Integral: Instrumente und Technik

Die Hauptaufgabe Integrals ist die Erforschung der stärksten energetischen Strahlung im Universum: Der Gammastrahlung.

Autor: Karl Urban.

Der größte Teil dieser Strahlung gelangt nicht bis zum Erdboden, da sie die Atmosphäre abschirmt und kann somit nur aus dem Erdorbit erforscht werden. Doch selbst in der Umlaufbahn ist die Beobachtung von Gammastrahlung im All eine schwierige Aufgabe. Sie ist fünf Millionen mal stärker als das sichtbare Licht und bahnt sich den Weg durch jede Form der Materie mit starken Interaktionen. Dies ist ein zweischneidiges Schwert: Auf der einen Seite transportieren Gammastrahlen viele Informationen über das Erzeugerobjekt. Auf der anderen Seite aber brechen sie auch sehr leicht durch Spiegel und Kameras.
Integral nutzt zwei speziell entworfene Gammastrahlen-Teleskope, um die flüchtigen Ereignisse zu entdecken. Das eine Teleskop wird dabei Bilder von den Ereignissen machen, das andere deren Intensität messen. Die beiden Geräte werden zudem von einer Gerät zur Messung von Röntgenstrahlung und einer optischen Kamera unterstützt.
Alle vier Instrumente sind immer auf die gleiche Raumregion gerichtet und vollführen die Beobachtungen simultan. Dies ist das erste Mal, dass Ereignisse mit starker Gammastrahlung im All in dieser Genauigkeit beobachtet werden können. Dies dürfte auch die eindeutige Identifikation des Objekts erlauben. Durch den Vergleich von optischem Licht, Röntgen- und Gammastrahlung können Astronomen in unerreichter Präzision den gewaltigsten Ereignissen im Universum erforschen.

Die Instrumente

Der Bildaufzeichner IBIS (Imager on Board the Integral Satellite) soll schärfere Bilder von Gammastrahlen-Ereignissen erlauben, als alle anderen vorher genutzt Instrumente. IBIS ist in der Lage in einer Präzision von 30 Arcsekunden zu messen – dies entspricht der Fähigkeit eine Person in einer Menschenmasse in 1,3 Kilometer Entfernung auszumachen. Das Instrument besitzt Detektoren auf zwei Ebenen zur Messung von schwacher und starker Gammastrahlung. Diese Aufteilung erlaubt außerdem die dreidimensionale Erfassung des Erzeugers der Strahlung. Die Komponenten von IBIS wurden in Italien und Frankreich gebaut.

Das Gerät, dass im optischen (sichbaren) Licht arbeitet heißt OMC (Optical Monitor). Dieses erlaubt Integral neben Aufnahmen im Bereich der hochenergetischen Strahlung auch die Ereignisse im sichbaren Spektralbereich simultan zu beobachten. Dies ist wichtig, da die Strahlungsemissionen einer Quelle stark schwanken können. OMC ist ein “normales” Refraktor-Teleskop, welches das Licht mit einer Linse bündelt. Diese besitzt einen Durchmesser von fünf Zentimetern und einen CCD-Detektor zur digitalen Aufzeichnung der Daten. OMC wurde in Spanien gebaut.

Zur Messung von Röntgenstrahlung besitzt Integral JEM-X. Dieser spielt eine zentrale Rolle bei der Entdeckung und Erforschung von Gammastrahlen-Quellen. JEM-X ist ein Teleskop-Paar, dass gleichzeitig mit dem Hauptinstrument zur Feststellung von Gammastrahlung arbeitet. Das Instrument besitzt eine vergleichbare Auflösung wie der Bildaufzeichner IBIS. JEM-X wurde in Dänemark konstruiert.

Der Spektrometer SPI ist das Hauptinstruments Integrals und erlaubt die harte Gammastrahlung mit außergewöhnlicher Genauigkeit zu messen. Es ist sehr viel sensibler gegenüber der Strahlung als jedes vergleichbare Instrument vorher. SPI besitzt 19 Detektoren aus Germanium, die ständig auf minus 183°C gekühlt werden. Um jede Störung der Detektoren zu vermeiden, ist das gesamte Instrument von einer Schutzschicht aus Bismuth-Germanatoxid-Kristallen umgeben. Eine negative Auswirkung dieses Panzers ist seine große Masse: SPI allein wiegt 1,3 Tonnen. Das Instrument wurde in Frankreich und Deutschland gebaut.

Am 17. Oktober 2002 startete Integral erfolgreich vom russischen Weltraumbahnhof Baikonur. Dass für den Start die leistungsstärkste einsatzfähige russische Trägerrakete Proton verwendet wurde, zeigt die enorme Masse des Satelliten, der beim Start insgesamt 4,1 Tonnen wiegt. Integral ist fünf Meter lang und hat einen Durchmesser von 3,7 Metern. Nach dem Ausfahren der Solarpaneele hat der Satellit eine Spannweite von 16 Metern.

Integral ist nach dem erfolgreichen Start von Envisat bereits das zweite gestartete Mammutprojekt dieses Jahres. Die ESA macht damit einen großen Schritt in Richtung der etablierteren Raumfahrtorganisationen Russlands und Amerikas. Der Fakt, dass die Bestandteile des neuen Gammastrahlen-Observatoriums in ganz Europa gebaut wurden, zeigt eine perfekte Organisation und Zusammenarbeit der ESA-Mitgliedstaaten. Mit Integral hat Europa wieder einmal gezeigt, dass es im Sektor Raumfahrt nicht zu unterschätzen ist.