AstronomieTeleskop mit Infrarotblick stirbt den Wärmetod

Dank Infrarotstrahlung guckt das Teleskop Herschel sogar durch Staubwolken. Vier Jahre lang erspähte es die entlegensten Sterne im All. Jetzt geht ihm das Kühlmittel aus. von Rainer Kayser

Das Weltraumteleskop Herschel (Illustration)

Das Weltraumteleskop Herschel (Illustration)  |  © ESA/D. Ducros, 2009

Jeden Tag rechnen die Wissenschaftler und Techniker der europäischen Weltraumagentur Esa damit, dass dem Infrarotteleskop Herschel das Kühlmittel ausgeht. Damit wird das Fernrohr praktisch blind. Denn Infrarotstrahlung ist Wärmestrahlung – ein warmes Infrarotteleskop gleicht daher einem im Bereich des sichtbaren Lichts arbeitenden Fernrohr, das von innen beleuchtet wird.

2.300 Liter flüssiges Helium haben bislang die Instrumente von Herschel auf Minus 271 Grad Celsius gekühlt, nur zwei Grad über dem absoluten Nullpunkt. Da die Kühlung durch die Verdunstung des Heliums erfolgt, ähnlich wie verdunstende Feuchtigkeit unsere Haut abkühlt, hat sich der Kühlmitteltank langsam geleert. Nun ist das Helium fast vollständig verdunstet, noch im Laufe dieses Monats rechnen die Betreiber mit dem endgültigen Ausfall der Kühlung.

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Mit dem planmäßigen Wärmetod gehen knapp vier Jahre Forschung zu Ende. Herschel ist mit seinem 3,5 Meter großen Spiegel das bislang größte Infrarotteleskop im Weltall. Infrarotstrahlung ist langwelliger als sichtbares Licht, aber kurzwelliger als Radiostrahlung. Im Gegensatz zu Licht kann sie Staubwolken durchdringen. Damit ermöglichte Herschel den Astronomen tiefe Einblicke in die Entstehungsregionen von Sternen und Planeten.

Diese insgesamt erfolgreiche Geschichte begann im Mai 2009 mit dem Start an Bord einer Ariane-Rakete. Um der störenden Wärmestrahlung sowohl der Sonne als auch der Erde auszuweichen, wurde Herschel nicht in einer Erdumlaufbahn platziert, sondern 1,5 Millionen Kilometer entfernt auf der sonnenabgewandten Seite unseres Planeten. An diesem Lagrange-Punkt heben sich Anziehungs- und Fliehkräfte gerade so auf, dass das Teleskop – bis auf kleinere Korrekturen – antriebslos mit der Erde zusammen um die Sonne kreisen konnte.

Von diesem Platz aus konnten die Astronomen mit Herschel ungestört die Entstehung von Sternen und Planeten beobachten. So stießen sie in einer dunklen Staubwolke im Sternbild Adler auf eine wahre Kinderstube werdender Sterne: Rund 700 Sternenembryos bilden sich dort, etwa 100 davon sind bereits zu Protosternen herangereift, sodass sie in Kürze zu eigenständig leuchtenden Sternen werden dürften. Die von Herschel sichtbar gemachte hohe Aktivität in der Wolke war für die Astronomen eine große Überraschung.

Ähnlich perplex waren Wissenschaftler als sie die Gaswolke Lynds 1544 im Sternbild Stier entdeckten, die sich gerade zu einem neuen sonnenähnlichen Stern zusammenzieht. Das Innere dieser Gaswolke, von Astronomen als "prästellarer Kern" bezeichnet, enthält ausreichend Wasser, um mehr als drei Millionen irdische Ozeane zu füllen. Lynds 1544 besteht aus so viel Gas, dass daraus ein Stern ähnlich unserer Sonne entstehen kann. Bislang gibt es im Inneren der Wolke zwar noch keinen Hinweis auf einen jungen Stern. Aber die von Herschel gemessene Bewegung des Wasserdampfs zeigt deutlich, dass die Wolke in sich zusammenfällt.

Gaswolken, Staubringe und Scharen von Kometen

Materiedichte und Temperatur steigen bei diesem Kollaps im Kern der Wolke weiter an, bis es zur Zündung der Kernfusion von Wasserstoff zu Helium kommt. Aus den Resten der Wolke können dann in einer rotierenden Gas- und Staubscheibe Planeten entstehen – so, wie es vor 4,5 Milliarden Jahren auch in unserem Sonnensystem geschah. Die ursprüngliche Wolke bildet dabei ein großes Reservoir an Wasser für diese potenziellen Planeten.

Auch die weitere Entwicklung neu geborener, junger Sterne konnten die Astronomen mit dem Infrarotteleskop genauer als je zuvor verfolgen. Beobachtungen des 25 Lichtjahre entfernten, erst einige Hundert Millionen Jahre alten Sterns Fomalhaut zeigen beispielsweise, dass er von einem dichten Staubring umgeben ist. Der feine Staub stammt offenbar von Hunderten von Kometen, die dort Tag für Tag kollidieren. Dort wird täglich das Äquivalent von 2.000 Kometen mit einem Durchmesser von einem Kilometer zerstört, schätzen die Forscher. Ihren Analysen zufolge ist Fomalhaut von einer Wolke umgeben, in der zwischen 260 Milliarden und 83 Billionen Kometen kreisen. Die Oortsche Wolke, die unser Sonnensystem einhüllt, enthält eine ähnlich große Zahl von Kometen.

"Insgesamt hat Herschel mehr als 22.000 Stunden wissenschaftliche Beobachtungen gemacht", fasst Leo Metcalfe, der wissenschaftliche Leiter der Mission, zusammen. "Das sind zehn Prozent mehr als geplant, Herschel hat unsere Erwartungen also bereits übertroffen." Nach dem Hitzekollaps soll das Teleskop auf eine separate Umlaufbahn um die Sonne geschickt werden, einen Friedhofsorbit. Damit wollen die Techniker vermeiden, dass der Schrott anderen Weltraummissionen gefährlich wird.

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Leserkommentare
  1. Laut Wikipedia herrschen im Weltraum 2,7K. Also nur 0,7 Grad mehr, als das Teleskop zum funktionieren benötigt. Schade, dass es jetzt Schrott ist.

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    Wieso Kühlen?
    Aber die Geräte selbst werden schon eine Menge Wärme freisetzen, so dass das am Ende logisch ist.
    Schade ist es trotzdem ...

    Hmm ich bin jetzt kein Experte in Physik, aber die Wärme durch die Infrarotstrahlung kann ja mangels Materie im Universum nicht durch Konvektion abgeführt werden und umgekehrt kann kein "kaltes Material" auf die Instrumente gelenkt werden. Sicherlich ist das sich erwärmende Instrument auch im Zentrum des Teleskops und daher ist auch wenig Abstrahlung zu erwarten.

    Daher wird es wohl einer stärkeren externen Kühlung bedürfen.

    Aber wie gesagt: Ist nur so eine Ahnung. Ich bin kein Experte. Kann auch völliger Quatsch sein^^

    • Acrux
    • 20. März 2013 18:15 Uhr

    Weit draussen, ja. So nah an einem Stern stellt sich eine Gleichgewichtstemperatur, die so um die null Grad liegt. Naeher an der Sonne mehr, weiter weg weniger, und eben erst wenn ganz weit weg 2.7K.

    Deswegen muss man die uberfluessige Waerme irgendwie loswerden. Das meiste kann man abstrahlen, aber so nahe am Nullpunkt muss der Rest mit Helium gemacht werden.

    ...die Tag und Nachttemperatur auf dem Mond an ;)

  2. Wieso Kühlen?
    Aber die Geräte selbst werden schon eine Menge Wärme freisetzen, so dass das am Ende logisch ist.
    Schade ist es trotzdem ...

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    Antwort auf "Kältebedürftig"
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    Die selbst produzierte Wärme der Instrumente ist nicht das Problem, sondern die Einstrahlung der Sonne.

  3. Hmm ich bin jetzt kein Experte in Physik, aber die Wärme durch die Infrarotstrahlung kann ja mangels Materie im Universum nicht durch Konvektion abgeführt werden und umgekehrt kann kein "kaltes Material" auf die Instrumente gelenkt werden. Sicherlich ist das sich erwärmende Instrument auch im Zentrum des Teleskops und daher ist auch wenig Abstrahlung zu erwarten.

    Daher wird es wohl einer stärkeren externen Kühlung bedürfen.

    Aber wie gesagt: Ist nur so eine Ahnung. Ich bin kein Experte. Kann auch völliger Quatsch sein^^

    Antwort auf "Kältebedürftig"
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    • Wyrd
    • 20. März 2013 18:28 Uhr

    Der Weltraum ist nicht kalt in dem Sinne, in dem es auf der Erde kalt sein kann, weil die die Energie übertragenden Partikel fehlen. Folglich hängt die Temperatur im Weltraum einzig von der über Strahlung ankommenden Energie ab. Daher müssen Raumanzüge auch enorme "Temperaturschwankungen" aushalten können, denn diese treten z.b. auf, wenn man aus der direkten Sonneneinstrahlung in den Erdschatten eintritt.

    Die Kehrseite sit folglich,d ass Wärme auch nur über Strahlung abgegeben werden kann.

    • Acrux
    • 20. März 2013 18:15 Uhr

    Weit draussen, ja. So nah an einem Stern stellt sich eine Gleichgewichtstemperatur, die so um die null Grad liegt. Naeher an der Sonne mehr, weiter weg weniger, und eben erst wenn ganz weit weg 2.7K.

    Deswegen muss man die uberfluessige Waerme irgendwie loswerden. Das meiste kann man abstrahlen, aber so nahe am Nullpunkt muss der Rest mit Helium gemacht werden.

    Antwort auf "Kältebedürftig"
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    jo, das ist so wie ein Licht-Teleskop, das selbst leuchtet. Nur das wäre dann 1000°C heiß, ginge dann aber mit Wasserkühlung ;-)

    • Wyrd
    • 20. März 2013 18:28 Uhr

    Der Weltraum ist nicht kalt in dem Sinne, in dem es auf der Erde kalt sein kann, weil die die Energie übertragenden Partikel fehlen. Folglich hängt die Temperatur im Weltraum einzig von der über Strahlung ankommenden Energie ab. Daher müssen Raumanzüge auch enorme "Temperaturschwankungen" aushalten können, denn diese treten z.b. auf, wenn man aus der direkten Sonneneinstrahlung in den Erdschatten eintritt.

    Die Kehrseite sit folglich,d ass Wärme auch nur über Strahlung abgegeben werden kann.

    3 Leserempfehlungen
    Antwort auf "Kühlung"
  4. jo, das ist so wie ein Licht-Teleskop, das selbst leuchtet. Nur das wäre dann 1000°C heiß, ginge dann aber mit Wasserkühlung ;-)

  5. ...die Tag und Nachttemperatur auf dem Mond an ;)

    Antwort auf "Kältebedürftig"
  6. Vielleicht sind hierzu noch die folgenden zwei Dinge interessant:
    - Ein Astronaut im Raumanzug "draußen im All" außerhalb von Kapsel oder Raumschiff muss entgegen häufiger Annahme auch nicht gewärmt sondern gekühlt werden. Der Grund ist, dass die eigene Körperwärme nicht abgeführt werden kann.
    - Die gesamte abgestrahlte Leistung eines (zumindest idealen) Körpers geht lt. dem sog. Stefan-Boltzmann-Gesetz mit T^4, wobei T die absolute Temperatur ist. Das bedeutet, dass bei Temperaturen T nahe von 0 eben diese Strahlleistung sehr klein ist, also in unserem Beispiel damit die mögliche Kühlung (Bei höheren Temperaturen nimmt sie damit aber gewaltig zu).

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  • Quelle ZEIT ONLINE
  • Schlagworte Weltraumteleskop | Weltall | Planeten | Sonnensystem | Astronomie
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