20 Mal effizienter 06.06.2015, 07:33 Uhr

Fliegende Sternwarte Sofia hat neues Ferninfrarot-Spektrometer

Die fliegende Sternwarte Sofia hat ein neues Instrument an Bord: das Ferninfrarot-Spektrometer Upgreat. Es arbeitet 20 Mal effizienter als der Vorgänger und erlaubt noch tiefere Einblicke in die Entstehung der Sterne und andere Geheimnisse des Weltraums. 

Sofia während eines Testflugs: Die modifizierte Boeing 747SP fliegt oberhalb der störenden irdischen Lufthülle – in bis zu 14 km Höhe. Das erlaubt einen tiefen Blick ins Weltall. 

Sofia während eines Testflugs: Die modifizierte Boeing 747SP fliegt oberhalb der störenden irdischen Lufthülle – in bis zu 14 km Höhe. Das erlaubt einen tiefen Blick ins Weltall. 

Foto: DLR

Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (Sofia) ist eine modifizierte Boeing 747SP, die gemeinsam vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde Nasa genutzt wird. An Bord hat Sofia seit 2011 ein Ferninfrarot-Spektrometer namens Great. Es ist weiterentwickelt und verbessert worden. Deshalb heißt es jetzt – logisch – Upgreat. 

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Sofia fliegt in einer Höhe von 12 bis 14 km weitgehend oberhalb der störenden irdischen Lufthülle. So ist es recht kostengünstig möglich, die Entwicklung der Milchstraßensysteme, Sterne und Sonnensysteme aus interstellaren Molekül- und Staubwolken zu erforschen.

Upgreat hat seinen ersten Einsatz schon hinter sich gebracht und auf vier Flügen mit bislang unerreichter Effizienz den Ursprung der Kohlenstoffstrahlung aus Gas- und Staubwolken des Weltalls untersucht. „Wir sind begeistert von der Qualität der Messungen“, freut sich Projektleiter Dr. Christophe Risacher vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (Mpifr) in Bonn, und ergänzt: „Obwohl eigentlich die Inbetriebnahme mit diversen Testmessungen im Vordergrund stand, werden uns bereits diese ersten Beobachtungen eine Fülle neuer Erkenntnisse über die Sternentwicklung liefern.“

Upgreat arbeitet mit 14 Detektoren

Gleich ein ganzes Konsortium von Instituten war an der Entwicklung beteiligt. Mit an Bord waren auch das Kölner Observatorium für Submilimeter Astronomie (Kosma) und das DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin. Das Ferninfrarot-Spektrometer arbeitet jetzt nicht mehr nur mit einem, sondern mit 14 Detektoren. Sie sitzen nun verteilt auf zwei Arrays mit jeweils sieben Detektoren. Und die Empfindlichkeit jedes einzelnen Detektors konnten die Forscher noch einmal um 30 % steigern.

Bilder des Ferninfrarot-Spektrometers: Sie zeigen die Kohlenstoffverteilung im Nebel Sharpless 106. 

Bilder des Ferninfrarot-Spektrometers: Sie zeigen die Kohlenstoffverteilung im Nebel Sharpless 106. 

Quelle: DLR

„Nur vier Jahre nach dem Ersteinsatz von Great erreichen wir mit Upgreat eine rund 20-fach höhere Beobachtungseffizienz. Dies zeigt das enorme Entwicklungspotential von flugzeuggetragenen Observatorien im Vergleich zu Weltraumteleskopen, deren Instrumente in der Regel nicht erneuert werden können“, erläutert Alois Himmes, Sofia-Projektleiter am DLR.

Kühlung fast bis zum absoluten Nullpunkt

Die Modernisierung erforderte allerdings eine stärkere Kühlung. Denn die Detektoren müssen bei extrem niedrigen Temperaturen betrieben werden. Dafür müssen sie auf nur wenige Grad über den absoluten Nullpunkt gekühlt werden. Bei Great genügte die Füllung eines Kryostaten mit Flüssighelium für 24 Stunden Messbetrieb. Dies stößt bei 14 Detektoren an seine Grenzen. Deshalb ist bei Upgreat nun ein Cryo-Cooler im Einsatz, dessen Arbeitsprinzip irdischen Kühlschränken ähnelt. 

Cryo-Cooler im Einsatz: Die Klimaanlage kühlt die Detektoren auf ihre Arbeitstemperatur – auf nur wenige Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt bei -273,15 °C. 

Cryo-Cooler im Einsatz: Die Klimaanlage kühlt die Detektoren auf ihre Arbeitstemperatur – auf nur wenige Grad Celsius über dem absoluten Nullpunkt bei -273,15 °C. 

Quelle: DLR

Bleibt noch zu erwähnen, dass der Cryo-Cooler, den Ingenieure der Nasa, das Great-Team und Forscher vom Deutschen Sofia-Institut an der Universität Stuttgart in den letzten Monaten entwickelt und in das Flugzeug integriert haben, bei seinem ersten Einsatz oben in der Stratosphäre über Palmdale hervorragend funktioniert hat.

Ein Beitrag von:

  • Detlef Stoller

    Detlef Stoller ist Diplom-Photoingenieur. Er ist Fachjournalist für Umweltfragen und schreibt für verschiedene Printmagazine, Online-Medien und TV-Formate.

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