Wie die neue Generation von Teleskopen den Blick auf unser Universum verändern wird

Seite 2: Langfristige Betrachtung

Für die Wissenschaftler ist es eine Erleichterung, dass die Teleskope über ihre ursprünglichen Aufgaben hinausgehen, denn sowohl Hubble als auch Webb brauchten mehr als 25 Jahre von der ersten Skizze bis zum Start. In dieser Zeit entstehen neue wissenschaftliche Fragestellungen.

Der Bau eines großen Weltraumteleskops dauert in der Regel etwa zwei Jahrzehnte. Die Weltraumteleskope Chandra und XMM-Newton brauchten 23 bzw. 15 Jahre bis zur Fertigstellung. Sie wurden entwickelt, um die Röntgenstrahlung von heißem Gas in der Umgebung von Schwarzen Löchern und Galaxienhaufen zu beobachten, und wurden 1999 fast gleichzeitig gestartet.

Es folgten der japanische Röntgensatellit Hitomi mit einer Bauzeit von 18 Jahren und das deutsche Instrument eRosita auf dem russischen Weltraumobservatorium Spektr-RG mit einer Bauzeit von 20 Jahren.

Ähnliche Zeiträume gelten für die Weltraumteleskope Hipparcos und Gaia der Europäischen Weltraumorganisation, die alle Sterne der Milchstraße kartiert haben. Auch die Missionen Cobe und Planck, die das Nachglühen des Urknalls im Mikrowellenbereich untersuchten, brauchten zwei Jahrzehnte.

Die genauen Daten hängen davon ab, wie man zählt, und einige Ausnahmen waren "schneller, besser, billiger", aber die nationalen Raumfahrtagenturen sind im Allgemeinen risikoscheu und langsam bei der Entwicklung solcher Projekte.

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Die neuesten Weltraumteleskope sind also Millenials. Sie wurden zu einer Zeit entwickelt, als die Astronomen sowohl die junge Expansion des Universums nach dem Urknall als auch seine alte, beschleunigte Expansion gemessen hatten. Ihr Hauptziel ist es nun, die Lücke zu schließen – denn überraschenderweise treffen sich die Interpolationen von früh zu spät nicht in der Mitte.

Die gemessenen Ausdehnungsraten des Universums sind inkonsistent, ebenso wie die Ergebnisse zur Klumpigkeit der Materie im Kosmos. Beide Messungen stellen eine Herausforderung für unsere Theorien über die Entwicklung des Universums dar.

Um das mittlere Alter des Universums zu beobachten, werden Teleskope benötigt, die bei langen Wellenlängen arbeiten, da das Licht von weit entfernten Galaxien bis zu uns gestreckt wird. Aus diesem Grund verfügt Webb über Infrarot-Zoomkameras, während das Weltraumteleskop Euclid der Europäischen Weltraumorganisation, dessen Start für 2023 geplant ist, und das Nancy-Grace-Roman-Teleskop der Nasa, dessen Start für 2026 vorgesehen ist, beide über Infrarot-Weitwinkelobjektive verfügen.

Drei Busse auf einen Streich

Die meisten Sterne strahlen sowohl im ultravioletten und infraroten Spektrum, das von der Erdatmosphäre blockiert wird, als auch in den Farben, die von unseren Augen gesehen werden können.

Zusätzliche Farben sind nützlich. Zum Beispiel können wir Sterne auf der anderen Seite unserer Galaxie wiegen, weil massereiche Sterne im Infraroten hell leuchten, während kleinere Sterne schwach sind – was ihr ganzes Leben lang so bleibt. Und wir wissen, wo Sterne geboren werden, weil nur junge Sterne ultraviolettes Licht aussenden.

Darüber hinaus sind unabhängige Messungen derselben Sache für eine rigorose Wissenschaft unerlässlich. Infrarot-Teleskope können zum Beispiel zusammenarbeiten und haben bereits überraschende Entdeckungen gemacht. Aber es ist nicht ideal mit Blick auf die Vielfalt, dass die Weltraumteleskope Webb, Euclid und Roman alle in Infrarotfarben sehen.

Hubbles Kamera für sichtbares Licht wurde aufgrund von Budgetkürzungen gerade abgeschaltet. Die Nasa wird sich erst in den 2030er Jahren mit dem Ultraviolet Explorer und dem Habitable Worlds Observatory wieder den ultravioletten Wellenlängen zuwenden.

Auch die Politik auf der Erde steht im Weg. Die Daten des chinesischen Weltraumteleskops Xuntian, das der Hubble-Klasse entspricht, werden wahrscheinlich nicht international geteilt. Und aus Protest gegen die russische Invasion in der Ukraine hat Deutschland im Februar 2022 sein Röntgeninstrument eRosita abgeschaltet, das in Kooperation mit Russland eine Million Meilen von der Erde entfernt in einwandfreiem Zustand betrieben wurde.

Kostengünstige kommerzielle Starts könnten die Lage retten. Ursprünglich sollte Euclid mit einer russischen Sojus-Rakete vom Weltraumbahnhof der Europäischen Weltraumorganisation in Französisch-Guayana starten. Als Russland den Betrieb dort aufgrund von Vergeltungsmaßnahmen einstellte, wurde der Start von Euclid kurzfristig und erfolgreich auf eine Falcon 9-Rakete von SpaceX umgestellt.

Wenn große Teleskope zu schuhkartongroßen "Cubesat"-Satelliten zusammengefaltet werden könnten, würden die Kosten sinken. Risikobereitschaft schafft einen positiven Kreislauf, der Missionen noch billiger macht.

Teleskope werden auch an innovativen Orten wie riesigen Heliumballons und Flugzeugen getestet. Eines Tages könnten sie auch auf dem Mond eingesetzt werden, wo die Bedingungen für bestimmte Arten der Astronomie günstig sind.

Aber die ungewöhnlichste Teleskoptechnologie, die vielleicht die unerwartetsten Entdeckungen bringen wird, ist die der Gravitationswellendetektoren. Gravitationswellen sind nicht Teil des elektromagnetischen Spektrums und daher für uns nicht sichtbar.

Sie sind Verzerrungen oder "Wellen" in der Raumzeit, die durch einige der gewaltigsten und energiereichsten Prozesse im Universum verursacht werden. Dazu gehören die Kollision zweier Neutronensterne (dichte Objekte, die entstehen, wenn massereiche Sterne ihren Brennstoff aufgebraucht haben) oder die Verschmelzung eines Neutronensterns mit einem Schwarzen Loch.

Wenn Teleskope unsere Augen sind, dann sind Gravitationswellendetektoren unsere Ohren. Aber auch hier gilt: Die heutigen Gravitationswellendetektoren auf der Erde sind nur Trockenübungen für die Detektoren, die die Astronomen schließlich im Weltraum einsetzen werden.

Wenn ich gefragt werde, was die nächste Generation von Observatorien entdecken wird, habe ich keine Ahnung. Und das ist auch gut so. Die besten wissenschaftlichen Experimente sollten uns nicht nur über die Dinge informieren, die wir zu finden hoffen, sondern auch über die unbekannten Unbekannten.

Richard Massey ist Professor für Astrophysik (Dunkle Materie und Kosmologie) der University of Durham in Großbritannien.

Dieser Text erschien zuerst auf The Conversation auf Englisch und unterliegt einer Creative-Commons-Lizenz.