Abgesehen vom James-Webb: 5 Weltraumteleskope auf Erkundungstour

Das neue James-Webb-Teleskop steht kurz vor seinem ersten Einsatz für die Erforschung des Weltraums. Schon die ersten Test-Bilder zeigen, wie hochwertig die Bilder sein werden, die Webb zur Erde schicken wird. Bis es soweit ist, werfen wir einen Blick auf 5 derzeit aktive Weltraumteleskope.

Weltraumteleskope messen das sichtbare Licht, empfangen aber auch Signale im Infrarotbereich, Mikrowellen sowie Gamma- und Röntgenstrahlen. Teleskope auf der Erde können das aufgrund der Erdatmosphäre nicht sehen. 

1) Gaia

Gaia ist ein Teleskop der ESA und startete im Dezember 2013 ins All. Es befindet sich, wie Webb, beim Lagrange Punkt 2. Zwei Teleskope liefern Bilder mit einer Auflösung von insgesamt einer Milliarde Pixel. Sie werden von einem Sonnenschild mit 10 Meter Durchmesser gekühlt.

Gaia erstellt laut der ESA „eine außerordentlich präzise dreidimensionale Karte von mehr als einer Milliarde Sternen in unserer Milchstraßengalaxie und darüber hinaus." Diese beinhaltet auch Bewegungen, Leuchtkraft, Temperatur und die Zusammensetzung der Himmelskörper.

Die jüngste Datensammlung DR3 wurde 2020 veröffentlich (futurezone berichtete), das nächste "Update" ist für 13. Juni 2022 geplant. Mit den Datensätzen wird ein sehr umfangreicher Sternekatalog erstellt, der aktuell mehr als 1,8 Milliarden Himmelskörper beinhaltet. Forscher*innen konnten damit etwa in die Vergangenheit der Milchstraße blicken und messen, dass sich die Milchstraße mit 0,23 nm/s bewegt.

Durch die Analyse der Daten konnten Astronom*innen auch neue Hinweise auf Galaxien finden, die von der Milchstraße geschluckt werden. Im Rahmen der Studie untersuchten die Wissenschafter*innen die 5 bisher bekannten Galaxien (Sagittarius, Cetus, Enceladus, Wukong, Arjuna), die derzeit mit der Milchstraße verschmelzen. Dabei entdeckten sie ein neues Event namens „Pontus“.

Aufgrund der Art und Weise, wie Pontus von der Milchstraße auseinandergezogen wurde, schätzen sie, dass sie wahrscheinlich vor 8 bis 10 Milliarden Jahren in die Milchstraße gestürzt ist. Sagittarius hingehen in den letzten 5 bis 6 Milliarden Jahren in die Milchstraße gefallen sein. Deshalb konnte die Milchstraße sie nicht vollständig aufbrechen, heißt es in einer Aussendung.

2) CHEOPS

Das CHEOPS-Weltraumteleskop der ESA ist 1,5 Meter groß, wiegt 280 Kilogramm und umkreist die Erde bei einer Entfernung von 700 Kilometer. Im Dezember 2019 hat es die Erde verlassen und umkreist sie in einem sonnensynchronen Orbit (SSO). Das bedeutet, seine Kamera zeigt immer auf den Nachthimmel. 

Der Name steht für „CHaracterising ExOPlanet Satellite" und verrät seinen Zweck. Es soll Transits von bereits entdeckten Exoplaneten in den Größenklassen von Supererden bis zu neptungroßen Planeten untersuchen.

CHEOPS ist ein Photometer mit einem 300 mm-Teleskop, der Sternenlicht hochpräzise messen kann. Es bestimmt die Masse und den Durchmesser und somit auch die Dichte der Exoplaneten. Daraus lässt sich ableiten, wie die Planeten aussehen. So erfährt man, ob er eine Atmosphäre hat, welche Gesteine dort zu finden sind und ob Wasser oder Eis vorkommt. 

Dazu wird die Transit-Methode angewandt, die auch für das Finden von Exoplaneten genutzt wird. Hier werden Veränderungen bei der Leuchtkraft von Sternen gemessen. Schiebt sich ein Exoplanet zwischen den Stern und die Kamera, können kleinste Veränderungen in der Helligkeit gemessen werden. 

So entdeckte CHEOPS sogar einen Exoplanet mit der ungewöhnlichen Form eines Rugbyballs. Es ist laut der ESA das allererste Mal, das die Deformation eines Exoplaneten gesichtet wurde. Er scheint seine Gestalt durch die starken Gezeitenkräfte zwischen dem Planeten und seinem Wirtsstern erhalten zu haben.

3) Spektr-RG / eROSITA

Die Raumsonde „Spectrum-Röntgen-Gamma“, kurz Spektr-RG, wurde von der russischen Weltraumorganisation Roskosmos in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt entwickelt. Es befindet sich beim Lagrange Punkt 2.

Das vom deutschen Max-Planck-Institut betriebene Röntgenteleskop eROSITA wurde allerdings am 26. Februar aufgrund des russischen Angriffskriegs gegen die Ukraine in einen Ruhemodus versetzt. Wann die Arbeit wieder aufgenommen wird, hängt von der weiteren Entwicklung ab.

Die Hauptaufgabe ist es, von den gesamten Himmel im mittleren Röntgenbereich detailliert zu kartieren. Speziell werden Galaxiehaufen untersucht. Gravitation und Dunkle Energie haben Einfluss darauf, wie sie Entstehen und wie sie sich im Universum verteilen. Außerdem wird die Expansionsrate des Universums gemessen.

SRG besteht aus 2 voneinander unabhängigen Instrumenten. Beide nutzen ein Bündel aus jeweils 7 röhrenförmige Spiegelmodulen, in denen Hochleistungs-Röntgendetektoren platziert sind.

eROSITA ist das Hauptinstrument. Es besitzt 7 Module mit jeweils 54 verschachtelten Spiegelelementen. Die 7 Module des kleineren russischen ART-XC-Teleskops (Astronomical Röntgen Telescope – X-ray Concentrator) steht, bestehen aus je 28 ineinander verschachtelten Spiegelschalen. 

Seit 2019 wurden 4 der 8 geplanten Durchmusterungen durchgeführt. Im Rahmen dieser konnten laut einer Studie mithilfe von dem eROSITA-Teleskop 13 TDEs entdeckt werden. TDE steht für das astronomische Phänomen Tidal Disruption Event. Dabei nähert sich ein Stern einem supermassereichen Schwarzen Loch. Dabei wird der Stern spiralförmig aufgebrochen und bildet eine Akkretionsscheibe um das Schwarze Loch.

4) IXPE

Kosmische Röntgenstrahlen sind eine Form von Licht und werden von Orten freigesetzt, an denen die Materie extremen Bedingungen ausgesetzt ist – seien es heftige Kollisionen, gewaltige Explosionen, hohe Temperaturen, schnelle Rotationen und starke Magnetfelder. Licht besteht aus einem elektromagnetischen Feld, schwingt dieses hauptsächlich in eine Richtung, ist es polarisiert.

Derr Imaging X-ray Polarimetry Explorer, kurz IXPE, misst die Polarisation von diesen Röntgenstrahlen, welche Informationen über die astrophysikalische Lichtquelle und ihrer Geometrie preisgeben kann. Unter anderem sollen so Erkenntnisse über Schwarze Löcher, ihren Jets aus energiereichen Teilchen sowie Neutronensterne gesammelt werden. 

IXPE ist mit 3 identischen Teleskopen ausgestattet, die aus einer Reihe von zylindrischen Spiegeln und einem empfindlichen Detektor bestehen. Die Spiegel sammeln die Röntgenstrahlen und fokussieren sie auf die Detektoren, die ein Bild erstellen und die Polarisation messen.

Noch vor dem James-Webb-Teleskop ist IXPE am 9. Dezember 2021 ins All gestartet. In den ersten 2 Jahren sollen um die 40 Himmelsobjekte untersucht werden. Mittlerweile hat es auch schon sein erstes Bild zur Erde übermittelt. Dabei handelt es sich um Cassiopeia A, die Überreste einer Supernova, die man im 17. Jahrhundert beobachten hätte können. Die NASA hat 2 Bild-Versionen veröffentlicht:

Die Schockwellen der Supernova haben das umgebende Gas erhitzt und die kosmischen Strahlen beschleunigt, wodurch sich diese ersichtliche Wolke gebildet hat.

Die Forscher*innen erstellen nun mithilfe der IXPE-Daten die allererste Röntgenpolarisationskarte von Cassiopeia A. Diese soll Hinweise dazu geben, wie die Röntgenstrahlung des Objekts erzeugt wird. "Die zukünftigen Polarisationsbilder von IXPE sollten die Mechanismen im Herzen dieses berühmten kosmischen Beschleunigers enthüllen", wird Roger Romani, einer der IXPE- Investoren an der Stanford University in einer Aussendung zitiert. "Um einige dieser Details aufzuklären, haben wir eine Methode entwickelt, um die Messungen von IXPE mit Hilfe von maschinellen Lernverfahren noch präziser zu machen. Wir sind gespannt, was wir bei der Analyse aller Daten herausfinden werden."

5) TESS

Der Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) ist der Nachfolger des Kepler-Teleskops und wird seiner Rolle mehr als gerecht. Mittlerweile wurden mithilfe von TESS über 5.400 potenzielle Exoplaneten entdeckt und die Liste wächst stetig weiter. Allerdings wurden von ihnen „nur“ 203 bestätigt. Nach Angaben des MIT erforscht es aktuell die nördliche Hemisphäre des Himmels.

TESS ist mit 4 identischen Kameras, die jeweils ein Sichtfeld von 24 x 24 Grad bieten, und den zugehörigen CCD-Sensoren ausgestattet. Es nutzt die Transitmethode. Exoplaneten werden dabei aufgespürt, indem sehr kleine und wiederholbare Einbrüche in der Helligkeit eines Sterns ermittelt werden. Diese werden verursacht, wenn ein Planet einen Teil des Sternenlichts blockiert, während er zwischen TESS und dem Stern hindurchfliegt.

Einer dieser Exoplaneten ist TOI-2180b, der ungefähr so groß wie der Jupiter ist. Mit einer Entfernung von 379 Lichtjahren ist er relativ nahe an unserer Erde. Seine Umlaufbahn macht ihn zu einem besonderen Fund. Ganze 261 Tage soll er nämlich brauchen, um seinen Wirtsstern zu umkreisen – deutlich länger als die meisten Gasriesen, die sich außerhalb unseres Sonnensystems befinden. Er hat etwa die 105-fache Masse der Erde ist mit 77 Grad Celsius im Vergleich zu anderen größeren Exoplaneten eher kühl.

TESS hat bisher fast 3 Jahre im All verbracht und soll noch mindestens bis 2025 aktiv bleiben. Es kommt es auch im Film „A Billion Stars – Im Universum ist man nicht allein“ vor, wo der Astronom Dr. Isaac Brun, gespielt von Patrick J. Adams, nach außerirdischem Leben sucht.

Wie man sieht, gibt es unterschiedliche Teleskope, die auf bestimmte Himmelskörper und Signale ausgerichtet wurden. Ihre aktuellen und spannenden Entdeckungen findet ihr in unserem Science-Channel.