Ein Weltraumteleskop mit einem 1,8 m großen Spiegel, gekühlt auf rund −269 °C. Seine Detektoren sollen sogar bei etwa −273 °C arbeiten. Mit PRIMA plant die Nasa ein Observatorium, das besonders schwache Wärmestrahlung aus dem Universum auffangen soll. Damit könnte es Regionen untersuchen, über die selbst das James-Webb-Teleskop nur begrenzt Auskunft geben kann.
Die Nasa hat PRIMA bereits im September 2026 für die nächste Entwicklungsphase ausgewählt. Nun treiben auch japanische Forschungseinrichtungen ihre Vorbereitungen für eine mögliche Beteiligung voran, wie eine gemeinsame Mitteilung vom 6. November zeigt. Der Start ist für 2033 vorgesehen. Noch ist allerdings nicht endgültig entschieden, ob das Teleskop gebaut wird.
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Warum muss PRIMA auf −269 °C gekühlt werden?
Das Problem liegt beim Teleskop selbst. Jeder Körper, dessen Temperatur über dem absoluten Nullpunkt liegt, sendet Wärmestrahlung aus. Auch die Spiegel und Bauteile eines Weltraumteleskops tun das.
PRIMA soll jedoch Strahlung messen, die teilweise extrem schwach ist. Würde das Teleskop zu viel eigene Wärme abstrahlen, könnten die gesuchten Signale darin untergehen. Deshalb soll bereits der Hauptspiegel auf 4,5 Kelvin gekühlt werden. Das entspricht −268,65 °C. Doch selbst diese Temperatur reicht für die empfindlichsten Bauteile nicht aus.
Die geplanten Detektoren benötigen nur etwa 0,1 Kelvin, also rund −273,05 °C. Damit liegen sie gerade einmal ein Zehntelgrad über dem absoluten Nullpunkt. Insgesamt sind ungefähr 12.000 solcher Detektoren vorgesehen. Es handelt sich um sogenannte Kinetic Inductance Detectors (KIDs). Sie nutzen besondere elektrische Eigenschaften von Supraleitern.
Trifft Strahlung auf einen dieser Detektoren, verändert sie dessen elektrisches Verhalten. Genauer gesagt beeinflusst sie die Resonanzfrequenz eines supraleitenden Schaltkreises. Diese winzige Veränderung lässt sich messen. Daraus können die Forschenden bestimmen, wie viel Strahlung auf den Detektor getroffen ist. Die extrem niedrige Temperatur ist dafür notwendig, dass die Materialien supraleitend bleiben und die Detektoren mit möglichst geringem störendem Hintergrund arbeiten können.
Was kann PRIMA sehen, das James Webb verborgen bleibt?
Das James-Webb-Weltraumteleskop gehört zu den empfindlichsten astronomischen Instrumenten, die jemals gebaut wurden. Es untersucht das Universum vor allem im nahen und mittleren Infrarotbereich. Seine Messinstrumente erfassen Wellenlängen bis etwa 28 µm. PRIMA soll dagegen Ferninfrarotstrahlung untersuchen. Seine Instrumente decken je nach Betriebsart Wellenlängen von ungefähr 24 bis 235 µm ab.
Der Unterschied ist besonders bei kaltem kosmischem Staub wichtig. In Regionen, in denen neue Sterne und Planeten entstehen, befinden sich große Mengen Gas und Staub. Der Staub nimmt einen Teil der Strahlung von Sternen auf und gibt die Energie bei längeren Wellenlängen wieder ab. Bei niedrigen Temperaturen geschieht das vor allem im Ferninfrarot.
James Webb kann solche Regionen bereits untersuchen, allerdings nicht über den gesamten Wellenlängenbereich hinweg. PRIMA soll deshalb zusätzliche Informationen über den Staub, das Gas und die Bedingungen in diesen Gebieten liefern. Das neue Teleskop wäre also kein Ersatz für James Webb. Beide Observatorien würden unterschiedliche Teile des elektromagnetischen Spektrums untersuchen und sich wissenschaftlich ergänzen.
Wie viel sich bereits mit heutigen Instrumenten herausfinden lässt, zeigen Beobachtungen des James-Webb-Teleskops, bei denen Forschende Wassereis um einen sonnenähnlichen Stern nachgewiesen haben. PRIMA soll unter anderem helfen, die Rolle von Wasser und anderen chemischen Bestandteilen während der Entstehung neuer Planetensysteme genauer zu untersuchen.
Zwei Instrumente für unterschiedliche Aufgaben
PRIMA soll mit zwei wissenschaftlichen Hauptinstrumenten ausgestattet werden. Beide untersuchen Infrarotstrahlung, liefern aber unterschiedliche Informationen.
| Instrument | Was es untersuchen soll |
| PRIMAger | Erfasst die Verteilung von Ferninfrarotstrahlung und untersucht unter anderem kosmischen Staub und dessen Polarisation. |
| FIRESS | Zerlegt die Strahlung in ihre Wellenlängen und kann so charakteristische Signale von Gasen, Atomen und Molekülen nachweisen. |
PRIMAger soll große Himmelsbereiche vermessen. Mithilfe der Polarisation können die Forschenden zudem untersuchen, wie Staubkörner ausgerichtet sind. Daraus lassen sich unter geeigneten Bedingungen Rückschlüsse auf Magnetfelder ziehen.
FIRESS ist ein Spektrometer. Es zerlegt die aufgefangene Strahlung und sucht nach charakteristischen Linien im Spektrum. Bestimmte Atome, Ionen und Moleküle senden Strahlung bei ganz bestimmten Wellenlängen aus. Anhand dieser Signale können Astronominnen und Astronomen die Zusammensetzung und physikalischen Bedingungen von Gaswolken untersuchen.
Was wollen die Forschenden mit PRIMA herausfinden?
Die Nasa verfolgt mit dem Teleskop drei zentrale Forschungsziele:
- Entstehung von Planeten: Wie entwickeln sich aus Gas und Staub neue Planetensysteme? Welche Rolle spielen dabei Wasser und andere chemische Verbindungen?
- Entwicklung von Galaxien: Wie hängen die Entstehung neuer Sterne und das Wachstum supermassereicher Schwarzer Löcher zusammen?
- Geschichte der Materie: Wie haben sich kosmischer Staub und schwere chemische Elemente im Laufe von Milliarden Jahren im Universum verteilt und angereichert?
Dazu kommen Untersuchungen weit entfernter Galaxien. Ihr Licht war teilweise Milliarden Jahre unterwegs, bevor es uns erreichte. Weil sich das Universum währenddessen ausgedehnt hat, sind auch die Wellenlängen des Lichts länger geworden.
Astronomen sprechen von der kosmologischen Rotverschiebung. Strahlung, die ursprünglich bei kürzeren Wellenlängen ausgesendet wurde, kann heute im Ferninfrarotbereich ankommen. PRIMA soll diese Signale untersuchen und damit Informationen über die Entwicklung früher Galaxien liefern.
Deutsche Ingenieure entwickeln bewegliche Spiegel
An der Mission ist auch das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg beteiligt. Dort entwickeln Ingenieure zwei präzise gesteuerte Spiegelmechanismen einschließlich der notwendigen Elektronik.
Die sogenannten zweiachsigen Fokalebenen-Chopper sind für die Instrumente PRIMAger und FIRESS vorgesehen. Sie verändern den Strahlengang und ermöglichen es, das jeweilige Sichtfeld schnell und genau auszurichten und zu stabilisieren. Das ist bei der Messung schwacher Infrarotsignale wichtig. Die Instrumente müssen genau kontrollieren können, aus welcher Himmelsregion die Strahlung stammt.
Die technische Herausforderung besteht unter anderem darin, bewegliche optische Komponenten zuverlässig und präzise in einem kryogenen System zu betreiben.
„Wir sind stolz darauf, dass das MPIA mit seiner Expertise erneut zu einem wegweisenden NASA-Weltraumteleskop beitragen kann, das nun die nächste Entwicklungsstufe erreicht hat“, sagt Oliver Krause, der die deutschen technischen Beiträge verantwortet.
Das Zitat stammt aus einer Mitteilung des Max-Planck-Instituts für Astronomie vom 25. September 2026. Krause leitet dort die Forschungsgruppe Infrarot-Weltraumastronomie. Für das Heidelberger Institut ist PRIMA nicht das erste internationale Weltraumprojekt. Das MPIA war bereits an Instrumenten für James Webb, Herschel und weitere Observatorien beteiligt.
Auch in Japan bereiten sich Forschende auf die Mission vor. Seit 2023 untersuchen dort mehrere Universitäten und Forschungseinrichtungen mögliche wissenschaftliche und technische Beiträge. Eine Arbeitsgruppe innerhalb der japanischen Raumfahrtorganisation JAXA koordiniert diese Arbeiten. Welche Aufgaben Japan konkret übernehmen wird, ist noch Gegenstand weiterer Prüfungen.
Was unterscheidet PRIMA vom Herschel-Teleskop?
Ein Weltraumteleskop für Ferninfrarotstrahlung gab es bereits. Das europäische Herschel-Observatorium war von 2009 bis 2013 im Einsatz und besaß einen 3,5 m großen Hauptspiegel. Herschel untersuchte unter anderem kalte Gas- und Staubwolken sowie Regionen, in denen neue Sterne entstehen. Die wissenschaftlichen Instrumente wurden mit flüssigem Helium gekühlt. Als der Vorrat erschöpft war, endeten die Beobachtungen. Schon damals berichtete ingenieur.de über die extreme Kühlung des Herschel-Teleskops.
PRIMA soll einen anderen technischen Weg gehen. Statt einer begrenzten Versorgung mit gespeichertem flüssigem Helium ist ein aktives Kühlsystem vorgesehen. Es soll die erforderlichen Temperaturen während der geplanten Betriebsdauer aufrechterhalten. Obwohl PRIMA einen kleineren Hauptspiegel als Herschel besitzt, soll es erheblich empfindlicher werden. Dabei helfen vor allem die starke Kühlung und die neuen Detektoren.
Wann soll PRIMA ins All starten?
Die Nasa hat PRIMA am 23. September 2026 für die sogenannte Phase B ausgewählt. In dieser Entwicklungsphase werden die technischen Entwürfe ausgearbeitet und die benötigten Technologien weiterentwickelt.
Anschließend überprüft die Nasa, ob das Projekt technisch, finanziell und zeitlich die Voraussetzungen für die nächste Phase erfüllt. Erst dann kann der eigentliche Bau freigegeben werden.
PRIMA ist die erste ausgewählte Mission der neuen Nasa-Klasse Probe Explorers. Für das Projekt gilt eine Kostenobergrenze von 1,2 Mrd. US-Dollar. Die Kosten für den Raketenstart und bestimmte weitere Ausgaben sind darin nicht enthalten.
Die wichtigsten Missionsdaten:
| Merkmal | Geplanter Wert |
| Hauptspiegel | 1,8 m |
| Temperatur des Teleskops | 4,5 K (−268,65 °C) |
| Temperatur der Detektoren | 0,1 K (−273,05 °C) |
| Anzahl der Detektoren | etwa 12.000 |
| Beobachtungsbereich | Ferninfrarot |
| Startjahr | 2033 |
| Missionsdauer | 5 Jahre |
Betreut wird die Mission vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) der Nasa in Kalifornien. Geplant ist ein Einsatz am zweiten Lagrange-Punkt des Sonne-Erde-Systems, etwa 1,5 Mio. km von der Erde entfernt. Dort arbeitet bereits das James-Webb-Weltraumteleskop.
Quellen
- Nasa – Auswahl von PRIMA und Missionsplanung, 23. September 2026
- Max-Planck-Institut für Astronomie – Deutsche Beteiligung und Originalzitate, 25. September 2026
- PRIMA Observatory – Technische Daten und Instrumente
- NIST – Funktionsweise supraleitender KID-Detektoren
- Universität Hiroshima – Informationen zur japanischen Forschungsbeteiligung
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