese recht kurzen Pluto-Beobachtungen werden ebenso wie die von SOFIA gewonnenen Daten in die Langzeitforschungen zur Pluto-Atmosphäre eingehen.

Nach der spannenden Pluto-Bedeckung wird SOFIA die astronomischen Beobachtungen zunächst mit FORCAST fortsetzen, bevor in den beiden letzten Wochen das von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn entwickelte Spektrometer GREAT eingesetzt wird. Dabei nutzt SOFIA wie schon beim Einsatz im Juli 2013 im neuseeländischen Winter die langen Nächte und die geringe Wasserdampfkonzentration in der Atmosphäre für die Beobachtungen. Schon kleinste Mengen Wasserdampf in der Luft „schlucken“ einen Teil der Infrarotstrahlung aus dem All. Dies ist auch der Grund, warum die Untersuchungen vom Flugzeug aus in einer Höhe von rund 14 Kilometern durchgeführt werden – hier ist der Wasserdampfgehalt wesentlich geringer als am Boden.

Von der Antarktis nach Hawaii

Bei den Forschungsflügen nehmen die Wissenschaftler vor allem die Kleine und die Große Magellansche Wolke ins Visier. Diese beiden „Zwerggalaxien“ – unmittelbaren Nachbarn unserer Milchstraße – sind ausschließlich von der südlichen Hemisphäre aus zu beobachten. Die Sternentstehungsgebiete darin sind maximal „nur“ rund 200.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Daher können die Forscher mit Hilfe der Infrarot-Instrumente den gesamten Zyklus einer Sternengeburt beobachten. Ihr Ziel ist es, die 2013 in der ersten Neuseeland-Mission gesammelten Daten zu ergänzen und weitere Himmelsregionen zu untersuchen. Unterstützt wird die Mission von der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF). Diese betreibt während des neuseeländischen Sommers am Flughafen in Christchurch ihr Antarktis-Forschungsprogramm und stellt ihre Einrichtungen nun für SOFIA zur Verfügung. Am 24. Juli soll SOFIA nach einem erneuten Zwischenstopp in Hawaii wieder in Palmdale eintreffen.

GREAT, der „German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies“, ist ein Empfänger für spektroskopische Ferninfrarot-Beobachtungen in einem Frequenzbereich von 1,25 bis 4,7 Terahertz (63-240 µm Wellenlänge), der von bodengebundenen Observatorien aus wegen der mangelnden atmosphärischen Transparenz nicht mehr zugänglich ist. Dieser Empfänger kommt als Instrument der ersten Generation am Flugzeug-Observatorium SOFIA zum Einsatz.

GREAT wird in einem Konsortium deutscher Forschungsinstitute (MPIfR Bonn und KOSMA/Universität zu Köln, in Zusammenarbeit mit dem MPI für Sonnensystemforschung und dem DLR-Institut für Planetenforschung) entwickelt und betrieben. Projektleiter für GREAT ist Dr. Rolf Güsten (MPIfR). Die Entwicklung des Instruments ist finanziert mit Mitteln der beteiligten Institute, der Max-Planck-Gesellschaft, der Deutschen Forschungsgemeinschaft und des DLR.

Abb. 1: Begrüßung der fliegenden Sternwarte durch die Feuerwehr von Christchurch. Bei der Landung auf dem Flughafen von Christchurch am 14. Juni 2015 wurde SOFIA von der Feuerwehr mit Wasserfontänen begrüßt.

Abb. 2: Das Infrarot-Observatorium wird unter anderem die Magellanschen Wolken untersuchen. Neben Beobachtungszielen in unserer Milchstraße wollen die Wissenschaftler auf den SOFIA-Flügen auch die Kleine und die Große Magellansche Wolke untersuchen. Die Abbildung zeigt ein aus Beobachtungen des ESA-Satelliten Herschel und des NASA-Satelliten Spitzer zusammengesetztes Infrarot-Bild der Großen Magellanschen Wolke. Deutlich zeichnen sich die dunklen Gas- und Staubwolken in der unserer Milchstraße benachbarten Zwerggalaxie ab.

Abb. 3: SOFIA erhält den Segen der Maori für ein gutes Gelingen der diesjährigen Forschungskampagne. Uberbracht von einer Abgeordneten der Ngāi Tahu-Maori (Bildmitte).

Abb 4: Das Instrument FORCAST wurde ans Teleskop montiert. Die ersten Beobachtungsflüge der diesjährigen Neuseeland-Kampagne werden mit dem U.S.-amerikanischen Instrument FORCAST durchgeführt.

SOFIA ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). 

Fotos: DSI/Thomas Keilig, ESA/NASA/JPL-Caltech/STScI, NASA/SOFIA/USRA/G. Perryman, DLR