Welches sind – neben Hubble und dem James-Webb-Teleskop – die wichtigsten Weltraumteleskope? Welche astronomischen Messungen führen sie durch und wie funktionieren diese eigentlich genau? Und zu welchen interessanten Entdeckungen haben Weltraumteleskope beigetragen?
Neben Hubble und James Webb gibt es noch sehr viele weitere Teleskope, welche oberhalb der Erdatmosphäre das Licht von weit entfernten Sternen, Galaxien und Exoplaneten untersuchen.
Die meisten Weltraumteleskope befinden sich in einem Orbit um die Erde. Auch am Lagrange Punkt 2, etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt, sind viele wichtige Weltraumteleskope stationiert. Dazu gehören vor allem das James-Webb-Teleskop und die ESA Teleskope Gaia und Euclid.
Weltraumteleskope messen hochenergetische Teilchen, die elektromagnetische Strahlung in verschiedenen Wellenlängenbereichen und auch Gravitationswellen. So untersuchen sie das Weltall und erweitern unser Wissen zu vielen Themen und Fragen der Astronomie.
Generell sind diese Messungen auch durch Bodenteleskope möglich. Doch Teleskope, die oberhalb der Erdatmosphäre stationiert sind, haben einige Vorteile, welche die weitaus höheren Kosten rechtfertigen.
Viele der bahnbrechenden neuen Erkenntnisse auf dem Gebiet der Astronomie wären ohne Teleskope im Weltraum wohl nicht möglich gewesen. Im Folgenden geben wir einen Überblick der wichtigsten Weltraumteleskope und der Entdeckungen, die sie in den letzten Jahrzehnten gemacht haben.
Dabei gehen wir auch auf diese Punkte und Fragen ein:
- Welches waren die ersten Weltraumteleskope?
- Wie können die Teleskope im Erdorbit bleiben?
- Wie gelangen die Messdaten zur Erde?
- Welches sind die Vorteile von Teleskopen im Weltraum gegenüber Bodenteleskopen?
- Wie teuer sind Weltraumteleskope?
- Welches sind die wichtigsten Entdeckungen und Highlights in der Geschichte der Weltraumteleskope?
- Welche Teleskope sind für die Zukunft geplant?
Die Kapitel im Überblick
Die ersten Weltraumteleskope
Bei Weltraumteleskopen denken sicherlich viele zuerst an das Hubble Teleskop, welches seit 1990 weit entfernte Galaxien, Sterne und Planeten erforscht. Die Geschichte der Weltraumteleskope beginnt aber schon einige Jahrzehnte früher. Bereits Anfang des 20. Jahrhunderts haben Wissenschaftler hierfür verschiedene Ideen entworfen, von Ballonen und Raketen bis zu Satelliten.
Lyman Spitzer
Im Jahr 1946 fasste der amerikanische Astronom Lyman Spitzer die Vorteile von Weltraumteleskopen für astronomische Untersuchungen in einer Veröffentlichung zusammen, siehe hierzu das Kapitel: Wie funktionieren Weltraumteleskope?
Spitzer entwarf die Idee eines Teleskops mit einem großen Spiegel, welches sich dauerhaft über der Erdatmosphäre im Orbit befindet. Dieses könnte deutlich genauere Messungen von höherer Qualität erzielen als Bodenteleskope und so neue Entdeckungen ermöglichen. In den folgenden Jahrzehnten setzte er sich für die Realisierung eines solchen großen Teleskops im Erdorbit ein.
Bis zur tatsächlichen Umsetzung vergingen noch viele Jahre: Die NASA wurde 1958 gegründet und begann 1977 mit dem Entwurf eines großen Weltraumteleskops. Hieraus entstand später das Hubble Teleskop, welches 1990 gestartet wurde. Auch an diesem Projekt war Spitzer mehrere Jahrzehnte maßgeblich beteiligt.
Orbiting Astronomical Observatory (OAO)
Vor der Umsetzung eines großen Weltraumteleskops starte die NASA mehrere kleinere Projekte. Die ersten Weltraumteleskope waren die Orbiting Astronomical Observatory (OAO) zu denen diese vier Satelliten gehörten:
- OAO-1 starte erfolgreich am 8. April 1966, doch aufgrund einer nicht funktionierenden Stromversorgung musste die Mission drei Tage später abgebrochen werden.
- OAO-2: Nach dem Start am 7. Dezember 1968 konnte diese Mission erfolgreich bis 1973 betrieben werden. Der Satellit machte Messungen im ultravioletten Bereich und erforschte so unter anderem über 8.000 Sterne sowie Kometen, Galaxien und Nova.
- OAO-B: Das bis dahin größte Weltraumteleskop wurde erfolgreich am 30. November gestartet. Es konnte wegen eines technischen Fehlers aber nicht in den Erdorbit befördert werden.
- OAO-3 wurde am 21. August 1972 gestartet und konnte über mehr als 9 Jahre Messungen im Röntgen- und UV-Bereich durchführen. Diese Mission wurde nach dem polnischen Astronom Nikolaus Kopernikus (1473–1543) benannt und endete 1981. Der Satellit Copernicus erforschte unter anderem Sterne, Pulsare und interstellare Gasnebel.
Die wichtigsten Weltraumteleskope
Auf die ersten Weltraumteleskope folgten in den nächsten Jahrzehnten viele weitere. Einige davon haben entscheidend zu den wesentlichen Fortschritten auf verschiedenen Gebieten der Astronomie beigetragen. Und auch für die aktuellen Forschungen zu den großen Fragen der Astrophysik spielen Weltraumteleskope eine sehr wichtige Rolle.
In dem folgenden Kapitel gehen wir näher auf diese wichtigen Entdeckungen und Ergebnisse von Weltraumteleskopen ein.
Hier geben wir zunächst einen kurzen Überblick der wichtigsten Weltraumteleskope. Dabei gehen wir sowohl auf aktuelle als auch auf frühere Teleskope ein.
Die folgende Tabelle fasst einige Eckdaten und Informationen zu diesen wichtigsten Weltraumteleskopen zusammen.
| Name | Organisationen | Spektralbereich | Start | Missionsdauer |
|---|---|---|---|---|
| Chandra | NASA | Röntgenstrahlung | 23. Juli 1999 | |
| Euclid | ESA | sichtbares Licht, nahes Infrarot | 1. Juli 2023 | |
| Fermi | NASA | Gammastrahlung | 11. Juni 2008 | |
| Gaia | ESA | UV, sichtbares Licht, nahes Infrarot | 19. Dezember 2013 | |
| Hubble | NASA | UV, sichtbares Licht | 24. April 1990 | |
| James Webb | NASA | nahes Infrarot | 25. Dezember 2021 | |
| TESS | NASA | sichtbares Licht, nahes Infrarot (600 bis 1000 nm) | 18. April 2018 | |
| Compton | NASA | Gammastrahlung | 5. April 1991 | 4. Juni 2000 |
| COBE | NASA | Mikrowellen | 18. November 1989 | 23. Dezember 1993 |
| Kepler | NASA | sichtbares Licht (430 bis 890 nm) | 7. März 2009 | bis 30. Oktober 2018 |
| Planck | ESA | Mikrowellen | 14. Mai 2009 | 23. Oktober 2013 |
| Spitzer | NASA | Infrarot (3,6 bis 160 μm) | 25. August 2003 | 30. Januar 2020 |
| Suzaku | JAXA | Röntgenstrahlung | 10. Juli 2005 | 2. September 2015 |
Was sind die Vorteile von Weltraumteleskopen?
Warum sind Weltraumteleskope so wichtig für die astronomische Forschung? Welche Vorteile haben sie gegenüber Bodenteleskopen? Die Position im Weltraum führt zu einer Reihe von Vorteilen. Dazu gehören vor allem:
- Die Weltraumteleskope befinden sich oberhalb der Erdatmosphäre. Dadurch sind die Messungen nicht von den Turbulenzen der Luftmoleküle beeinflusst. Diese führen bei Bodenteleskopen dazu, dass die Messungen verschwommen und dadurch deutlich ungenauer sind.
- Ein weiterer Vorteil von Weltraumteleskopen: Die Messbedingungen sind stabil. So gibt es keine Erdbeben und auch keine kleineren Erschütterungen des Bodens, welche die Messungen stören. Auch gibt es keine Schwankungen der Temperatur, des Luftdrucks und keine sich verändernden Wetterbedingungen wie Wolken oder Regen, die bei Bodenteleskopen ebenfalls die Messgenauigkeit beeinträchtigen
Im Vergleich zu Bodenteleskopen können die Messungen von Weltraumteleskopen so im Allgemeinen fehlerfreier und dadurch genauer und schneller durchgeführt werden.
Zusätzlich gibt es auch eine Reihe von Messungen, die prinzipiell nur oberhalb der Atmosphäre möglich sind. Dies liegt daran, dass die Erdatmosphäre mehrere Bereiche der elektromagnetischen Strahlung nahezu vollständig blockiert.
Welche Wellenlängenbereiche des elektromagnetischen Spektrums filtert die Erdatmosphäre? Die folgende Abbildung zeigt, für welche Strahlung die Erdatmosphäre undurchlässig ist.
Wir sehen, dass die Erdatmosphäre mehrere Spektralbereiche praktisch vollständig filtert:
- hochenergetische Strahlung: UV-, Röntgen- und Gammastrahlung kann nicht durch die Atmosphäre auf die Erdoberfläche gelangen. Dies betrifft alle Wellenlängen kleiner als etwa 300 Nanometer und schützt so alle Lebewesen vor dieser schädlichen Strahlung.
- Infrarotstrahlung oberhalb von etwa 20 Mikrometer (mittleres und fernes Infrarot),
- einzelne Wellenlängen im nahen Infrarot (Absorption durch Wasser und Treibhausgase),
- Radiowellen länger als etwa 20 Meter.
Elektromagentische Strahlung in diesen Wellenlängenbereichen kann also nur oberhalb der Erdatmosphäre gemessen werden.
Zusätzlich zu einer höheren Messgenauigkeit haben Weltraumteleskope also den weiteren Vorteil, dass sie auch Strahlung in solchen Spektralbereichen messen können, die Bodenteleskope prinzipiell nicht empfangen können.
Dieser Vorteil ist sehr wichtig für die astronomische Forschung. So haben insbesondere die Messungen im ultravioletten und im infraroten Spektralbereich zu vielen neuen Entdeckungen geführt.
Quellen
https://de.wikipedia.org/wiki/Weltraumteleskop
https://de.wikipedia.org/wiki/Lyman_Spitzer
https://de.wikipedia.org/wiki/Atmosph%C3%A4risches_Fenster
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetisches_Spektrum