Superteleskop 05.10.2012, 19:54 Uhr

Europäische Südsternwarte baut weltgrößtes Spiegelteleskop E-ELT

Zum 50-jährigen Jubiläum am 5. Oktober erfüllt die Europäische Südsternwarte Forschern einen Traum: Sie baut das weltgrößte Spiegelteleskop für sichtbares und infrarotes Licht, das erstmals Lebenssignale im All nachweisen könnte. Das Projekt ist eine Herausforderung. Allein der Hauptspiegel wiegt so viel wie zehn vollbetankte Flugzeuge vom Typ des Airbus A380.

Gibt es Leben auf fremden Planeten? Das E-ELT wird auch dieser Frage nachgehen.

Gibt es Leben auf fremden Planeten? Das E-ELT wird auch dieser Frage nachgehen.

Rund 800 Planeten, die ferne Sterne umkreisen, haben Astronomen bisher entdeckt. Der überwiegende Teil der Exoplaneten sind Gasriesen vom Format des Jupiters. Gesteinsplaneten, die ihre Sonne in einem Abstand umkreisen, der flüssiges Wasser auf ihrer Oberfläche ermöglicht, eine der Grundvoraussetzungen für die Entstehung von Leben, scheinen selten. Nur drei der Kandidaten erfüllen dieses Kriterium. Schlechte Aussichten für E.T. & Co.?

„Das bedeuten die bisherigen Funde keineswegs“, betont der Astrobiologe Markus Kissler-Patig von der Europäischen Südsternwarte (ESO) in Garching bei München. Das Problem sei eher technischer Natur. „Die deutlich kleineren Gesteinsplaneten sind viel zu lichtschwach, um sie direkt nachweisen zu können.“

Superteleskop E-ELT hat einen Spiegeldurchmesser von 40 Metern

Bislang, denn nun treibt der Bau des European Extremely Large Telescope (E-ELT) die Erwartungen der Wissenschaftler, bald eine zweite Erde zu entdecken, buchstäblich ins Riesige: Mit einem Spiegeldurchmesser von knapp 40 m und einem Gewicht mit Montierung von 5500 t ist das Himmelsauge ein Gigant.

Weil sich ein so großer Spiegel nicht aus einem Stück fertigen lässt, wird er ähnlich wie ein Insektenauge aus vielen sechseckigen Segmenten zusammengesetzt. Insgesamt werden 798 Einzelspiegel mit einem Durchmesser von je 1,45 m benötigt. Jeder Teilspiegel ist 5 cm dick und besteht aus einer speziellen Glaskeramik, die sich bei Temperaturschwankungen nicht verzieht.

Drei Tage dauert die Herstellung eines solchen Segments. Um Zeit und Kosten zu sparen, werden diese in drei parallel laufenden Linien gefertigt. „Die Fertigungsdauer für den Hauptspiegel verkürzt sich dadurch von sechseinhalb Jahren auf wenige Monate“, sagt Kissler-Patig, der wissenschaftliche Leiter des Projekts.

Vor Ort werden die Segmente zusammengesetzt. Der Hauptspiegel kann mit einer Gesamtfläche von 978 m² etwa 15-mal mehr Licht sammeln als die derzeit größten Spiegelteleskope. „Für die Suche nach erdähnlichen Planeten ist das ein entscheidender Vorteil“, erläutert ESO-Forscher. „Je größer der Hauptspiegel ist, desto mehr Licht sammelt er, und desto schwächere Himmelskörper sind noch erkennbar.“

E-ELT: Schärfer als das Hubble-Weltraumteleskop

Außerdem verfügt das E-ELT über vier weitere kleinere Spiegel, die aus einem Teil gefertigt werden. Zwei davon dienen der Bildkorrektur. Die beiden anderen lenken das Licht zu den ans Teleskop angeschlossenen Messinstrumenten. Durch diese besondere Anordnung wird das E-ELT 15-mal schärfer sehen können als das Hubble-Weltraumteleskop, obwohl es durch die Luftschichten der Erdatmosphäre ins All blickt.

Wichtig ist dabei die adaptive Optik, denn sie gleicht Bildverzerrungen durch die Luftunruhe fast augenblicklich präzise aus. Dazu werden die Segmente des Hauptspiegels sowie die beiden Korrekturspiegel im Takt mit den Luftturbulenzen um eine Winzigkeit verbogen.

Das Kunststück, die Spiegelfläche auf den zehntausendstel Millimeter genau zu verbiegen, gelingt mithilfe von Schallwellen. „Wir benutzen eine spezielle Form eines elektrodynamischen Schallwandlers, sogenannte Schwingspulen-Aktuatoren, wie sie auch in Lautsprechern zum Einsatz kommen. Sie sind an etwa 10 000 Stellen unter dem Hauptspiegel montiert. Die davon erzeugten Luftschwingungen bringen den Hauptspiegel rund 100-mal pro Sekunde in die richtige Form. Auf diese Weise ist die Optik ständig präzise scharf gestellt“, erklärt Kissler-Patig.

Die Luftunruhe messen sechs Laser. Jeder Laserstrahl reicht bis in die Hochatmosphäre, wo er Luftmoleküle in einem winzigen Fleck zum Leuchten anregt, der dort wie ein künstlicher Fixstern erscheint. Diese Referenzsterne zeigen noch geringste Luftturbulenzen an. Die von einem Computer verarbeiteten Lasermesssignale steuern den Ausgleich durch die adaptive Optik in Echtzeit.

Die Optik des Teleskops ist so empfindlich, dass der Computer auch winzige Schwingungen, die durch Geräte oder Maschinen in der Kuppel verursacht werden, bei der Berechnung der Ausgleichsbewegungen mitberücksichtigen muss.

Errichtet wird das Superteleskop, das sich die ESO-Mitgliedstaaten, darunter Deutschland, rund 1,1 Mrd. € kosten lassen, in der chilenischen Atacama-Wüste auf dem 3060 m hohen Cerro Armazones. Die Region wartet mit den weltweit besten Beobachtungsbedingungen auf. Zurzeit werden dort Vorbereitung für die Planierung des Gipfels getroffen und Zufahrtswege gebaut. 2018 soll das Teleskop sein erstes Licht sehen. Gigantisch ist auch die Stahlkuppel, unter der das Riesenteleskop Platz findet. Diese überspannt eine Fläche von der Größe eines Fußballstadions.

E-ELT soll bei erdähnlichen Planeten nach Spuren von Leben suchen

„Das E-ELT wird erstmals in der Lage sein, erdähnliche Planeten um Sterne in einem Umkreis von 30 Lichtjahren zu entdecken und deren Atmosphären auf Spuren von Leben zu untersuchen“, sagt Kissler-Patig. Eine kürzlich veröffentlichte Untersuchung mit dem 3,6-m-Teleskop der ESO ergab, dass innerhalb dieses kosmischen Radius um die Sonne rund 100 Planeten in der Größe von einer bis zehn Erdmassen ihre Bahnen um andere Sterne ziehen könnten, die genau in der Temperaturzone liegen, in der Wasser flüssig ist.

Nachweisen lässt sich das Vorkommen von Wasser auf der Oberfläche eines Planeten – genauer, die Existenz von Wasserdampf in seiner Atmosphäre – anhand eines charakteristischen Musters von Spektrallinien. Sie entstehen, wenn das Licht eines Sterns in seine Bestandteile zerlegt wird. Dabei weisen einzelne Linien auf das Vorhandensein bestimmter chemischer Elemente hin. Durchläuft das Licht des Sterns auf dem Weg zur Erde die Atmosphäre des Exoplaneten, verändert sich das Spektrum. Es zeigt dann auch Elemente an, die als Gase auf dem Planeten existieren.

„Außerirdische Lebensformen lassen sich so zwar nicht direkt nachweisen, wohl aber Spuren, die biologische Vorgänge in der Atmosphäre eines Planeten hinterlassen“, erklärt der ESO-Forscher. „Finden wir Sauerstoff und Ozon, wäre das ein deutlicher Hinweis, dass dort eine Art Fotosynthese existiert. Zusammen mit biogenen Spurengasen wie Methan oder Lachgas, die auf der Erde durch mikrobielle Stoffwechsel freigesetzt werden, wäre das der Fingerabdruck von außerirdischem Leben.“ 

Von Silvia Von der Weiden

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