Was machen Weltraumteleskope eigentlich?

Seit vielen Jahren hoffen Astronomie-Fans in aller Welt darauf, dass das James-Webb-Weltraumteleskop endlich startet. Eigentlich hätte es bereits 2014 soweit sein sollen, aber wie so manches Großprojekt kam es zu Verzögerungen und Extrakosten. 2021 soll das amerikanisch-europäische Gemeinschaftsprojekt laut aktuellen Prognosen starten und dann das legendäre Hubble ablösen. Während die beiden Projekte einen relativ großen Bekanntheitsgrad genießen, gibt es im Weltraum aber eine Vielzahl an Weltraumteleskopen - sogar (teilweise) österreichische. Sie unterscheiden sich nicht nur in ihrer Größe gravierend, sondern auch in ihren Fähigkeiten, ihrer Platzierung und ihren Aufgaben.

Strahlungstypen

Die Instrumente der Teleskope James Webb und Hubble messen etwa sichtbares Licht - wobei das modernere der beiden eigentlich auf den mit freiem Auge nicht sichtbaren Infrarotbereich optimiert ist. Weltraumteleskope empfangen aber auch Signale in ganz anderen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums. Das reicht etwa von den besonders energiereichen Gammastrahlen über Röntgenstrahlen, ultraviolettes Licht, Mikrowellen und Radiofrequenzen.

Beobachtbare Phänomene

In jedem dieser Frequenzbereiche lassen sich völlig andere Phänomene im Weltraum beobachten. Mit Gammastrahlenteleskopen entdeckt man etwa Neutronensterne, Pulsare, Schwarze Löcher und Supernovae. Mit Röntgenteleskopen erkennt man die Strukturen von Galaxienhaufen und die Ausdehnung des Universums. Ultraviolettes Licht verrät die Zusammensetzung besonders heißer Sterne. Im Infrarotbereich kann man die Entstehung von Sternen beobachten, noch bevor sie sichtbar zu leuchten beginnen. Mit Mikrowellen- und Radioastronomie wurde die kosmische Hintergrundstrahlung entdeckt, welche die Urknalltheorie untermauert.

Vorteile im All

Warum muss man solche Teleskope überhaupt ins All schießen und stellt sie nicht einfach auf der Erde auf? Das liegt an der Erdatmosphäre: Sie lässt nur bestimmte Arten von Strahlung durch und blockiert andere völlig. Am durchlässigsten ist sie für Radiofrequenzen. Sichtbares Licht wird fast vollständig weitergeleitet, allerdings kommt es durch Turbulenzen in der Luft zu Verzerrungen - das Phänomen führt anderem dazu, dass Sterne flackern. Moderne Teleskope können diese Verzerrungen messen und korrigieren. Im Weltraum entfällt aber ein weiteres Problem, das optische Teleskope auf der Erde haben: Die Lichtverschmutzung. Beobachtungen im Gamma-, Röntgen-, oder Mikrowellenbereich sind von der Erde aus gar nicht möglich.

Größenunterschiede

Weltraumteleskope gibt es in vielen unterschiedlichen Größen. Die Teleskope der BRITE-Nanosatelliten (einem Gemeinschaftsprojekt von Kanada, Polen und Österreich) besitzen etwa eine Blendenöffnung von nur drei Zentimeter. Das James-Webb-Teleskop wird wiederum einen Spiegeldurchmesser von 6,5 Meter aufweisen. Je größer der Durchmesser des Teleskops, desto detaillierter lassen sich Objekte im All erfassen. Für manche Zwecke reichen aber auch kleinere Sensoren aus. Die aus sechs Satelliten bestehende BRITE-Konstellation beobachtet etwa Temperaturveränderungen besonders heller Sterne über längere Zeiträume hinweg. Das James-Webb-Teleskop soll hingegen u.a. Licht einfangen, das eine besonders lange Distanz zurückgelegt hat. Damit soll möglichst weit in die Geschichte zurück geblickt werden, um die Entstehung der ersten Sterne und Galaxien des Universums zu studieren.

Spezialisierungen

Andere Weltraumteleskope, wie etwa "Planetenjäger" TESS der NASA, sind ganz auf die Entdeckung von Exoplaneten spezialisiert. Das Teleskop Swift ist darauf ausgerichtet, in einen großen Ausschnitt des Weltraums Ausschau nach Gammastrahlenblitzen zu halten, deren Entstehung noch rätselhaft ist. Mit seinem Gaia-Teleskop will die ESA unterdessen möglichst genaue Abstandsmessungen im All vornehmen.

Positionierung

Jede Aufgabe verlangt unterschiedliche Instrumente, Steuerungsmechanismen und Positionierungen. Hubble und eine große Zahl anderer Weltraumteleskope schweben etwa im Erdorbit, während James Webb und ein paar andere um den Lagrange-Punkt L2 des Erde-Sonne-Systems kreisen. Dort - etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt - kann man Teleskope weitgehend vor dem von der Sonne ausgestrahlten und von Erde und Mond reflektierten Licht abschirmen. Damit kann ein Teleskop durchgehend arbeiten, während im Erdorbit Pause gemacht werden muss, wenn sich das Teleskop auf der Tagseite aufhält.

Nachteile im All

Klarerweise haben Weltraumteleskope nicht nur Vorteile gegenüber erdbasierten Messinstrumenten. Zunächst einmal sind sie wesentlich teurer. Sie müssen extrem robust konstruiert sein, um die Kräfte eines Raketenstarts und den Aufenthalt im All auszuhalten. Wenn einmal etwas daran kaputt geht, ist es nur schwer zu reparieren. Wie schwierig die Wartung eines Weltraumteleskops fällt, sah man bei Hubble. Bereits kurz nach Aufnahme des Betriebs im Frühjahr 1990 wurde klar, dass man beim Schliff des Spiegels einen Fehler gemacht hatte, der die gesamte Mission gefährdete. Eine Space-Shuttle-Crew konnte das Problem erst drei Jahre später beheben.

Fortschritt

Durch technische Innovationen ist die Menschheit in der Lage immer leistungsfähigere Teleskope zu entwickeln. James Webb wird deshalb nicht das Ende der Reise darstellen. Die NASA alleine hat bereits detaillierte Pläne für vier weitere derartige Projekte. Diese werden im kommenden Jahr einer Expertenkommission vorgelegt, die alle zehn Jahre zusammentritt, um die Marschrichtung der Weltraumforschung vorzugeben. Von den vier gewünschten Teleskopen wird jedoch realistischerweise nur eines verwirklicht werden - mehr geht sich wahrscheinlich finanziell nicht aus.