Quelle: ESA / Science & Exploration / Space Science / Webb, 25. März 2026

Durch Beobachtungen in sich ergänzenden Wellenlängen liefern Webb und Hubble den Wissenschaftlern ein umfassenderes und vielschichtigeres Verständnis der Atmosphäre des Gasriesen. Beide erfassen das von den gestreiften Wolken und dem Dunst des Saturn reflektierte Sonnenlicht, doch während Hubble subtile Farbunterschiede auf dem gesamten Planeten sichtbar macht, erfasst Webbs Infrarotbild Wolken und chemische Stoffe in vielen verschiedenen Tiefen der Atmosphäre – von den tiefen Wolken bis hin zur dünnen oberen Atmosphäre. Gemeinsam können Wissenschaftler die Atmosphäre des Saturn in verschiedenen Höhen effektiv „durchschneiden“, als würden sie die Schichten einer Zwiebel abziehen. Jedes Teleskop erzählt einen anderen Teil der Geschichte des Saturn, und die Beobachtungen zusammen helfen den Forschern zu verstehen, wie die Atmosphäre des Saturn als zusammenhängendes dreidimensionales System funktioniert.

Das hier gezeigte Hubble-Bild wurde im August 2024 im Rahmen eines mehr als zehn Jahre andauernden Beobachtungsprogramms namens OPAL (Outer Planet Atmospheres Legacy) aufgenommen, während das Webb-Bild einige Monate später im Rahmen der „Director’s Discretionary Time“ entstanden ist.

Die neu veröffentlichten Bilder zeigen Merkmale der turbulenten Atmosphäre des Saturn. Auf dem Webb-Bild schlängelt sich ein langlebiger Jetstream, bekannt als „Ribbon Wave“, über die nördlichen mittleren Breiten, beeinflusst von ansonsten nicht nachweisbaren atmosphärischen Wellen. Direkt darunter stellt ein kleiner Fleck einen verbleibenden Rest des „Great Springtime Storm“ von 2011 bis 2012 dar. Auch mehrere andere Stürme, die die südliche Hemisphäre des Saturn übersäen, sind auf Webbs Bild zu sehen. All diese Merkmale werden von starken Winden und Wellen unterhalb der sichtbaren Wolkendecke geformt, was den Saturn zu einem natürlichen Labor für die Erforschung der Strömungsdynamik unter extremen Bedingungen macht.

Auf beiden Bildern sind auch einige der spitzen Kanten des ikonischen, sechseckigen Jetstreams am Nordpol des Saturn, der 1981 von den Voyager-Sonden entdeckt wurde, schwach zu erkennen. Es bleibt eines der faszinierendsten Wetterphänomene des Sonnensystems. Seine Beständigkeit über Jahrzehnte hinweg unterstreicht die Stabilität bestimmter großräumiger atmosphärischer Prozesse auf Riesenplaneten. Dies sind wahrscheinlich die letzten hochauflösenden Aufnahmen, die wir von dem berühmten Sechseck bis in die 2040er Jahre sehen werden, da der Nordpol in den Winter eintritt und für 15 Jahre in Dunkelheit versinken wird.

In Webbs Infrarotaufnahmen erscheinen die Pole des Saturn deutlich graugrün, was auf Licht hinweist, das bei Wellenlängen um 4,3 Mikrometer emittiert wird. Dieses charakteristische Merkmal könnte von einer Schicht hochgelegener Aerosole in der Saturnatmosphäre stammen, die das Licht in diesen Breitengraden anders streut. Eine weitere mögliche Erklärung ist die Polarlichtaktivität, da geladene Moleküle, die mit dem Magnetfeld des Planeten interagieren, in der Nähe der Pole leuchtende Emissionen erzeugen können. Hubble und Webb haben bereits die Polarlichter des Saturn erforscht, Einblicke in die spektakulären Polarlichter des Jupiter geliefert, die auch mit Hubble zu sehen waren, die 2011 von Hubble erhaschten Polarlichter des Uranus bestätigt und mit Webb erstmals die Polarlichter des Neptun entdeckt.

Auf Webbs Infrarotaufnahme erscheinen die Ringe extrem hell, da sie aus stark reflektierendem Wassereis bestehen. Auf beiden Aufnahmen sehen wir die sonnenbeschienene Seite der Ringe, auf der Hubble-Aufnahme etwas weniger deutlich, weshalb darunter Schatten auf dem Planeten zu sehen sind. Es gibt auch subtile Ringmerkmale wie Speichen und Strukturen im B-Ring (dem dicken zentralen Bereich der Ringe), die bei den beiden Observatorien unterschiedlich erscheinen. Der F-Ring, der äußerste Ring, sieht auf dem Webb-Bild dünn und scharf aus, während er auf dem Hubble-Bild nur leicht leuchtet.

Die Umlaufbahn des Saturn um die Sonne bestimmt in Verbindung mit der Position der Erde auf ihrer jährlichen Umlaufbahn unseren sich verändernden Blickwinkel auf die Oberfläche und die Ringe des Saturn. Diese Beobachtungen aus dem Jahr 2024, die im Abstand von 14 Wochen aufgenommen wurden, zeigen, wie sich der Planet vom nördlichen Sommer in Richtung der Tagundnachtgleiche 2025 bewegt. Während Saturn in den südlichen Frühling und später in den südlichen Sommer der 2030er Jahre übergeht, werden Hubble und Webb zunehmend bessere Einblicke in diese Hemisphäre erhalten.

Hubbles jahrzehntelange Beobachtungen des Saturn haben eine Aufzeichnung seiner sich entwickelnden Atmosphäre geschaffen. Programme wie OPAL mit ihrer jährlichen Überwachung haben es Wissenschaftlern ermöglicht, Stürme, Streifenmuster und saisonale Veränderungen im Laufe der Zeit zu verfolgen. Webb ergänzt diese fortlaufende Aufzeichnung nun um leistungsstarke Infrarot-Fähigkeiten und erweitert damit die Möglichkeiten der Forscher, die atmosphärische Struktur und die dynamischen Prozesse des Saturn zu messen.

Weitere Informationen
Webb ist das größte und leistungsstärkste Teleskop, das jemals ins All gebracht wurde. Im Rahmen einer internationalen Kooperationsvereinbarung stellte die ESA den Startdienst für das Teleskop unter Einsatz der Trägerrakete Ariane 5 bereit. In Zusammenarbeit mit ihren Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifizierung der Anpassungen der Ariane 5 für die Webb-Mission sowie für die Beschaffung des Startdienstes durch Arianespace verantwortlich. Die ESA stellte außerdem den Hauptspektrografen NIRSpec sowie 50 % des Mittelinfrarot-Instruments MIRI bereit, das von einem Konsortium staatlich finanzierter europäischer Institute (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit dem JPL und der University of Arizona entwickelt und gebaut wurde. Webb ist eine internationale Partnerschaft zwischen der NASA, der ESA und der Canadian Space Agency (CSA).

Das Hubble-Weltraumteleskop ist seit über drei Jahrzehnten in Betrieb und liefert weiterhin bahnbrechende Entdeckungen, die unser grundlegendes Verständnis des Universums prägen. Hubble ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der ESA und der NASA.

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• Planet Saturn

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Quelle: NASA / Jet Propulsion Laboratory, 18. Dezember 2025

Diese 102 Infrarotwellenlängen des Lichts sind für das menschliche Auge zwar nicht sichtbar, aber ein großer Anteil der Strahlung im Kosmos liegt in diesen Bereichen. Die Beobachtung des gesamten Himmels auf diese Weise ermöglicht es Wissenschaftlern, wichtige Fragen zu beantworten, darunter auch, wie ein dramatisches Ereignis, das sich in der ersten Milliardstel Billionstel Billionstel Sekunde nach dem Urknall ereignete, die 3D-Verteilung von Hunderten Millionen Galaxien in unserem Universum beeinflusst hat. Darüber hinaus werden Wissenschaftler die Daten nutzen, um zu untersuchen, wie sich Galaxien im Laufe der fast 14 Milliarden Jahre alten Geschichte des Universums verändert haben, und um mehr über die Verteilung der wichtigsten Bestandteile für Leben in unserer eigenen Galaxie zu erfahren.

„Es ist unglaublich, wie viele Informationen SPHEREx in nur sechs Monaten gesammelt hat – Informationen, die besonders wertvoll sind, wenn sie zusammen mit den Daten unserer anderen Missionen genutzt werden, um unser Universum besser zu verstehen“, sagte Shawn Domagal-Goldman, Direktor der Astrophysik-Abteilung im NASA-Hauptquartier in Washington. „Wir verfügen im Wesentlichen über 102 neue Karten des gesamten Himmels, jede in einer anderen Wellenlänge und mit einzigartigen Informationen über die Objekte, die sie zeigt. Ich denke, jeder Astronom wird hier etwas Wertvolles finden, da die Missionen der NASA es der Welt ermöglichen, grundlegende Fragen darüber zu beantworten, wie das Universum entstanden ist und wie es sich verändert hat, um schließlich einen Lebensraum für uns zu schaffen.“

SPHEREx (kurz für Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization, and Ices Explorer) umkreist die Erde etwa 14½ Mal pro Tag und bewegt sich dabei von Norden nach Süden über die Pole hinweg. Jeden Tag nimmt er etwa 3.600 Bilder entlang eines kreisförmigen Streifens des Himmels auf, und im Laufe der Tage, während sich der Planet um die Sonne bewegt, verschiebt sich auch das Sichtfeld von SPHEREx. Nach sechs Monaten hat das Observatorium den Weltraum in alle Richtungen beobachtet und den gesamten Himmel in 360 Grad erfasst.

Die Mission, die vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien geleitet wird, begann im Mai mit der Kartierung des Himmels und stellte im Dezember ihr erstes Mosaik des gesamten Himmels fertig. Während ihrer zweijährigen Hauptmission wird sie drei weitere Scans des gesamten Himmels durchführen, und durch die Zusammenführung dieser Karten wird die Empfindlichkeit der Messungen erhöht. Der gesamte Datensatz steht Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit frei zur Verfügung.
„SPHEREx ist eine mittelgroße astrophysikalische Mission, die große wissenschaftliche Erkenntnisse liefert“, sagte JPL-Direktor Dave Gallagher. „Es ist ein phänomenales Beispiel dafür, wie wir mutige Ideen in die Realität umsetzen und damit ein enormes Potenzial für Entdeckungen erschließen.“

Superleistungsstarkes Teleskop

Jede der 102 von SPHEREx erfassten Farben steht für eine Wellenlänge des Infrarotlichts, und jede Wellenlänge liefert einzigartige Informationen über die Galaxien, Sterne, Planetenentstehungsgebiete und andere kosmische Merkmale darin. Beispielsweise strahlen dichte Staubwolken in unserer Galaxie, in denen Sterne und Planeten entstehen, in bestimmten Wellenlängen hell, während sie in anderen Wellenlängen kein Licht abgeben (und daher völlig unsichtbar sind). Der Prozess der Aufspaltung des Lichts einer Quelle in seine einzelnen Wellenlängen wird als Spektroskopie bezeichnet.

Zwar haben auch einige frühere Missionen den gesamten Himmel kartiert, wie beispielsweise der Wide-field Infrared Survey Explorer der NASA, aber keine davon hat dies in annähernd so vielen Farben getan wie SPHEREx. Im Gegensatz dazu kann das James-Webb-Weltraumteleskop der NASA Spektroskopie mit deutlich mehr Wellenlängen des Lichts durchführen als SPHEREx, hat jedoch ein tausendmal kleineres Sichtfeld. Die Kombination aus Farben und einem so großen Sichtfeld macht SPHEREx so leistungsstark.
„Die Superkraft von SPHEREx besteht darin, dass es etwa alle sechs Monate den gesamten Himmel in 102 Farben erfasst. Das ist eine erstaunliche Menge an Informationen, die in kurzer Zeit gesammelt werden“, sagte Beth Fabinsky, SPHEREx-Projektmanagerin am JPL. „Ich denke, das macht uns zum Fangschreckenkrebs unter den Teleskopen, denn wir verfügen über ein erstaunliches mehrfarbiges visuelles Erkennungssystem und können außerdem einen sehr weiten Bereich unserer Umgebung sehen.“

Um diese Leistung zu vollbringen, verwendet SPHEREx sechs Detektoren, die jeweils mit einem speziell entwickelten Filter mit einem Farbverlauf von 17 Farben ausgestattet sind. Das bedeutet, dass jedes mit diesen sechs Detektoren aufgenommene Bild 102 Farben (sechs mal 17) enthält. Es bedeutet auch, dass jede von SPHEREx erstellte Vollhimmelskarte eigentlich aus 102 Karten in jeweils unterschiedlichen Farben besteht.
Das Observatorium wird diese Farben nutzen, um die Entfernung zu Hunderten von Millionen Galaxien zu messen. Obwohl die Positionen der meisten dieser Galaxien bereits von anderen Observatorien in zwei Dimensionen kartiert wurden, wird die Karte von SPHEREx in 3D erstellt, sodass Wissenschaftler subtile Unterschiede in der Anordnung und Verteilung der Galaxien im Universum messen können.

Diese Messungen werden Einblicke in ein Ereignis liefern, das sich in der ersten Milliardstel Milliardstel Milliardstel Sekunde nach dem Urknall ereignet hat. In diesem Moment, der als Inflation bezeichnet wird, dehnte sich das Universum um das Billionenfache aus. Seitdem hat sich nichts Vergleichbares im Universum ereignet, und Wissenschaftler möchten dieses Phänomen besser verstehen. Der Ansatz der SPHEREx-Mission ist ein Weg, um diese Bemühungen zu unterstützen.

Weitere Informationen zu SPHEREx

Die SPHEREx-Mission wird vom JPL für die Astrophysikabteilung der NASA innerhalb der Wissenschaftsdirektion in Washington geleitet. Das Teleskop und der Raumfahrzeugbus wurden von BAE Systems gebaut. Die wissenschaftliche Analyse der SPHEREx-Daten wird von einem Team von Wissenschaftlern aus 10 Institutionen in den USA, Südkorea und Taiwan durchgeführt. Die Daten werden am IPAC am Caltech in Pasadena verarbeitet und archiviert, das das JPL für die NASA verwaltet. Der Hauptforscher der Mission ist am Caltech tätig und hat eine gemeinsame Anstellung am JPL. Der SPHEREx-Datensatz ist öffentlich zugänglich.
Weitere Informationen über die SPHEREx-Mission finden Sie unter: https://science.nasa.gov/mission/spherex/

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• SPHEREx-Weltraumteleskop auf Falcon 9

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Quelle: ESA/Science&Exploration, 1. August 2025

Das hier gezeigte Feld, das als MIRI Deep Imaging Survey (MIDIS) Region bekannt ist, wurde mit dem kurzwelligsten Filter des Mid-Infrared Instrument (MIRI) von Webb fast 100 Stunden lang beobachtet. Dies ist die bisher längste Beobachtung eines extragalaktischen Feldes mit einem einzelnen Filter, die einen der tiefsten Blicke auf das Universum ermöglicht, die jemals gewonnen wurden. In Kombination mit den Daten der Nahinfrarotkamera (NIRCam) von Webb ermöglicht dieses Bild den Astronomen zu erforschen, wie sich Galaxien über Milliarden von Jahren gebildet und entwickelt haben.
Diese tiefen Beobachtungen haben mehr als 2500 Strahlungsquellen in diesem winzigen Bereich des Himmels aufgedeckt. Darunter befinden sich Hunderte von extrem roten Galaxien – einige davon sind wahrscheinlich massive, staubverdeckte Systeme oder entwickelte Galaxien mit reifen Sternen, die sich früh in der Geschichte des Universums gebildet haben. Dank der scharfen Auflösung von Webb, selbst im mittleren Infrarotbereich, können die Forscher die Strukturen vieler dieser Galaxien auflösen und untersuchen, wie ihr Licht verteilt wird, was Aufschluss über ihr Wachstum und ihre Entwicklung gibt.
In diesem Bild verdeutlichen die Farben, die den verschiedenen Wellenlängen des Infrarotlichts zugeordnet wurden, die feinen Nuancen, die Astronomen mit diesen genauen Daten machen können. Orange und Rot stehen für die längsten Wellenlängen im mittleren Infrarot. Die Galaxien in diesen Farben weisen zusätzliche Merkmale auf – wie hohe Staubkonzentrationen, rege Sternentstehung oder einen aktiven galaktischen Kern (AGN) in ihrem Zentrum -, die mehr von diesem weiter entfernten Infrarotlicht aussenden. Kleine, grünlich-weiße Galaxien sind besonders weit entfernt und haben eine hohe Rotverschiebung. Dadurch verschiebt sich ihr Lichtspektrum in die Wellenlängen des mittleren Infrarots, die in den Daten weiß und grün dargestellt sind. Den meisten Galaxien in diesem Bild fehlt eine solche Verstärkung im mittleren Infrarot, so dass sie bei den kürzeren Wellenlängen des nahen Infrarots am hellsten sind, die in den Farben Blau und Cyan dargestellt sind.
Mit der Rückkehr zu diesem alten Feld, das durch das NASA/ESA Hubble Space Telescope berühmt wurde, setzt Webb die Tradition des Deep Field fort und erweitert sie – es enthüllt neue Details, deckt bisher verborgene Galaxien auf und bietet neue Einblicke in die Entstehung der ersten kosmischen Strukturen.

CREDIT: ESA/Webb, NASA & CSA, G. Östlin, P. G. Perez-Gonzalez, J. Melinder, the JADES Collaboration, M. Zamani (ESA/Webb)
LICENCE: CC BY 4.0 INT oder ESA Standard Licence

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• JWST – James Webb Space Telescope

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Quelle: OHB SE Oktober 2023.

Bremen, 10. Oktober 2023. Die OHB Digital Connect GmbH, ein Tochterunternehmen des deutschen Raumfahrt- und Technologiekonzerns OHB SE, hat einen neuartigen Sensor zur Überwachung von Hitzeinseln im städtischen Raum entwickelt und erweitert damit ihr Portfolio im Bereich Urban Analytics. Der flugzeuggetragene Sensor trägt den Namen RAVEN (Remote Airborne Variable Emissivity and Temperature SeNsor) und ist dazu in der Lage, die in dicht bebauten Gebieten auftretenden Temperaturunterschiede hochaufgelöst darzustellen. Dazu erfasst der Sensor die von Objekten emittierte Wärmestrahlung im Bereich des langwelligen Infrarots (LWIR) in drei spektralen Bändern. Aus den Daten können anschließend Rückschlüsse auf die Oberflächeneigenschaften und die Temperatur der überflogenen Objekte gezogen werden. Dies ermöglicht die Erstellung von detaillierten Hitzekarten. Darüber hinaus liefert RAVEN wertvolle Daten für weitere Anwendungen – unter anderem die Abschätzung des Gesundheitszustands und des Bewässerungsbedarfs von Vegetation im städtischen Raum.

Da herkömmliche Breitband-LWIR-Kameras und Satelliteninstrumente die Vielfalt der in Städten vorkommenden Oberflächentypen nicht adäquat abbilden können, füllt RAVEN eine Lücke im verfügbaren Datenmaterial und kann zur Bewertung des Bedarfs an städtebaulichen Maßnahmen eingesetzt werden. Durch wiederholte Überflüge kann zudem die Effektivität von bereits durchgeführten Maßnahmen überprüft werden. In einer ersten Testkampagne wurde die Leistungsfähigkeit des Sensors kürzlich erfolgreich demonstriert. In Zusammenarbeit mit verschiedenen Pilotnutzern, darunter die am CityCLIM-Projekt beteiligten Städte (Luxemburg, Thessaloniki, Valencia und Karlsruhe) sowie Essen und Bremen, sollen in den kommenden Wochen und Monaten weitere Tests durchgeführt werden. Ziel der fortlaufenden Weiterentwicklung des Sensorsystems ist die Bereitstellung einer kompakten Lösung für den autonomen Einsatz auf Multikopter- oder Starrflügler-Drohnen.

Interesse an der Nutzung von RAVEN als Pilotanwender?
Unser Team steht unter theo(at)ohb.de für Anfragen bereit.

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• OHB-System
• Planet Erde

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Quelle: OHB SE 21. Juni 2023.

Bremen/Freiburg, 21. Juni 2023. Das von OHB unterstützte Technologie-Startup constellr hat von der Europäischen Kommission und der Europäischen Weltraumorganisation ESA einen mehrjährigen Millionenauftrag erhalten. Im Rahmen der Vereinbarung wurde die von constellr erdachte Satellitenkonstellation HiVe (High-Precision Versatile Ecosphere Monitoring) als sogenannte „beitragende Mission“ für das europäische Erdbeobachtungsprogramm Copernicus ausgewählt. Konkret soll constellr zukünftig hochauflösende Infrarotbilder aus dem Weltall liefern. Diese Daten erlauben Rückschlüsse auf den Wasserbedarf und den allgemeinen Gesundheitszustand von landwirtschaftlichen Nutzpflanzen. Dadurch können Symptome von Trockenstress und Nährstoffmängel frühzeitig erkannt und durch den gezielten Einsatz von künstlicher Bewässerung und Düngemitteln behoben werden, bevor es zu stärkeren Schäden kommt. Dieses Vorgehen ermöglicht den sparsameren Einsatz von wertvollen Ressourcen und trägt zur globalen Ernährungssicherheit bei.

Die OHB System AG realisiert am Standort Oberpfaffenhofen im Auftrag von constellr die ersten beiden Nutzlasten für die HiVe-Konstellation. Die technologisch anspruchsvollen Instrumente kombinieren einen VTIR-Sensor (thermisches Infrarot) mit vier Aufnahmekanälen mit einem VNIR-Sensor (sichtbares und nahes Infrarot). Nach Fertigstellung der Konstellation sollen der Wasserbedarf und die Wasserverfügbarkeit für jedes Feld auf der Erde ständig überwacht werden können.

Der Start der ersten beiden Satelliten ist für 2024 geplant.

Über constellr
constellr ist ein deutsches Deeptech-Startup aus Freiburg, welches an der Schnittstelle von Fernerkundung und Landwirtschaft agiert. Als Ausgründung der Fraunhofer Gesellschaft für Angewandte Forschung widmet sich constellr der Unterstützung der globalen Ernährungssicherheit in Zeiten des Klimawandels. Gestützt auf eine proprietäre Weltrauminfrastruktur mit einzigartiger Sensortechnologie bietet constellr weltweites, präzises und feldgenaues Wassermonitoring und Gesundheitsmonitoring für landwirtschaftliche Nutzpflanzen an.

Über OHB System
Die OHB System AG ist eines der führenden Raumfahrtunternehmen Europas und das größte Tochterunternehmen des börsennotierten Technologiekonzerns OHB SE, der europaweit knapp 3.000 Mitarbeiter:innen beschäftigt. Mit Hauptsitz in Bremen und einem weiteren starken Standort in Oberpfaffenhofen bei München hat die OHB System AG mehr als 40 Jahre Erfahrung mit der Entwicklung von High-Tech-Lösungen für die Raumfahrt und weitere Anwendungsfelder. Das Portfolio an Produkten und Dienstleistungen reicht dabei von der Realisierung von Satellitensystemen für Erdbeobachtung, Navigation, Telekommunikation und Aufklärung über die Ausarbeitung und Umsetzung von Missionen zur Erforschung des Weltalls bis hin zur Entwicklung von Systemen für die astronautische Raumfahrt.

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• OHB-System

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Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft 25. Mai 2023.

25. Mai 2023 – Wasser wird zunehmend knapper. Eine neuartige Satellitentechnologie, die in Form eines Prototyps mit dem Namen »LisR« bereits auf der Internationalen Raumstation ISS erprobt wurde, ermöglicht es künftig, Pflanzen bedarfsgerecht zu bewässern und einen nachhaltigen Umgang mit der lebenswichtigen Ressource sicherzustellen. Für diese Entwicklung erhält ein Team aus Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut, EMI und des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF sowie der beiden Spin-offs constellr GmbH und SPACEOPTIX GmbH den Fraunhofer-Preis »Technik für den Menschen und seine Umwelt«.

In Deutschland sind wir es gewohnt, ausreichend Wasser zur Verfügung zu haben. Künftig jedoch dürfte die lebenswichtige Ressource knapp werden – schließlich geht der Weltklimarat davon aus, dass infolge des Klimawandels die Intensität und Häufigkeit von Dürren weiter zunehmen. Darüber hinaus wächst die Weltbevölkerung immer weiter: Bis 2050 werden Schätzungen zufolge knapp zehn Milliarden Menschen auf der Erde leben – Menschen, die mit Nahrungsmitteln versorgt werden müssen. Eine Herausforderung, wenn man bedenkt, dass aktuell etwa 70 Prozent unseres Trinkwassers für Bewässerung genutzt werden. Besonders besorgniserregend: 60 Prozent davon werden durch übermäßige Bewässerung verschwendet.

Geleitet durch die Gründungsidee der constellr GmbH entwickelten die Forschenden des Fraunhofer EMI, des Fraunhofer IOF sowie der Unternehmen constellr und SPACEOPTIX – beides Ausgründungen dieser Institute – die Infrarotkamera LisR, kurz für »Longwave infrared sensing demonstratoR«. Nach erfolgreicher Demonstration auf der internationalen Raumstation ISS sollen die Erkenntnisse der LisR-Mission als Grundlage für eine Satelliten-Konstellation genutzt werden – eine Satelliten-Konstellation, mit der sich künftig aus dem Orbit die Landoberflächentemperatur messen und die Bewässerung auf den tatsächlichen Bedarf abstimmen lässt. Schon ab 2026 könnten sich auf diese Weise jährlich 180 Milliarden Tonnen Wasser und 94 Million Tonnen CO₂ einsparen lassen, während die globale Ernte durch eine gezieltere Versorgung der Pflanzen um bis zu vier Prozent steigen könnte. Dies entspräche zusätzlicher Nahrung für über 350 Millionen Menschen. Für ihre Entwicklung des Technologie-Demonstrators LisR werden Clemens Horch vom Fraunhofer EMI, Dr. Henrik von Lukowicz vom Fraunhofer IOF, Cassi Welling von der constellr GmbH und Dr. Matthias Beier von der SPACEOPTIX GmbH mit dem Fraunhofer-Preis »Technik für den Menschen und seine Umwelt« 2023 ausgezeichnet.

Messung der realen Landtemperatur
Doch wie ermöglicht es die Technologie, solche großen Mengen an Wasser und CO₂ einzusparen? »Von einem Satelliten aus behält die Technologie die Erdoberfläche im Blick und detektiert die von dort ausgesandte Infrarotstrahlung – also die Wärmestrahlung«, erläutert Welling. »Während andere Lösungen lediglich die Landoberflächentemperatur modellieren, messen wir die Temperatur des Blätterdachs oder der Landoberfläche der Vegetation direkt. Auf diese Weise können wir eine genaue Bewertung von Wasserverfügbarkeit gegenüber Wasserbedarf vornehmen und Stress früher als je zuvor erkennen.« Über die Bewertung lässt sich damit auch auf den Bewässerungszustand der Pflanzen schließen: Sind die Pflanzen nicht ausreichend mit Wasser versorgt, verdunstet weniger Wasser über ihre Blätter – die Temperatur steigt. Die Wärme an bestimmten Stellen des Ackers kann Landwirtinnen und Landwirten daher einen direkten Anhaltspunkt geben, wo Bewässerung nötig ist und wo nicht.

Elementar für die Entwicklung des Technologie-Demonstrators war das Zusammenspiel der verschiedenen Partner mit ihren sich ergänzenden Expertisen. Während das Fraunhofer IOF die kompakte und leicht zu integrierende Optik für das Kameramodul entwickelte, fertigte SPACEOPTIX die dafür nötige Freiform-Spiegeloptik in Nanometer-Präzision. Die Forschenden des Fraunhofer EMI wiederum steuerten ein patentiertes Messverfahren bei, mit dem sich aus den Kameraaufnahmen die präzise Oberflächentemperatur bestimmen lässt. Die Missionsplanung sowie die Auswertung der Daten übernahm die constellr GmbH.

Test auf der Internationalen Raumstation ISS
Um die neue Technologie unter Realbedingungen zu testen, entwickelten die Forschenden den Demonstrator. Im Frühjahr und Sommer 2022 wurde dieser auf der Internationalen Raumstation ISS erprobt – eine große Ehre. »Von der ISS aus konnten wir etwa zehn Millionen Bilder aufnehmen, mit einer Auflösung von rund 80 Metern«, freut sich Horch. Aufbauend auf diesem Erfolg plant constellr, bis zum Jahr 2028 mit 16 Kleinsatelliten alle 24 Stunden die Temperatur der Landoberfläche überall auf der Erde mit täglicher Frequenz und einer Auflösung von mehr als 50 Metern präzise zu messen. So kann vom Weltraum aus die optimale Bewässerung von Agrarflächen unterstützt werden.

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• Planet Erde

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 10. Mai 2023.

10. Mai 2023 – Einem internationalen Forschungsteam, an dem das Max-Planck-Institut für Astronomie beteiligt ist, ist es nach fast 15 Jahren vergeblicher Anstrengungen gelungen, einige Eigenschaften der Atmosphäre des Exoplaneten GJ 1214 b zu ermitteln. Dazu haben die Astronominnen und Astronomen mit dem MIRI-Spektrografen des Weltraumteleskops James Webb (JWST) jetzt die Infrarotstrahlung des als Mini-Neptun klassifizierten Planeten ausgemessen und mithilfe von Modellrechnungen ausgewertet. Die Ergebnisse deuten auf einen ungewöhnlich stark reflektierenden, dichten Dunstschleier in der Hochatmosphäre hin und zeigen Hinweise auf Wasserdampf und Methan.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Dunstschicht von GJ 1214 b anders zusammengesetzt sein muss, als wir es von den uns bekannten Himmelskörpern kennen“, sagt Maria Steinrück vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) in Heidelberg, Deutschland. Sie ist eine Koautorin des Artikels, der in der Zeitschrift Nature erscheint und hat die Modellrechnungen durchgeführt, die für die Bewertung der Beobachtungen essentiell sind.

Ein dichter, stark reflektierender Schleier
Die Daten sind nur dadurch zu erklären, indem die Forschenden eine Schicht in der oberen Atmosphäre des Planeten annehmen, die die Strahlung des zentralen Sterns, den GJ 1214 b in 38 Stunden einmal umkreist, ungewöhnlich stark reflektiert. Woraus diese Schicht jedoch besteht, bleibt nach wie vor ein Geheimnis, da keine der bisher vermuteten Zusammensetzungen eine zufriedenstellende Erklärung liefert. Die gängigen Kandidaten scheiden jedenfalls aus.

„Weder Rußteilchen noch sogenannte Tholine reflektieren die Strahlung des Sterns ausreichend stark“, stellt Steinrück fest. Der Begriff „Tholine“ wurde von Carl Sagan geprägt, und beschreibt eine variable Mischung aus Kohlenwasserstoffen, die auf dem Saturnmond Titan und anderen Körpern des Sonnensystems zu finden ist. Vermutlich bestand die Atmosphäre der Ur-Erde ebenfalls zum Teil aus Tholinen.

Ähnlich wie auf der Erde die Ozonschicht mit der UV-Strahlung der Sonne reagiert, könnten vergleichbare Prozesse auch für die Produktion der chemischen Verbindungen des Dunstes verantwortlich sein, die in der Hochatmosphäre von GJ 1214 b und vielleicht vieler Mini-Neptune zu finden sind. Derzeit wird in verschiedenen Laboren intensiv danach geforscht, welche Stoffe das sein könnten. Organische Verbindungen sind derzeit die heißesten Kandidaten.

Hinweise auf Wasser
Erstmals belegen nun die neuen Beobachtungen mit MIRI (Mid-Infrared Instrument) am JWST auch, dass die Atmosphäre jenseits von Wasserstoff und Helium einen hohen Anteil an schweren Elementen haben muss. Das folgt aus den Modellrechnungen, die die gemessene Helligkeitsvariation des vom Planeten veränderten Sternlichts nachempfinden.

Die Astronominnen und Astronomen haben mit ihrer Beobachtung einen vollständigen Umlauf von GJ 1214 b erfasst und somit seine Oberfläche von allen Seiten vermessen – das erste Mal bei einem Mini-Neptun. Das Licht, das GJ 1214 b von seinem Zentralstern empfängt dient dabei als eine Art Sonde. Etwaige Einflüsse des Planeten auf das Sternlicht zeigen sich dann in schwankenden Anteilen der Strahlung des Planeten.

Einen Hinweis auf die konkrete Zusammensetzung der Atmosphäre bieten die Messdaten auch. Wie bereits vermutet, besitzt dieser Planet wahrscheinlich Wasser, das als gasförmiger Dampf auftritt. „GJ 1214 b könnte daher eine Wasserwelt sein“, sagt Eliza Kempton, Professorin an der University of Maryland, USA und Erstautorin des Forschungsartikels. Allerdings könnten die Merkmale auch auf Methangas hindeuten. Eine Mischung aus beiden ist ebenfalls denkbar. Zur Klärung sind daher weitere Beobachtungen nötig.

Ein Planet mit ewigem Tag und ewiger Nacht
Im Jahre 2009 haben Astronomen den knapp 50 Lichtjahre entfernten GJ 1214 b durch die Transitmethode entdeckt. Dabei ist die Bahn des Planeten so orientiert, dass er regelmäßig seinen Zentralstern kreuzt und durch die Bedeckung die Sternhelligkeit geringfügig verringert. Aus diesen Messungen ließ sich seine Größe von etwa drei Erddurchmessern errechnen. Seine Masse beträgt etwa sieben Erdmassen. Das klassifiziert GJ 1214 b eindeutig als einen Mini-Neptun.

Diese Art von Exoplaneten ist die häufigste, die Astronomen finden. Im Sonnensystem gibt es solche Planeten jedoch nicht. Das ist ein Grund dafür, dass ihre Beschaffenheit kaum bekannt ist.

GJ 1214 b umkreist seinen Zentralstern GJ 1214 in einer Entfernung, die etwa einem Siebzigstel der Distanz zwischen der Erde und der Sonne entspricht. Damit befindet sich der Planet in einer sogenannten gebundenen Rotation. Das bedeutet, dass eine Umkreisung genauso lange dauert wie eine Rotation um die eigene Achse. Deswegen beleuchtet und heizt der Zentralstern immer dieselbe Seite des Planeten. Winde tragen die Luftschichten auf die gegenüberliegende Hemisphäre, wo sie in ewiger Nacht abkühlen.

Wie beim globalen Erdklima hängt auch hier die Temperatur auf GJ 1214 b von verschiedenen Einflüssen ab: die Leuchtkraft und die Temperatur des Sterns, der Abstand des Planeten vom Stern und die Eigenschaften der Atmosphäre. Daraus ergibt sich eine charakteristische Wärmestrahlung des Planeten, welche die Forschenden mit den MIRI-Beobachtungen aufnahmen. Diese bestehen aus Spektren, welche die verschiedenen Anteile der Infrarotstrahlung entsprechend ihrer Wellenlänge aufspalten.

Daraus schließen die Astronominnen und Astronomen, dass die Hälfte der Einstrahlung durch den Zentralstern von der Dunstschicht reflektiert wird und zur Erwärmung der Atmosphäre nicht beiträgt. Die Berechnungen ergeben somit, dass GJ 1214 b eine mittlere, globale Temperatur von etwa 230 Grad Celsius (500 Kelvin) besitzt, die zwischen Tag und Nacht um etwa 115 Grad variiert.

Durchbruch in der Planetenforschung
Mehrfach haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bisher versucht, die Zusammensetzung der Atmosphäre von GJ 1214 b zu bestimmen, indem sie das Sternlicht analysierten, das bei jeder Bedeckung dessen Luftschichten durchdringt. Dabei prägen sich gewöhnlich eindeutige Merkmale der Gase auf das Licht auf. Die bisherigen Beobachtungen zeigten jedoch nichts. Das JWST hat nun ein neues Kapitel aufgeschlagen.

„GJ 1214b war der weiße Wal der Bestimmung von Exoplanetenatmosphären. Die gesamte Forschungsgemeinschaft war lange Zeit hinter ihm her. Es ist wunderbar, dass endlich einige seiner Geheimnisse gelüftet werden“, freut sich Laura Kreidberg. Sie ist Direktorin am MPIA und leitet die Abteilung „Atmosphärenphysik der Exoplaneten (APEx)“, in der Maria Steinrück forscht. Kreidberg war eine der ersten, die GJ 1214 b ins Visier nahm um seine Zusammensetzung zu bestimmen.

Diese Ergebnisse stellen einen Durchbruch in der Planetenforschung dar. Sie steigern die Hoffnung, dass nun ein Werkzeug gefunden wurde, mit dem die häufigste Klasse von Exoplaneten systematisch untersucht werden kann.

Hintergrundinformationen
Die an der Studie beteiligten Forschenden des MPIA sind Maria Steinrück und Sebastian Zieba.

Die Astronominnen und Astronomen beobachteten GJ 1214 b im Rahmen des JWST General Observer (GO) Program 1803, „Unlocking the Mysteries of the Archetype Sub-Neptune GJ 1214b with a Full-Orbit Phase Curve“ (PI: Jacob Bean).

Das James Webb Space Telescope (JWST) ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. JWST ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA mit ihren Partnern, der ESA (Europäische Weltraumorganisation) und der CSA (Kanadische Weltraumorganisation).

Das Mid-InfraRed Instrument (MIRI) des JWST, das von einem europäischen Konsortium von Forschungseinrichtungen gebaut wurde, ist ein wissenschaftliches Mehrzweckinstrument für Infrarot-Wellenlängen zwischen 5 und 28 Mikrometern. Es kombiniert eine bildgebende Kamera mit einem Spektrografen. Mit der Unterstützung von industriellen Partnern lieferte das MPIA die Mechanismen aller Elemente zur Steuerung der Wellenlängenbereiche, wie z.B. Filter- und Gitterräder, und leitete das elektrische Design von MIRI.

Folgende Forschungsinstitute sind an dieser Studie beteiligt:
University of Maryland, College Park, USA; University of Chicago, USA; Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg, Deutschland; Earth and Planets Laboratory, Carnegie Institution for Science, Washington, DC, USA; University of Oxford, UK; University of Michigan, USA; University of Leicester, UK; BAER Institute, NASA Ames Research Center, Moffet Field, USA; Institut Trottier de Recherche sur les Exoplanètes und Département de Physique, Université de Montréal, Kanada; Center for Computational Astrophysics, Flatiron Institute, New York, USA; Johns Hopkins Applied Physics Laboratory, Laurel, USA; Steward Observatory, University of Arizona, Tucson, USA; European Space Agency, Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA; Leiden Observatory, The Netherlands; AIM, CEA, CNRS, Université Paris-Saclay, Université de Paris, Gif-surYvette, France; Vanderbilt University, Nashville, USA; Center of Excellence in Information Systems, Tennessee State University, Nashville, USA; Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona, Tucson, USA; Eureka Scientific, Inc., Oakland, USA; NASA Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, USA; Johns Hopkins University, Baltimore, USA; School of Earth & Space Exploration, Arizona State University, Tempe, USA; University of California, Santa Cruz, USA.

Originalveröffentlichung
Eliza M.-R. Kempton et al. (incl. Maria E. Steinrueck, Sebastian Zieba)
A reflective, metal-rich atmosphere for GJ 1214 b from its JWST phase curve
Nature (2023), DOI: dx.doi.org/10.1038/s41586-023-06159-5.
Preprint: https://www.mpg.de/20286388/mpia-pm_gj1214b_steinrueck_2023_preprint.pdf.

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• Exoplaneten

Der Beitrag MPIA: Widerspenstiger Exoplanet lüftet seinen Schleier – ein bisschen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 8. Mai 2023.

Während der Veranstaltung werden wir zwei Mini-Dokumentarfilme über die Instrumente vorstellen, gefolgt von einer Fragerunde mit den Experten, die dahinter stehen. Die Teilnehmer können ihre Fragen auf Twitter unter #askESO stellen, aber auch live auf Facebook und YouTube. Klicken Sie auf „Zusagen/Interessiert“ auf Facebook bzw. „Benachrichtigung aktivieren“ auf YouTube, um informiert zu werden, wenn die Live-Show beginnt.

Das ELT der ESO ist ein revolutionäres bodengebundenes Teleskop mit einem 39-Meter-Hauptspiegel, das damit das größte Teleskop für sichtbares und infrarotes Licht der Welt sein wird. Das ELT wird sich mit einigen der größten wissenschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit befassen. Um dies zu erreichen, wird das ELT mit einer Reihe von Spitzeninstrumenten ausgestattet sein.

Die erste Generation von Instrumenten wird HARMONI, METIS, MICADO und MORFEO umfassen. Zwei weitere Instrumente werden zu einem späteren Zeitpunkt hinzukommen: ANDES und MOSAIC.

METIS wird den Infrarot-Wellenlängenbereich abdecken. Es wird ein breites Spektrum wissenschaftlicher Themen untersuchen, von Objekten in unserem Sonnensystem bis hin zu weit entfernten aktiven Galaxien.

MICADO wird hochauflösende Bilder im nahen Infrarotbereich aufnehmen. Damit ist das Instrument ideal für die Identifizierung von Exoplaneten, aber auch für die Auflösung einzelner Sterne in anderen Galaxien und die Erforschung des geheimnisvollen Zentrums der Milchstraße.

YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=zgHFdokFyLU
Facebook: https://fb.me/e/2JtKDmBbR

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• Terminvorschau auf Veranstaltungen

Der Beitrag Live-Streaming: Wie wird das ELT das Universum erforschen? erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: ESA.

ESA, 19. Dezember 2022. „Am Tag des Starts war der Druck extrem hoch. Wir waren sehr zuversichtlich, dass wir erfolgreich sein würden, da wir praktisch 15 Jahre Vorbereitungszeit hatten. Aber der Druck war nach einer langen Startkampagne mit einer Reihe von technischen Problemen, die es zu lösen galt, dennoch hoch“, sagt Daniel de Chambure, Leiter des ESA-Büros in Kourou, Französisch-Guayana, und zuvor Ariane 5 – Projektmanager für Webb.

Man kann ohne Übertreibung sagen, dass die Welt zuschaute. Die jahrelange Entwicklung und die Versprechungen hatten Webb zu einem mit Spannung erwarteten Nachfolger des Hubble-Weltraumteleskops der NASA/ESA werden lassen. Webb war für die Astronomie nichts weniger als ein „Apollo-Moment“, eine außerordentlich komplexe und ehrgeizige Mission. Die Menschheit wartete auf das nächste „große Auge am Himmel“, einen gigantischen Sprung in der Technologie, der unsere Sicht bis hin zum Anfang der Sterne und Galaxien erweitern würde.

Die Hoffnungen einer neuen Generation von Astronom*innen saßen in der Raketenspitze der von der ESA bereitgestellten Ariane 5-Rakete, die gerade in den Wolken über dem europäischen Weltraumbahnhof in Kourou, Französisch-Guayana, verschwunden war.

Der Aufstieg selbst sollte voraussichtlich etwa 30 Minuten dauern. Die Mission in Kourou war in dem Moment beendet, als die Bestätigung eintraf, dass Webb seine Solarzellen automatisch ausgefahren hatte, seinen eigenen Strom erzeugte und mit dem Team des Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, USA, kommunizierte.

Übungen und Simulationen

Massimo Stiavelli, der das Webb-Missionsbüro in Baltimore leitet, wusste, dass viel auf dem Spiel stand: keine Solarzellen – keine Mission. In den Jahren bis zu diesem Moment hatten Massimo und das Flugbetriebsteam am STScI immer wieder geübt, was mit Webb geschehen sollte, sobald es das Weltall erreicht hatte. Diese Übungen wurden ausschließlich am Computer simuliert, so dass sie sich sehr real anfühlten. Zunächst war alles „nominal“. Das bedeutet, dass sich das Raumfahrzeug wie erwartet verhalten würde. Das kleine Team von Ingenieur*innen, das die Simulationen programmierte, begann dann, anonyme Probleme in das Ganze einzufügen, die das Flugteam diagnostizieren und korrigieren musste.

„Am schlimmsten war es bei der Übung, als die Solarzellen nicht ausgefahren wurden. Wir hatten also nur die Batterien und wussten, dass irgendwann die Energie ausgehen würde“, sagt Massimo.

Im Rahmen der Simulation hatte das Team von Massimo alles versucht. Sie hatten manuelle Befehle gesendet, um das Ausfahren anzuordnen. Als das nicht funktionierte, begannen sie „eine Reihe von Tanzbewegungen“, bei denen sie das Raumfahrzeug schüttelten, um die Solarzellen zu lösen. Als die Zeit knapp wurde und das Team alle möglichen Tricks ausprobiert hatte, spielte die Simulation schließlich mit, und die Solarzellen wurden ausgefahren.

„Das war ziemlich stressig und etwas, das wir im echten Leben nicht ausprobieren wollten“, sagt Massimo.

Doch bevor die Flugtechniker die Arbeit übernahmen, mussten Daniel und sein Team ihr Versprechen einlösen, Webb sicher in die Erdumlaufbahn zu bringen.

Die extreme Präzision des Starts

Der Tag begann früh. Daniel wachte an diesem Weihnachtsmorgen um 04:00 Uhr auf und machte sich auf den Weg zur Arbeit, wo er sicherstellte, dass mit der Trägerrakete auf der Rampe noch alles im grünen Bereich war. Eineinhalb Stunden vor dem Start betrat er den Hauptkontrollraum und überwachte die Ausführung der letzten Aufgaben vor dem Start. Diese letzten Vorbereitungen müssen in der Regel vierzig Minuten vor dem Start abgeschlossen sein. Dann wartet das Team.

„Man wird ein bisschen nervös, weil man warten muss“, sagt er. Zur Ablenkung traf er sich mit den Medien, um deren Fragen zu beantworten. Sieben Minuten vor dem Start kehrte er dann in den Kontrollraum zurück, als der letzte Countdown begann.

In dieser Phase lief alles automatisch ab. Das Flugbetriebsteam widmete seine ganze Aufmerksamkeit der Überwachung des Zustands der Trägerrakete – immer bereit zum Abbruch, falls etwas schief gehen sollte. In den letzten Sekunden erfolgte die Zündung: zuerst das Haupttriebwerk, dann sieben Sekunden später die Booster.

Die Rakete verließ die Rampe. Die Operatoren überwachten weiterhin die Telemetriedaten, die von der Trägerrakete zurückgeschickt wurden, und achteten auf jede noch so kleine Abweichung von den Prognosen.

Das Team verfolgte den Aufstieg und seine verschiedenen Etappen. Zunächst wurden die Booster abgetrennt, dann öffnete sich die Verkleidung in zwei Hälften, um Webb in 110 km Höhe freizulegen. Anschließend wurde die erste Raketenstufe abgetrennt, die zweite Stufe gezündet und später abgeschaltet. Schließlich löste sich Webb in einer Höhe von 1400 km von der Ariane. Die Kamera auf der Rakete beobachtete, wie das Weltraumteleskop wegtrieb und dabei seine Flugbahn anpasste. Als Webb ein paar Minuten später genau auf seinem Kurs war, entfaltete das Teleskop automatisch seine Solarzellen und begann, mit Massimos Team in Baltimore zu kommunizieren. Daniel und sein Team hatten ihre Arbeit erledigt.

Aber ganz so war es nicht.

Man hatte angenommen, dass in den wenigen Minuten, die Webb für die Berechnung und Ausführung seines Flugmanövers benötigen würde, das Weltraumteleskop außer Sichtweite der Raketenkamera treiben würde und die Entfaltung der Solarzellen unerkannt erfolgen würde. Schon 70 Sekunden nach der Trennung entfalteten sich jedoch die Solarzellen.

In Kourou war der Grund dafür offensichtlich. Der Start der Ariane war so präzise, dass das Manöver zur Lageregelung überflüssig war. Die Bordsoftware von Webb erkannte das und ging zur nächsten Aufgabe auf der Liste über, nämlich dem Ausfahren der Solarzellen und der Kontaktaufnahme mit Baltimore. Es war eine verblüffende Bestätigung für die Präzision des Starts.

„Ich erinnere mich noch an die Reaktionen der verschiedenen Kolleg*innen der ESA und NASA um mich herum, als es passierte. Alle waren hocherfreut“, sagt Daniel.

Spezielle Anpassungen

Die extreme Präzision der Startinjektion bei der Trennung war das Ergebnis einiger zusätzlicher Maßnahmen, die das Team in Kourou ergriffen hatte. Zunächst entschied man sich, die Inertial Management Units (IMUs) der Trägerrakete so spät wie möglich vor dem Start zu kalibrieren. Diese Einheiten liefern Informationen über die Bewegung der Rakete und fließen in die bordseitigen Berechnungen zur Steuerung der Lenksysteme ein. Dank der sorgfältigen Kalibrierung wusste die Ariane 5 genau, wo sie war und wohin sie flog.

Außerdem war das Team sehr darauf bedacht, die Paarung und Ausrichtung der Beschleunigungsraketen der Oberstufe aufeinander abzustimmen, damit es nach der Zündung der Oberstufe keine Erschütterungen gab und die Flugbahn unbeeinträchtigt blieb.

Das Team hatte neben der Flugbahn auch eine weitere spezielle Anpassung vorgenommen, zum Schutz von Webb selbst. Die NASA hatte große Bedenken, dass eine Restatmosphäre in der Raketenspitze zu Luftblasen führen könnte, die im gefalteten Sonnenschild eingeschlossen werden und sich aufblähen könnten und so die empfindlichen Schichten des Sonnenschilds des Teleskops abreißen könnten. Daher hatte die ESA ein System entwickelt, das die letzten Luftmoleküle aus der Raketenspitze verdrängt, bevor die Verkleidung sich in zwei Hälften öffnet und Webb dem Vakuum des Weltraums ausgesetzt wird. „Für uns war es auch ein großer Erfolg zu sehen, dass der Restdruck deutlich unter den Anforderungen lag, nachdem mehrere Demonstrationen bei früheren Ariane 5-Flügen durchgeführt wurden“, sagt Daniel.

Die Bestätigung, dass dieses System funktioniert hatte, kam zwar erst später, als der Sonnenschutz ausgefahren wurde und sich als intakt erwies, aber die frühe Entfaltung der Solarzellen war für das Team sofort offensichtlich. Der wahre Wert der extremen Injektionsgenauigkeit der Trägerrakete wurde jedoch erst an diesem Abend deutlich, als das Team in Baltimore dem Raumfahrzeug den Befehl zu einem weiteren Manöver gab.

Massimo hatte Dienst, als sie sich auf die Zwischenkurskorrektur 1a vorbereiteten. Dies war der entscheidende zusätzliche Impuls, damit Webb erfolgreich seine vorgesehene Position in 1,5 Millionen km Entfernung von der Erde erreichen konnte. Für die Berechnung des erforderlichen Einsatzes der Raketentriebwerke wurde Webbs Flugbahn fast 12 Stunden lang verfolgt und vermessen. Dann rechnete das Flugdynamik-Team am Goddard Space Flight Center der NASA die Zahlen durch. Zu diesem Zeitpunkt wurde das Ausmaß der Leistung der Ariane 5 voll und ganz sichtbar.

Die Umlaufbahn war bereits so präzise, dass der Triebwerkseinatz weit weniger lange dauern würde als erwartet. „Wir wussten schon dort, dass wir zusätzlichen Treibstoff haben würden“, sagt Massimo.

Nach dem Manöver begannen das Team wieder mit der Bahnverfolgung und den Berechnungen. Es stellte sich heraus, dass der eingesparte Treibstoff nun zum Verbleib von Webb in seiner Umlaufbahn und damit zur Verlängerung der Lebensdauer der Mission verwendet werden kann.

Doppelt so viel Wissenschaft, doppelt so viele Entdeckungen

Als die Berechnungen abgeschlossen waren, gab die NASA bekannt, dass sich dank der ESA und ihrer Partner Arianespace, ArianeGroup und CNES die Lebensdauer von Webb nun verdoppelt hat. Statt einer 10-jährigen Mission hatte Webb genug Treibstoff an Bord, um 20 Jahre lang in Betrieb zu bleiben. Doppelt so viele Beobachtungen, doppelt so viel Wissenschaft, doppelt so viele Entdeckungen.

Indem das europäische Team einen routinemäßigen Start zur Sternstunde der Ariane 5 machte, konnte es den nächsten großen Schritt der Menschheit zum Verständnis ihrer Ursprünge verdoppeln.

„Das war ein sehr schöner Moment und eine Belohnung für uns alle, insbesondere nach den zahlreichen Danksagungen, die wir vom NASA Webb Projektteam erhalten haben“, sagt Daniel.

Die Feierlichkeiten fielen damals allerdings eher verhalten aus. Die meisten Beteiligten wollten am ersten Weihnachtstag 2021 nach Hause zu ihren Familien zurückkehren. Allerdings sind die Erinnerungen an das, was sie an diesem Tag erreicht haben, immer noch präsent.

„Auf der Basis sieht man, dass die Menschen sehr stolz auf den Start von Webb sind. Man sieht sie immer noch in ihren Webb-Poloshirts“, sagt Daniel. Und in der unscheinbaren Welt des Raumfahrtbetriebs gibt es kaum ein größeres Zeichen von Stolz.

Weitere Informationen

Das Webb-Teleskop ist das größte und leistungsstärkste Teleskop, das jemals ins All geschossen wurde. Im Rahmen eines internationalen Kooperationsabkommens war die ESA für den Start des Teleskops mit der Trägerrakete Ariane 5 zuständig. In Zusammenarbeit mit ihren Partnern war die ESA für die Entwicklung und Qualifizierung der Ariane 5-Anpassungen für die Webb-Mission sowie für die Beschaffung der Startdienstleistungen durch Arianespace verantwortlich.

Die ESA stellte auch eines der Hauptinstrumente, den Spektrografen NIRSpec, und 50 % des Mittelinfrarot-Instruments MIRI zur Verfügung, das von einem Konsortium aus national finanzierten europäischen Einrichtungen (dem europäischen MIRI-Konsortium) in Zusammenarbeit mit dem Jet Propulsion Laboratory (JPL) und der Universität von Arizona entwickelt und gebaut wurde. Das Webb-Teleskop ist ein internationales Joint Venture zwischen der NASA, der ESA und der kanadischen Raumfahrtbehörde (CSA).

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• JWST – James Webb Space Telescope

Der Beitrag Die Verdopplung des großen Schritts: Perfekter Start für das James Webb-Weltraumteleskop vor einem Jahr erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: UniBw M 7. Juli 2022.

7. Juli 2022 – Die Professur für Erdbeobachtung an der Universität der Bundeswehr München befasst sich als Projektpartner mit der Entwicklung von vollautomatischen, KI-basierten Georeferenzierungs-Verfahren für die Infrarot-Aufnahmen der Satelliten.

Die Waldbrandsaison ist momentan wieder in vollem Gange. Solche Brände gilt es möglichst schnell zu entdecken, um größeren Schaden zu verhindern. Mit dem Projekt SERAFIM sollen Waldbrände mithilfe von Satelliten schneller als bislang erkannt werden. Zu den Verbundpartnern gehört neben der Universität der Bundeswehr München auch das Unternehmen OroraTech GmbH, das für die Entwicklung und den Launch der Satelliten zuständig ist sowie das deutsche Fernerkundungsdatenzentrum des Deutschen Zentrums für Luft und Raumfahrt (Abteilung Georisiken und zivile Sicherheit), das die Waldbranddetektion von wissenschaftlicher Seite mit statistischen Analysen begleitet.

Schnellere Alarmierungsketten
Traditionell werden Waldbrände mittels Wachtürmen, Flugstaffeln oder auch durch Patrouillen detektiert und überwacht. Diese Methoden sind allerdings wenig effizient und lassen sich nur schwer auf größere und entfernte Gebiete skalieren. Mit der Satelliten-Fernerkundung durch viele Satelliten im Rahmen einer Satellitenkonstellation ist es dagegen möglich, große Gebiete mit mehreren Überflügen pro Tag kosteneffizient zu überwachen. Zwar gibt es für die Detektion von Waldbränden bereits eine Reihe von Satellitenmissionen staatlicher Institutionen, allerdings weisen diese laut Prof. Michael Schmitt verschiedene Schwachpunkte auf. Zum einen seien diese optischen Satellitenmissionen häufig so designt, dass der Überflug über die relevanten Gebiete vormittags stattfindet. Am Nachmittag existiere eine Lücke von etwa sechs Stunden, in der keine entsprechenden Daten verfügbar sind. „Waldbrände entstehen typischerweise nachmittags, wenn es besonders heiß und trocken ist. Entsprechend wichtig sind Beobachtungen am Nachmittag“, erklärt der Wissenschaftler.

Eine weitere problematische Komponente bisheriger öffentlicher Satellitenmissionen sei, dass Tage oder Wochen vergehen können, bis ein Datenprodukt öffentlich zur Verfügung steht: „Das ist einfach zu spät. Das Ziel von SERAFIM ist daher, schnellere Alarmierungsketten zu schaffen und somit den schnellsten Waldbrand-Erkennungsservice der Welt anzubieten“, so Prof. Schmitt.

KI-basierte Georeferenzierungs-Verfahren
Der Projekt-Schwerpunkt der Professur für Erdbeobachtung liegt bei der Optimierung der Georeferenzierung, also der Einordnung der Daten in ein georäumliches Koordinatensystem. Diese genaue Lokalisierung der Bilddaten ist eine Herausforderung: Die Infrarot-Satellitendaten, mit denen man Waldbrände erkennt, basieren wie alle optischen Bilder auf einem winkelbasierenden Messprinzip. Bereits kleine Winkelfehler auf große Distanzen können zu enorm großen Lagefehlern führen. Wenn man also auf Basis der vom Satelliten zur Verfügung gestellten Informationen das Bild rechnerisch auf der Erdoberfläche verorten möchte, dann geht das selbst mit den besten optischen Satellitenmissionen nicht höchst genau.

Hier möchte Prof. Schmitt mit seinem Team ansetzen: „Wenn man der Feuerwehr bzw. einer Einsatztruppe Informationen über den Standort eines Waldbrands gibt und dabei einen Kilometer danebenliegt, ist das nicht sehr hilfreich. Unsere Aufgabe ist daher, KI-basierte Verfahren zu entwickeln, die eine vollautomatische und hochgenaue Verortung dieser Satellitenbilder ermöglichen, damit man dann die detektierten Waldbrände auch genau lokalisieren kann.“ Für eine präzise Georeferenzierung will das Forscherteam auf bereits existente Referenzdaten zurückgreifen: Die thermalen Infrarotaufnahmen der OroraTech-Satelliten sollen KI-basiert mit optischen Satellitenbildern der Sentinel-2-Mission abgeglichen werden.

Das Projektteam muss dabei vor allem mit zwei Schwierigkeiten umgehen: Die Daten des thermalen oder des mittleren Infrarots haben eine relativ lange Wellenlänge im Vergleich zum sichtbaren Licht, man misst bzw. beobachtet damit im Wesentlichen Oberflächentemperaturen. Das bedeutet, man sieht dabei keine klassischen Farben, ein Pixel ist heller im Bild, wenn es sehr warm ist und dunkler, wenn es sehr kalt ist. Eine sehr warme Temperatur ist allerdings nicht immer automatisch auch ein Beleg für einen Waldbrand. Zudem haben solche Thermal-Infrarotaufnahmen technisch bedingt eine vergleichsweise niedrige Auflösung von lediglich ca. 100 Metern pro Pixel.

In einem zweiten, kleineren Arbeitspaket werden die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen außerdem explorativ untersuchen, welche KI-basierten Verfahren heutzutage genutzt werden können, um Waldbrände mit noch höherer Zuverlässigkeit zu detektieren.

Prototypischer Satellit bereits im Orbit
Das Projekt befindet sich momentan noch im Anfangsstadion, allerdings hat die OroraTech GmbH bereits den ersten prototypischen Satelliten „FOREST-1“ erfolgreich in den Orbit versandt. Am Ende soll nicht nur ein einzelner Satellit, sondern eine Konstellation von sieben Kleinsatelliten ein zeitlich möglichst engmaschiges, globales Monitoring erlauben. Das Unternehmen möchte die Daten weltweit ihren Kunden aus der Versicherungswirtschaft, der Forstwirtschaft, Feuerwehren, dem Katastrophenschutz, dem Technischen Hilfswerk usw. über eine browserbasierte Plattform zur Verfügung stellen.

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• Planet Erde

Der Beitrag Waldbrände aus dem Weltall erkennen erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: AIP 29. Juni 2022.

29. Juni 2022 – Um die Entstehung und Entwicklung von Galaxien wie unserer Milchstraße zu verstehen, ist es von besonderer Bedeutung, die Menge der neu entstandenen Sterne sowohl in nahen als auch in weit entfernten Galaxien zu kennen. Dabei hilft oft eine bereits vor 50 Jahren entdeckte Verknüpfung zwischen der Infrarot- und der Radiostrahlung von Galaxien: Die energiereiche Strahlung von jungen, massereichen Sternen, die in den dichtesten Regionen der Galaxien entstehen, wird von umliegenden Staubwolken absorbiert und als energiearme Infrarotstrahlung wieder ausgesendet. Wenn schließlich ihr Brennstoffvorrat aufgebraucht ist, explodieren diese massereichen Sterne am Ende ihres Lebens als Supernova. Bei dieser Explosion wird die äußere Sternhülle in die Umgebung geschleudert, was einige wenige Teilchen des interstellaren Mediums zu sehr hohen Energien beschleunigt, die wir dann kosmische Strahlung nennen. Im Magnetfeld der Galaxie senden diese schnellen Teilchen, die fast mit Lichtgeschwindigkeit unterwegs sind, sehr energiearme Radiostrahlung mit einer Wellenlänge von einigen Zentimetern bis Metern aus. Über diese Kette von Prozessen sind neu entstehende Sterne, die Infrarot- und die Radiostrahlung von Galaxien eng miteinander verknüpft.

Die genauen physikalischen Bedingungen für den Ursprung dieser in der Astronomie oft verwendeten Beziehung sind jedoch noch nicht verstanden. Bisherige Erklärungsversuche scheiterten meist an einer Voraussage: Wenn die hochenergetischen Teilchen der kosmischen Strahlung tatsächlich für die Radiostrahlung dieser Galaxien verantwortlich sind, sagt die Theorie sehr steile Radiospektren voraus – also eine hohe Emission bei tiefen Radiofrequenzen – dies stimmt jedoch nicht mit den Beobachtungen überein. Um diesem Rätsel auf den Grund zu gehen, hat ein Team am AIP nun erstmalig diese Prozesse einer entstehenden Galaxie realistisch am Computer simuliert und die Energiespektren der kosmischen Strahlung berechnet.

„Bei der Entstehung der galaktischen Scheibe werden kosmische Magnetfelder genau so verstärkt, dass sie mit den starken, beobachteten galaktischen Magnetfeldern übereinstimmen“, erklärt Prof. Christoph Pfrommer, Leiter der Abteilung Kosmologie und Hochenergie-Astrophysik am AIP. Wenn die kosmischen Strahlungsteilchen in den Magnetfeldern Radiostrahlung aussenden, verliert diese auf dem Weg zu uns einen Teil ihrer Energie. Das hat zur Folge, dass ihr Radiospektrum bei niedrigen Frequenzen flacher wird. Bei hohen Frequenzen trägt zusätzlich zur Radioemission der kosmischen Strahlung auch noch die Radiostrahlung des interstellaren Mediums bei, die ein flacheres Spektrum aufweist. Die Summe dieser beiden Prozesse kann daher die beobachtete flache Radiostrahlung der gesamten Galaxie und außerdem die Strahlung des Zentrums perfekt erklären. Damit löst sich auch das Rätsel, warum die Infrarot- und die Radiostrahlung von Galaxien so gut miteinander verknüpft sind. „Dadurch können wir die Anzahl der neu entstandenen Sterne anhand der beobachteten Radioemission in Galaxien besser bestimmen, um so die Geschichte der Sternentstehung im Universum weiter zu entschlüsseln“, fasst Maria Werhahn, Doktorandin am AIP und Erstautorin einer der Studien ihre Ergebnisse zusammen.

Über das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)
Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) widmet sich astrophysikalischen Fragen, die von der Untersuchung unserer Sonne bis zur Entwicklung des Kosmos reichen. Forschungsschwerpunkte sind dabei kosmische Magnetfelder und extragalaktische Astrophysik sowie die Entwicklung von Forschungstechnologien in den Bereichen Spektroskopie, robotische Teleskope und E-Science. Seinen Forschungsauftrag führt das AIP im Rahmen zahlreicher nationaler, europäischer und internationaler Kooperationen aus. Das Institut ist Nachfolger der 1700 gegründeten Berliner Sternwarte und des 1874 gegründeten Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam, das sich als erstes Institut weltweit ausdrücklich der Astrophysik widmete. Seit 1992 ist das AIP Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Publikationen
Cosmic rays and non-thermal emission in simulated galaxies – III. Probing cosmic-ray calorimetry with radio spectra and the FIR–radio correlation. M. Werhahn, C. Pfrommer, P. Girichidis, 2021, MNRAS, 505, 3295, doi.org/10.1093/mnras/stab2535
Simulating radio synchrotron emission in star-forming galaxies: small-scale magnetic dynamo and the origin of the far infrared-radio correlation. C. Pfrommer, M. Werhahn, R. Pakmor, P. Girichidis, C. M. Simpson, 2022, MNRAS, accepted,
https://arxiv.org/abs/2105.12132v2

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• Sternentstehung

Der Beitrag AIP: Rätselhafte Verbindung von Sternentstehung und Radiostrahlung in Galaxien erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Quelle: DESY 3. Juni 2022.

3. Juni 2022 – In einer fernen Galaxie im Sternbild Herkules hat ein gigantisches Schwarzes Loch einen Riesenstern zerrissen. Das zeigen umfangreiche Beobachtungen mit mehreren Observatorien, über die ein internationales Forschungsteam unter DESY-Führung im Fachblatt „Physical Review Letters“ berichtet. Die kosmische Katastrophe produzierte nach einigen Monaten ein gleißendes „Lichtecho“ im Infrarotbereich. Zudem hat das Neutrinoteleskop IceCube in der Antarktis möglicherweise ein Teilchen des zerrissenen Sterns aufgefangen.

Die sogenannte Gezeitenkatastrophe ereignete sich in einer 4,4 Milliarden Lichtjahre entfernten Galaxie, in deren Zentrum ein Schwarzes Loch mit der 35-millionenfachen Masse unserer Sonne haust. Diesem Massemonster ist eine Riesensonne zu nahe gekommen und durch die Gezeitenkräfte des Schwarzen Lochs in Stücke gerissen worden. „Die Gezeitenkräfte entstehen, indem das Schwarze Loch an der Vorderseite des Sterns stärker zieht als an der Rückseite“, erläutert der Hauptautor der Veröffentlichung, Simeon Reusch von DESY. „Durch diese Differenz wird die Riesensonne zunächst in die Länge gezogen, bis sie schließlich zerreißt.“

Die Sternentrümmer formen um das Schwarze Loch eine sogenannte Akkretionsscheibe – ähnlich wie Wasser in einer Badewanne einen Strudel bildet, wenn man den Stöpsel zieht. Bevor die Sternmaterie schließlich auf Nimmerwiedersehen im Schwarzen Loch verschwindet, kreist sie wie das Wasser über dem Badewannenabfluss immer schneller, heizt sich dabei enorm auf und fängt an, hell zu leuchten. „Diese Gezeitenkatastrophe war möglicherweise sogar das leuchtstärkste vorübergehende kosmische Phänomen, das jemals beobachtet worden ist“, betont Ko-Autor Marek Kowalski von DESY. Aufgrund der enormen Helligkeit des Ereignisses gehen die Forscherinnen und Forscher davon aus, dass der zerrissene Stern eine Riesensonne gewesen sein muss, damit sich genug leuchtende Materie auf der Akkretionsscheibe sammeln konnte.

Die intensive Strahlung hat einen Hohlraum in die riesige Staubwolke gebrannt, von der das Schwarze Loch in der fernen Galaxie umgeben ist. Im Umkreis von rund einem halben Lichtjahr verdampfte der Staub dabei sofort. Dahinter heizte ihn die Strahlung extrem auf, sodass er schließlich hell im Infrarotbereich zu leuchten begann. Durch geometrische Effekte erreichte dieses Lichtecho erst ein Jahr nach dem Ende des Riesensterns sein Maximum. „Das Lichtecho im Infrarotbereich ist eine Schlüsselsignatur der Gezeitenkatastrophe“, berichtet Reusch. „Damit hat sich die Natur dieses aufleuchtenden Objekts verraten.“

Das Phänomen war zuerst mit dem Observatorium Zwicky Transient Facility (ZTF) beobachtet worden, das speziell nach solchen vorübergehenden Ereignissen („Transients“) Ausschau hält. Astronominnen und Astronomen hatten dann die Himmelsposition mit zahlreichen anderen Instrumenten bei verschiedenen Wellenlängen ins Visier genommen, von den Radiowellen bis zur Gammastrahlung. Beobachtungen mit dem Infrarotsatelliten „WISE“ der US-Raumfahrtbehörde NASA enthüllten rund ein Jahr nach dem ursprünglichen Ausbruch das Lichtecho.

Am Südpol ging dem Observatorium IceCube zudem ein energiereiches Neutrino ins Netz, das von dem Ereignis stammen könnte. Damit hätte IceCube möglicherweise zum zweiten Mal ein Teilchen von einem zerrissenen Stern aufgefangen – ein Erfolg der noch jungen Disziplin der Neutrino-Astronomie. „Neutrinos liefern uns Einblicke in kosmische Objekte, die mit Licht und anderer elektromagnetischer Strahlung nicht möglich sind“, erläutert Kowalski, der die Neutrino-Astronomie bei DESY leitet. „Mit elektromagnetischer Strahlung schauen wir nur auf die Oberfläche eines Objekts. Neutrinos erreichen uns jedoch ungehindert aus dem Inneren.“

Insbesondere die Kombination aus Beobachtungen im Bereich der elektromagnetischen Strahlung mit Neutrinos ermöglichen neue Erkenntnisse. Die Forscherinnen und Forscher bezeichnen das als Multi-Messenger-Astronomie, weil die Boten („Messenger“) in beiden Bereichen ganz unterschiedlicher Natur sind. So zeigen die Messungen im Bereich der Radiowellen, dass es sich bei dem Phänomen um einen kosmischen Teilchenbeschleuniger handelt. Die davon unabhängige Messung des Neutrinos untermauert diese Beobachtung und deutet auf einen Beschleuniger von Atomkernen, nicht der sehr viel leichteren Elektronen. Genaueren Aufschluss sollen weitere Analysen der Messdaten von IceCube bringen.

An der Arbeit waren 49 Forscherinnen und Forscher von 30 Institutionen beteiligt.

Originalveröffentlichung
Candidate Tidal Disruption Event AT2019fdr Coincident with a High-Energy Neutrino; Simeon Reusch et al.; „Physical Review Letters“, 2022; Preprint: https://arxiv.org/abs/2111.09390

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• Schwarze Löcher

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Quelle: Max-Planck-Institut für Astronomie 6. Juni 2022.

6. Juni 2022 – Das Nahinfrarotbild ermöglicht den Astronomen, die Sternentstehungsgebiete des Universums zu kartieren und zu lernen, wie die frühesten und entferntesten Galaxien entstanden sind. Diese hochauflösende Durchmusterung mit dem Namen 3D-DASH ist insbesondere dazu geeignet, seltene Objekte und Ziele für Folgebeobachtungen mit dem kürzlich gestarteten Weltraumteleskop James Webb (JWST) während dessen jahrzehntlanger Mission zu finden.

„Seit seinem Start vor mehr als 30 Jahren hat das Hubble-Weltraumteleskop eine Renaissance in der Erforschung der Entwicklung von Galaxien der letzten 10 Milliarden Jahre des Universums ausgelöst“, sagt Lamiya Mowla, Dunlap Fellow am Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics der Fakultät für Kunst und Wissenschaft der Universität Toronto und Hauptautorin der Studie. „Das 3D-DASH-Programm vergrößert das Erbe von Hubble im Hinblick auf Weitwinkelaufnahmen insofern, als dass wir damit beginnen können, die Geheimnisse der Galaxien jenseits unserer eigenen zu enträtseln.“

3D-DASH bietet den Forschern zum ersten Mal eine vollständige Nahinfrarot-Durchmusterung des gesamten COSMOS-Feldes, eines der reichhaltigsten Datensätze für extragalaktische Studien außerhalb der Milchstraße. Da das nahe Infrarot die längste und röteste Wellenlänge ist, die mit Hubble beobachtet werden kann – knapp jenseits dessen, was für das menschliche Auge sichtbar ist – können die Astronominnen und Astronomen die frühesten und am weitesten entfernten Galaxien besser erkennen.

Außerdem müssen sie einen großen Bereich des Himmels absuchen, um seltene Objekte im Universum zu finden. Bislang war ein so großes Bild nur vom Boden aus verfügbar und litt unter einer schlechten Auflösung, was die Beobachtungsmöglichkeiten einschränkte. 3D-DASH wird dazu beitragen, einzigartige Phänomene wie die massereichsten Galaxien des Universums, hochaktive schwarze Löcher und Galaxien zu identifizieren, die kurz davor stehen, miteinander zu kollidieren und zu verschmelzen.

„Ich bin neugierig auf Riesengalaxien, die massereichsten Galaxien im Universum, die durch die Verschmelzung anderer Galaxien entstanden sind. Wie haben sich ihre Strukturen entwickelt und was hat ihre Form verändert?“, sagt Mowla, die 2015 als Doktorandin an der Yale University mit dem Projekt begann. „Es war schwierig, diese extrem seltenen Ereignisse mit vorhandenen Aufnahmen zu untersuchen, und das war der Grund für die Konzeption dieser großen Durchmusterung.“

Um einen so ausgedehnten Himmelsbereich abzubilden, setzten die Forscher eine neue Technik mit Hubble ein, die als Drift And SHift (DASH) bekannt ist. DASH erzeugt ein Bild, das achtmal größer ist als das Standard-Sichtfeld von Hubble, indem mehrere Aufnahmen gemacht werden, die dann zu einem Gesamtmosaik zusammengefügt werden, ähnlich wie bei der Aufnahme eines Panoramabildes mit einem Smartphone.

DASH nimmt auch schneller Bilder auf als die übliche Methode, indem es acht Bilder pro Hubble-Umlaufbahn aufnimmt, anstatt eines einzigen Bildes, wodurch in 250 Stunden erreicht wird, was vorher 2.000 Stunden gedauert hätte.

„3D-DASH fügt dem COSMOS-Feld eine neue Ebene einzigartiger Beobachtungen hinzu und ist auch ein Sprungbrett für die Weltraumdurchmusterungen des nächsten Jahrzehnts“, sagt Ivelina Momcheva, Leiterin der Datenwissenschaft am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg und Leitende Wissenschaflerin der Studie. „Sie gibt uns einen Vorgeschmack auf zukünftige wissenschaftliche Entdeckungen und ermöglicht uns die Entwicklung neuer Techniken zur Analyse dieser großen Datensätze.“

3D-DASH deckt eine Gesamtfläche ab, die von der Erde aus gesehen fast sechsmal so groß ist wie der Mond am Himmel. Dieser Rekord wird wahrscheinlich auch vom Hubble-Nachfolger JWST nicht gebrochen werden. Dieses wurde eher für empfindliche Nahaufnahmen gebaut, um feine Details eines kleinen Gebiets zu erfassen. Es ist das größte Nahinfrarotbild des Himmels, das Astronomen zur Verfügung steht, bis die nächste Generation von Teleskopen wie das Nancy Grace Roman Space Telescope und Euclid im nächsten Jahrzehnt in Betrieb gehen. Das MPIA ist bei beiden Projekten beteiligt, sowohl wissenschaftlich als auch in der Entwicklung von Messinstrumenten.

Bis dahin können professionelle Astronomen und Hobby-Sterngucker den Himmel mit einer interaktiven Online-Version des 3D-DASH-Bildes erkunden, die von Gabriel Brammer, Professor am Cosmic Dawn Center des Niels-Bohr-Instituts der Universität Kopenhagen, erstellt wurde.

Weitere Informationen
Das Hubble-Weltraumteleskop ist ein Projekt der internationalen Zusammenarbeit zwischen der NASA und der Europäischen Weltraumorganisation (ESA). Das Goddard Space Flight Center der NASA verwaltet das Teleskop in Greenbelt, Maryland. Das Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, ist für den wissenschaftlichen Betrieb von Hubble zuständig. Das STScI wird im Auftrag der NASA von der Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C. betrieben.

Originalpublikation
Lamiya A. Mowla, Sam E. Cutler, Gabriel B. Brammer, Ivelina G. Momcheva, et al., „3D-DASH: The Widest Near-Infrared Hubble Space Telescope Survey“ in The Astrophysical Journal (2022)
https://arxiv.org/abs/2206.01156

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• Hubble

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Quelle: Universität Stuttgart.

Die fliegende Infrarotsternwarte SOFIA ist vom 15. bis 20. September am Flughafen Stuttgart zu Besuch. Das Flugzeug ist weltweit das einzige fliegende Infrarot-Observatorium und eines der größten bilateralen US-deutschen Projekte zur Erforschung des Weltraums. Es zählt zu den größten Drittmittelprojekten an der Universität Stuttgart, die den wissenschaftlichen Betrieb von SOFIA in Deutschland koordiniert. Vom 18. auf den 19. September wird SOFIA erstmals einen Beobachtungsflug über Europa durchführen.

Das Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie (SOFIA) ist eine umgebaute Boeing 747 SP mit einem 17 Tonnen schweren Teleskop an Bord. Regelmäßig heben damit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ab, um zum Beispiel die Entstehung junger Sterne und Planetensysteme zu beobachten oder die Milchstraße zu untersuchen. Am 15. September 2019 kommt SOFIA nach Stuttgart. Sie landet in den frühen Morgenstunden am Flughafen Stuttgart und fliegt am Freitag, 20. September 2019, zu ihrer Heimatbasis in Kalifornien zurück.

Erfolgreiche Kooperation von Universität Stuttgart, DLR und NASA
Die baden-württembergische Wissenschaftsministerin Theresia Bauer sagt: „SOFIA steht sinnbildlich für die grenzüberschreitende und langjährige erfolgreiche Kooperation zwischen der Universität Stuttgart, dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA) auf dem Gebiet der wissenschaftlichen Erforschung des Weltalls. Dies unterstreicht die Bedeutung von Baden-Württemberg als einer der führenden Partner in Europa im Bereich der Luft- und Raumfahrtforschung.“

Führungen durch SOFIA
In Stuttgart können sich Interessierte SOFIA gut von der kostenfrei zugänglichen Besucherterrasse des Flughafens ansehen. Darüber hinaus können sie sich für eine Führung durch das Observatorium anmelden. Die Anzahl an Plätzen ist begrenzt. Eine Anmeldung ist online erforderlich. Da das Flugzeug auf dem Vorfeld des Flughafens steht, sind für die Führungen die gleichen Sicherheitsprüfungen wie bei einem Check-in vor einem Flug notwendig. Eine Person kann bis zu fünf Interessierte gleichzeitig anmelden – sofern sie deren vollständige Namen und Geburtsdaten hat.

Führungen am 16., 17. und 19. September:
Dauer:
ca. zwei Stunden
Online-Anmeldung:
in zwei Etappen ab Donnerstag, 5. September, 7:00 Uhr, und 19:00 Uhr

Planetariumsshow und Ausstellung
In einem mobilen Planetarium mit Fulldome-Aufnahmen können Zuschauerinnen und Zuschauer einen SOFIA-Mitflug inklusive der Vorbereitungen hautnah erleben. Eintritt frei.

Spielzeiten:
Montag, 16. September: 10:00, 11:30, 16:00 und 18:00 Uhr;
Dienstag, 17. September: 10:00, 11:30, 16:00 und 18:00 Uhr;
Mittwoch, 18. September: 10:00 und 11:30 Uhr;
Donnerstag, 19. September: 11:30, 16:00 und 18:00 Uhr
Dauer:
45 bis 60 Minuten
Ort:
Flughafen Stuttgart, zwischen Terminal 0 und 1

Zudem erklärt eine Ausstellung mit Modellen, Videos und Informationsmaterialien die Besonderheiten des Observatoriums sowie die astronomische Mission der fliegenden Infrarotsternwarte allgemeinverständlich. Am 16., 17. und 19. September erläutern Schülerinnen und Schüler von Netzwerkschulen des Deutschen SOFIA Instituts (DSI) der Universität Stuttgart die Besonderheiten von SOFIA und ihrer Mission unter anderem mit Infrarotexperimenten.

Zeit:
16. bis 27. September 2019
Ort:
Flughafen Stuttgart, Terrassenebene im Terminal 3, neben dem Ausgang zur Besucherterrasse

Jahrestagung der Astronomischen Gesellschaft
Anlass für den Besuch von SOFIA in Stuttgart ist die Konferenz „Mission to the Universe – From Earth to Planets, Stars & Galaxies“ der Astronomischen Gesellschaft, die das DSI der Universität Stuttgart organisiert. Rund 250 Forscherinnen und Forscher aus aller Welt tagen vom 16. bis 20. September auf dem Campus Vaihingen der Universität Stuttgart. Die Astronomische Gesellschaft ist eine der ältesten astronomische Vereinigungen Europas. Sie wurde 1863 gegründet.

Weitere Informationen zur Konferenz.

Öffentlicher Vortrag
Ein für die Öffentlichkeit spannender Teil der Konferenz der Astronomischen Gesellschaft ist ein Vortrag. Unter dem Titel „Blick ins versteckte Universum – Highlights der fliegenden Sternwarte SOFIA“ berichtet Dr. Harold Yorke, Direktor SOFIA Science Mission Operations, über einige wichtige wissenschaftliche Neuentdeckungen von SOFIA und ihre Bedeutung für unser Verständnis des Kosmos. Darauf folgt eine kurze Präsentation der japanischen Astrophysikerin Dr. Yoko Okada von der Universität Köln über ihre Mitflug-Erlebnisse. Bei diesen hat sie unter anderem Daten für die Untersuchung des interstellaren Mediums in unserer Milchstraße gewonnen. Der deutsche Physiker und ESA-Astronaut Prof. Dr. Reinhold Ewald moderiert die Veranstaltung.

Zeit:
19. September 2019, 20:00 Uhr
Ort:
Hospitalhof, Büchsenstraße 33, 70174 Stuttgart
Weitere Informationen zum öffentlichen Vortrag.

Erster Wissenschaftsflug über Europa
Mit ihrem Besuch in Stuttgart verbindet SOFIA eine Premiere: Am 18. September hebt die fliegende Sternwarte kurz nach Sonnenuntergang (gegen 19:40 Uhr) vom Flughafen Stuttgart zu ihrem ersten wissenschaftlichen Beobachtungsflug über Europa ab. Während der rund zehn Stunden andauernden Mission führt die Crew mehrere astronomische Beobachtungen durch. Das derzeit am Teleskop montierte US-amerikanische Instrument HAWC+ kann kosmische Magnetfelder im Ferninfrarotlicht vermessen. So wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zum Beispiel die Umgebung des supermassiven schwarzen Lochs der Galaxie Markarian 231 im Sternbild Großer Bär untersuchen. Dabei erhoffen sie sich neue Erkenntnisse über den Zusammenhang zwischen den Magnetfeldern in der Scheibenstruktur um das schwarze Loch und den Radiojets – den stark gebündelten und beschleunigten Gasausströmungen senkrecht zu diesen Scheiben, die unter anderem intensive Radiostrahlung aussenden. Diese Beobachtung ist nur mit SOFIA möglich, denn kein anderes Observatorium kann Magnetfelder in diesem Wellenlängenbereich vermessen.

Ein Vorteil an einem Flug über Europa ist, dass sich SOFIA nördlicher als in ihrer südkalifornischen Heimat befindet. Je näher an den Polen die Infrarotsternwarte fliegt, desto weniger Wasserdampf ist in der Atmosphäre über ihr vorhanden – und desto besser sind die Beobachtungsbedingungen. Für die Rückkehr am Donnerstagmorgen um circa 5:30 Uhr, also kurz vor dem eigentlichen Betriebsstart des Stuttgarter Flughafens um 6:00 Uhr, hat das SOFIA-Team eine Ausnahmegenehmigung des Regierungspräsidiums Stuttgart von der geltenden Nachtflugbeschränkung bekommen.

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• SOFIA

Der Beitrag Fliegende Sternwarte SOFIA zu Gast in Stuttgart erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Gertrud Felber. Quelle: ESA/NASA. Vertont von Peter Rittinger.

Die Galaxie 2MASX J05210136-2521450 ist eine sehr hell leuchtende Infrarot-Galaxie, die enorme Mengen infraroter Wellen aussendet. Daraus schließen die Wissenschaftler auf eine intensive Sternentstehungsaktivität. Die Kollision zwischen zwei wechselwirkenden Galaxien hat im Verlaufe des Verschmelzungsprozesses deutliche Spuren hinterlassen.

2MASX J05210136-2521450 präsentiert einen einzigen hellen Kern und eine spektakuläre äußere Struktur, die eine einseitige Verlängerung des inneren Arms umfasst. Durch die einwirkenden Gravitationskräfte bei der Verschmelzung bewegt sich ein Arm in die entgegengesetzte Richtung. Das Foto ist ein Komposit von Bildern der Advanced Camera for Surveys des Hubble Space Telescope im Nah-Infrarot-Bereich und im sichtbaren Licht.

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• Sternenstehung (ab 14. Mai 2013)

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