Ein Dom für Himmelsforscher#
Mit einem Riesenknall leiteten die Europäer den Bau des mächtigsten Spiegelteleskops der Welt ein - mit seiner Hilfe sollen Erkenntnisse möglich werden, die unser Weltbild verändern könnten.#
Von der Wiener Zeitung (Sa./So., 21./22. Juni 2014) freundlicherweise zur Verfügung gestellt.
Von
Christian Pinter
Grafik: ESO
Am 19. Juni ebnete eine gewaltige Explosion den Gipfel des 3060 Meter hohen Cerro Armazones ein. Auf dem resultierenden Plateau wird der Spatenstich zum Bau des gigantischsten Teleskops der Welt erfolgen. Denn in der Spitzenastronomie kommt es heutzutage auf die Größe an.
Je tiefer man ins All blickt, desto weiter schaut man nämlich zurück in die Vergangenheit. Dank der endlichen Ausbreitungsgeschwindigkeit des Lichts sehen wir entfernte Galaxien so, wie sie aussahen, als sich ihr Licht auf Reisen machte. Das erlaubt den Blick in kosmische Epochen, die Milliarden Jahre zurück liegen. Nur so lässt sich die Entwicklung des Universums nachzeichnen.
Die Sache hat allerdings einen Haken. Die Stärke des Lichts verliert sich mit dem Quadrat zur Entfernung. Will man doppelt so weit hinaus und damit zurück schauen, muss man gleich viermal mehr Photonen ("Lichtteilchen") einfangen. Deshalb fordern Astronomen möglichst große Photonentrichter für ihre Zeitreisen. Als solche dienen die leicht gekrümmten Hauptspiegel ihrer Teleskope. Deren Lichtsammelvermögen wächst mit der Oberfläche: Doppelte Spiegelfläche ist auch doppelte Lichtausbeute.
Die leistungsfähigsten Teleskopspiegel der Welt besitzen heute Durchmesser um zehn Meter - und damit reflektierende Flächen von Wohnungsgröße. Was wäre da erst mit einer Optik von 39 Metern Weite möglich, deren Fläche fast an jene eines olympischen Schwimmbeckens heranreicht? Sie würde mindestens fünfzehn mal mehr Photonen sammeln als die besten Instrumente der Gegenwart - so viele wie 40 Millionen Menschenaugen gleichzeitig!
Europäische Führung#
Mit der Verwirklichung eines solchen Superinstruments beginnt die Europäische Südsternwarte jetzt, trotz der Baukosten von weit mehr als einer Milliarde Euro. Die jährlichen Betriebsausgaben schlagen später mit gut 50 Millionen zu Buche.
Dafür wird dieses Forschungsinstrument in puncto Größe alle anderen in den Schatten stellen. Zwar schläft auch die US-Konkurrenz nicht, doch muss die sich künftig mit Spiegeldurchmessern von maximal 30 Metern "begnügen". Die Übergröße der Europäer bringt 70 Prozent mehr Licht. So betrachtet, hätte Europa die Nase damit endlich wieder vorn - zum ersten Mal seit über hundert Jahren.
Zu Beginn des 20. Jahrhunderts hatten die US-Astronomen ihre europäischen Kollegen nämlich abgehängt. In damals schwer zugänglichen und nachts noch sehr dunklen Gebieten zogen sie gewaltige Observatorien hoch, unter anderem am Mt. Wilson. Mit dem dortigen 2,5 Meter-Teleskop gelangen epochale Entdeckungen - wie die ersten Distanzmessungen bei fremden Milchstraßen oder der Nachweis der kosmischen Expansion. Das 5-Meter-Teleskop auf dem Mt. Palomar in Kalifornien wurde 1948 geradezu als "Weltwunder" gefeiert. Es erwarb sich legendären Ruf.
Den europäischen Staaten fehlten die finanziellen Mittel hingegen. Außerdem wurden zukunftssichere Beobachtungsplätze rar, wegen der Lichterflut der ausufernden Städte. In dieser Situation schlugen prominente Astronomen aus Deutschland, den Niederlanden, Frankreich und Schweden 1953 die Schaffung eines gemeinsam betriebenen Observatoriums vor. Neun Jahre danach hob man die entsprechende Organisation aus der Taufe: die "Europäische Südsternwarte" (ESO).
Deren erstes Teleskop ging 1966 in Betrieb, und zwar auf dem 2400 Meter hohen La Silla in den chilenischen Anden. Bald reihte sich dort Sternwartekuppel an Sternwartekuppel. Eine beherbergte das damals größte Teleskop der Europäer: Durchmesser 3,6 Meter. 1999 eröffnete man einen weiteren ESO-Standort in Chile, diesmal auf dem 2635 Meter hohen Cerro Paranal. Hier arbeitet seither das "Very Large Telescope" (VLT): In jedem der vier kantigen Schutzbauten wartet ein Instrument von 8,2 Metern Durchmesser auf die Nacht. Die Riesen lassen sich bei Bedarf sogar zusammenschalten: Das verringert zwar ihre Lichtstärke enorm, erhöht aber die Trennschärfe. Das Quartett hat seither Entdeckung um Entdeckung abgeliefert.
Ein Spiegelmosaik#
Nahe dem Paranal entsteht nun das dritte ESO-Observatorium, mit dem provisorischen Namen "European Extremely Large Telescope" ("E-ELT" oder kurz "ELT"). Einstweilen existiert die neue Himmelskathedrale nur auf dem Reißbrett. Ihre Kuppel ist breiter als die des Petersdoms. Darunter ruht ein ausladendes Instrument, dessen Herz wiederum der erwähnte, 39 Meter weite Hauptspiegel bildet. Er kann nicht in einem Stück gegossen werden, sondern wird aus rund 800 sechseckigen Segmenten von jeweils 1,4 Metern Weite geformt. An deren Unterseite werken mehr als 6000 Stellmotoren. Sie halten das Mosaik beständig in perfekter Form.
Bildstörungen#
Vier zusätzliche Reflektoren leiten das vom Hauptspiegel gesammelte Licht weiter. Der vorletzte hat den unbequemsten Job. Er muss sich tausendmal pro Sekunde verbiegen, um das lästige Sternenfunkeln abzustellen. Turbulenzen in der Erdatmosphäre verzerren die stellaren Lichtwellen, verschmieren Details. Deshalb untersuchen Sensoren die Bildstörungen und leiten augenblicklich Gegenmaßnahmen ein: Der Hilfsspiegel gleicht die Verzerrung mit seinen "Verrenkungen" weitgehend aus. Mit all diesen Hi-Tech-Kniffen soll das ELT sogar sechsmal winzigere Details erkennen als das künftige James-Webb-Weltraumteleskop der NASA.
Das ELT "zoomt" distanzierte Milchstraßen gleichsam heran und erweitert den im Detail studierbaren Kosmos um ein Vielfaches. Selbst die rund 60 Millionen Lichtjahre entfernten Galaxien des Virgo-Haufens wird es in zahlreiche Sterne auflösen. Auf den Plattformen zu beiden Seiten des Megageräts ruhen die wissenschaftlichen Instrumente. Vor allem die hochstabilen Spektralapparate profitieren von der einzigartigen Lichtsammelleistung des Hauptspiegels. Sie werten die Linien in den stellaren Spektren aus, erkunden so die chemische Zusammensetzung ferner Sonnen. In unserer eigenen Milchstraße lassen sich so z.B. die ältesten Sterne herauspicken: Man misst dabei die Häufigkeit langlebiger Thorium- und Uran-Isotope.
Im Schoß fast jeder Galaxie hockt ein supermassereiches Schwarzes Loch. Beim Monster im Zentrum unserer eigenen Galaxis wird das ELT zehnmal näher an den Ereignishorizont heranspähen können als heutige Instrumente. Es soll dort Materie ausmachen, die mit einem Zehntel der Lichtgeschwindigkeit ums Loch wirbelt.
Rote Zwergsonnen#
Astronomie ist eine Wissenschaft der Extreme. Aber nicht nur die größten, massereichsten und hellsten Objekte fesseln Himmelskundler, sondern auch besonders kleine. So wird unsere Milchstraße von Roten Zwergsonnen dominiert. Ihrer Lichtschwäche wegen lassen sich diese bloß in unserer Nachbarschaft nachweisen. Aus der hier gewonnenen, winzigen Stichprobe rechnet man dann auf die Sternenanzahl in der gesamten Milchstraße hoch - ein denkbar problematisches Verfahren. Daher ist bis heute unklar, wie viele Hundert Milliarden Sonnen unsere Galaxis wirklich bevölkern. Das ELT wird den Astronomen beim Sternezählen helfen.
Fremde Planeten zwingen ihren Sonnen beim Umlauf winzige "Tanzschritte" auf; nach links, nach rechts, vor und zurück. Die von uns fort gerichtete Komponente äußert sich in minimalen, aber rhythmischen Verschiebungen der Spektrallinien gegen Rot. Um die Anwesenheit eines fremden Planeten nachzuweisen, reichen dem raffiniertesten ESO-Spektralgerät auf La Silla bereits Sternschwünge im Tempo eines Spaziergängers aus. Das ELT wird noch hundertmal genauer messen; ein Zentimeter Bewegung pro Sekunde genügt ihm. So kann es Welten entdecken, die um vieles kleiner sind als unsere Erde.
Die direkte Abbildung solcher Exoplaneten ist bislang selten geglückt: Sie ertrinken ja fast immer im Glanz ihrer sehr viel helleren Muttersterne. Das ELT wird derartige Herausforderungen aber mit Bravour meistern. Sind die Planetenbildchen erst einmal isoliert, lassen sich die Atmosphären vortrefflich mithilfe der Spektralanalyse untersuchen. Bestimmte Gase könnten, im richtigen Verhältnis vorhanden, eventuell von der Existenz fremder Lebewesen künden. Auch über Wolkenstrukturen und Stürme auf etlichen dieser Welten wird man wohl berichten können.
Weltbild-Prüfung#
Besonderes Interesse hegen Astronomen an den frühesten Strukturen im Universum - an den ersten Sternen, die bloß aus Wasserstoff und Helium bestanden, an den ersten Galaxien, von denen man nicht genau weiß, wann sie sich formten, und an den ersten Quasaren, deren Licht besonders weite Räume überbrückt. Mit dem ELT wird man gleichsam Rückschau in die "Krabbelstube" des Universums halten.
Der Kosmos dehnt sich seit vier bis sechs Milliarden Jahren seltsamerweise beschleunigt aus. Man erkannte dies, als man die (leider nicht ganz sicheren) Distanzen etlicher Galaxien mit deren Rotverschiebung verglich; denn die ist ja Ausdruck ihrer "Fluchtgeschwindigkeit".
Eindrucksvoller wäre es, könnte man den Tempozuwachs an ein- und derselben Galaxie bestimmen, mit Messungen im Abstand von einer Dekade. Die kosmische Expansionsgeschwindigkeit sollte dann um 0,4 km/h zugenommen haben. Das ELT wird selbst derart geringe Veränderungen erfassen.
Die Inbetriebnahme des Rekordinstruments ist wohl erst in der Mitte des nächsten Jahrzehnts möglich. Die Spektren weit entfernter Quasare verraten dann vielleicht, ob die uns heute vertrauten Naturkonstanten wirklich immer und überall unverändert galten. Jeder anderslautende Befund hätte weitreichende Folgen für unser Weltbild.
Letztendlich wird das Megateleskop aber Fragen beantworten, die wir uns bislang noch gar nicht gestellt haben. Schließlich sah ja auch Galileo Galilei einst Phänomene, von denen man vor Erfindung des Fernrohrs nicht einmal geträumt hätte.
Christian Pinter, geboren 1959, lebt als freier Journalist in Wien und schreibt seit 1991 astronomische Artikel für die "Wiener Zeitung".