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Röntgenteleskop eROSITA gestartet: Auf Tuchfühlung mit der Dunklen Energie


Sterne und Weltraum - epaper ⋅ Ausgabe 10/2019 vom 13.09.2019

Nach 14Jahren Planung wurde am 13. Juli 2019das deutsche Röntgenteleskop eROSITA an Bord des russischen Forschungssatelliten Spektr-RG ins Weltall befördert. Für die Forscher ein äußerst emotionaler Moment, für die Astronomie eine große Chance.


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Bildquelle: Sterne und Weltraum, Ausgabe 10/2019

Der russische Forschungssatellit Spektr-RG ist mit zwei wissenschaftlichen Instrumenten zur Erkundung des Röntgenhimmels ausgestattet: Links ist eROSITA zu sehen, rechts davon befindet sich das längliche Hochenergie-Röntgenteleskop ART-XC. Spektr-RG wird am Lagrange-Punkt L2 des Erde-Sonne-Systems positioniert, von der Sonne aus gesehen rund anderthalb ...

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... Millionen Kilometer »hinter der Erde«. Zu den Zielobjekten von eROSITA gehören auch Galaxienhaufen (ganz rechts). Optische Daten (gelb), Röntgenbeobachtungen (rot) und die durch Gravitationslinsen gewonnene Verteilung Dunkler Materie (blau) zusammen enträtseln den dunklen Kosmos.


Die eROSITA-Mission: https://vimeo.com/342935649


Könnte man hören, wie Peter Predehl ein Stein vom Herzen fällt, es würde gewaltigen Lärm machen. Im Moment der großen Erleichterung könnte man das allerdings ohnehin nicht hören, denn der Start der russischen Proton-Rakete übertönt so gut wie alles. Langsam, fast schon majestätisch erhebt sich der fast 60 Meter lange, 700 Tonnen schwere Koloss in den blauen Himmel über Baikonur.

Peter Predehl, Röntgenastronom am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) im oberbayerischen Garching wird später am Telefon von einem »unglaublich emotionalen Moment« berichten. Da schwingt Begeisterung mit, Ehrfurcht, aber auch Stolz. Schließlich sitzt an der Spitze der donnernden Rakete eine 800 Kilogramm schwere Nutzlast, die man durchaus als Predehls Baby bezeichnen könnte: eROSITA, ein deutsches Röntgenteleskop, das in den kommenden Jahren den Himmel durchmustern und Licht ins Geheimnis der Dunklen Energie bringen soll (siehe Bild oben).

Wobei »Baby« es auch nicht so recht trifft. 14 Jahre lang hat Predehl gemeinsam mit seinem Team als Projektleiter an eROSITA gearbeitet – von den ersten Überlegungen bis zum Start am Samstag, den 13. Juli 2019. Nun also ist das Teleskop im Weltall; es hat nach einer schwierigen Kindheit gewissermaßen die Pubertät erreicht. Predehl spricht von einem »Bilderbuchstart «.

X-ray: (NASA/CXC/Stanford/S.Allen), Optical/Lensing: (NASA/STScI/UC Santa Barbara/M.Bradac)

Start verschoben, Gründe unklar

Die Erleichterung ist auch deshalb so groß, weil es auf den letzten Metern noch einmal richtig spannend wurde: Drei Wochen zuvor saß eine knapp 50-köpfige Gruppe deutscher Forscher – viele mit Lederhosen, viele mit »Road to Baikonur«-Kappen – bereits im Bus Richtung Startrampe, als ein Tweet der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos die Delegation aufschreckte: Start verschoben, Gründe unklar.

Viele Stunden lang war es die einzige Information, die die Russen ihren deutschen Partnern zukommen ließen. Angeblich, berichteten russische Medien später, wurde bei letzten Tests versehentlich ein Heizelement in der Proton-Oberstufe nicht ausgeschaltet. Dessen Batterie, nicht wiederaufladbar, war daraufhin leer.

Eine Batterie? Das weckte böse Erinnerungen. Vor 20 Jahren versuchte sich Deutschland schon einmal an einer neuen, kompletten Röntgenkarte des Himmels. Abrixas, so der Name des Teleskops, startete im April 1999 dann auch wie geplant. Wenige Stunden später fiel allerdings die Bordbatterie aus. Die Mission musste abgeschrieben werden. So ist das eben in der Raumfahrt: Nach Entwicklung, Bau und Start einer Weltraummission kann auch auf der Zielgeraden noch etwas dazwischenkommen.

IN KÜRZE

■ Mit Spektr-RG wird mehr als 20 Jahre nach ROSAT der gesamte Röntgenhimmel abgetastet.

■ Spektr-RG trägt zwei Hauptins-trumente: das deutsche Teleskop eROSITA und das russische Instrument ART-XC.

■ Das Akronym eROSITA steht für »extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array«.

Die sieben eROSITA-Spiegelmodule haben jeweils einen Durchmesser von 36 Zentimetern und bestehen aus 54 ineinandergeschachtelten Spiegelschalen.


Techniker führen im Kosmodrom Baikonur kurz vor der Montage des Satelliten Spektr- RG auf die Proton-Trägerrakete letzte Kontrollen im Reinraum durch.


Die Sache mit Abrixas war der Beginn einer langen Durststrecke, und Peter Predehl, inzwischen 68 Jahre alt, war immer mittendrin: Ein neues Teleskop, Rosita getauft, scheiterte am Geld. Der Versuch, bei einer US-Mission namens »Dark Universe Observatory« mitzufliegen, blieb in der amerikanischen Vorauswahl hängen. 2005 schmiedeten die Max-Planck-Forscher dann die ersten Pläne für eROSITA. Nun sollten die Russen helfen – mit einer Rakete und einem Satelliten. Zwei Jahre später wurden die Verträge unterschrieben, bereits 2011 sollte es losgehen. »Das war völlig unrealistisch«, sagt Predehl heute. »Da müssen wir Asche auf unser Haupt streuen.«

54 mit Gold beschichtete Spiegelschalen

Insbesondere die Entwicklung der Spiegel machte den Forschern zu schaffen. »Diese Geschichte hätte uns fast gekillt«, so Predehl in Baikonur. Das Problem: Röntgenstrahlen können mit herkömmlichen Spiegeln oder Linsen nicht fokussiert werden; sie sausen einfach hindurch. Bündeln lassen sie sich nur, wenn die Strahlen streifend, unter einem Winkel von weniger als einem Grad auf eine parabelförmig gebogene Oberfläche treffen, entlang der sie dann zur Röntgenkamera geleitet werden.

Die Teleskope von eROSITA setzen sich daher aus 54 lang gezogenen und mit Gold beschichteten Spiegelschalen zusammen, die wie Matroschkas ineinandergeschichtet sind. Insgesamt sind sieben solcher Optiken an Bord. Nur so kommt genügend Spiegelfläche zusammen, um ausreichend Röntgenstrahlung aus den Tiefen des Alls einzufangen (siehe Bild oben links).

Die Technik, Wolter-Teleskop genannt, ist im Prinzip nicht neu. Mit ihrer Hilfe wurde bereits in den 1980er Jahren der erfolgreiche deutsche Röntgenspäher ROSAT entwickelt, Predehls Einstieg in die Röntgenastronomie. Auch der europäische Satellit XMM-Newton nutzt die Spiegeltechnik. Eine verkleinerte Version seiner Teleskope sollte daher bei eROSITA zum Einsatz kommen. Doch je mehr die Optiken schrumpften, desto stärker fielen kleine, unvermeidliche Herstellungsfehler auf den Oberflächen ins Gewicht. »Die Spiegel waren viel zu schlecht«, sagt Predehl, »und wir hatten zunächst keine Idee, wie wir sie verbessern sollten.«

All das kostete Zeit und Geld. Hinzu kamen Änderungen am Missionsplan. Ursprünglich sollte eROSITA in einer niedrigen Erdumlaufbahn bleiben. Nun geht es zum zweiten Lagrange-Punkt L2 des Erde-Sonne-Systems, 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt. Die sieben Röntgenkameras an Bord, auf minus 90 Grad Celsius gekühlt und direkt am MPE entwickelt, mussten daher strahlenhart werden – wie die gesamte Bordelektronik. »Das war ein Riesenaufwand«, so Predehl.

Zudem änderten sich die Raketen. Aus der russischen Sojus wurde eine ukraini- sche Zenit, die nach der Krimkrise bei den Russen allerdings in Ungnade fiel. Daher nun die Proton, die legendäre russische Schwerlastrakete, die in diesem Jahrzehnt jedoch durch mehrere spektakuläre Fehlschläge aufgefallen ist.

So wird sich eROSITA und ART-XC der Himmel darstellen: Diese Simulation zeigt den Anblick des gesamten Röntgenhimmels mit Punktquellen und Quellen diffuser harter Röntgenstrahlung.


Vogelwilde Gerüchte auf russischen Webseiten

Auch beim neuen Startversuch am Wochenende des 12. Juli, für den nur noch ein gutes Dutzend deutsche Forscher nach Baikonur gereist waren, lief nicht alles rund. Statt wie geplant am Freitag konnte eROSITA erst am Samstag aufbrechen. Konkrete Gründe für die neuerliche Verschiebung nannte Roskosmos nicht. Vogelwild sind daher die Gerüchte, die auf russischen Webseiten kursierten. Unter anderem ist von einem Leck in einer Treibstoffleitung die Rede, das noch auf der Startrampe behelfsmäßig abgedichtet werden musste.

Egal, die Proton hat ihre Arbeit getan, einschließlich der fehleranfälligen Oberstufe, die für die Reise zum Lagrange- Punkt dringend benötigt wurde. »Davor hatten viele Leute Angst«, erzählt Predehl am Telefon – nachdem er, wie er offen zugibt, seine Freudentränen getrocknet und mit dem obligatorischen Startsekt aus dem Plastikbecher angestoßen hatte.

Nun steht eine dreimonatige Reise an, während der eROSITA getestet und Schritt für Schritt in Betrieb genommen werden soll. Dann beginnt, sofern alles in Ordnung ist, die Arbeit. Gleich mehrmals soll das Teleskop den kompletten Himmel nach Röntgenquellen absuchen. Unter anderem erhoffen sich die Forscher, dabei das Röntgenlicht von rund 100 000 Galaxienhaufen aufzuspüren (siehe Bild oben). Bei ihnen handelt es sich um die schwersten Gebilde im Universum; jedes von ihnen gleicht einem Schwarm aus hunderten oder tausenden Galaxien.

Mit Hilfe der Galaxienhaufen wollen die Astronomen Hinweise auf die Dunkle Energie finden, jene mysteriöse Kraft, die knapp 70 Prozent der gesamten Energie und Materie im Kosmos ausmachen soll. Unentwegt treibt sie das Universum, das auf Grund der gegenseitigen Anziehungskraft seiner Sterne und Galaxien langsam kollabieren sollte, auseinander. Schneller und schneller. Ihr Adjektiv verdankt die »Dunkle« Energie dabei dem Umstand, dass bisher wenig über sie bekannt ist.

Sollte es allerdings gelingen, die Masse, Anzahl und Entfernung all der Galaxienhaufen zu bestimmen, ließe sich daraus die Dichte des Universums zu unterschiedlichen Zeiten seiner Ausdehnung berechnen. Das wiederum würde dabei helfen, den geheimnisvollen Antrieb hinter der Expansion zu verstehen. »Wir werden die Dunkle Energie zwar nicht dingfest machen«, sagt Predehl, »aber wir werden aus unseren Messwerten hoffentlich Rückschlüsse ziehen können, um was es sich dabei handelt.«

Ein Röntgenhimmel mit eisernem Vorhang

Den »ganzen Himmel im Röntgenlicht« soll eROSITA dafür kartografieren, jubelt die Max-Planck-Gesellschaft. Das allerdings ist nur die halbe Wahrheit. Denn die Hälfte der Daten, und damit die eine Hälfte des Himmels, landet bei den Russen, die andere bei den Deutschen; es ist der Preis für den Start und den Transport von eROSITA. Zwischen den beiden Himmelshälften wird es, wie Predehl es nennt, einen Eisernen Vorhang geben. Zumindest auf dem Papier. Wie undurchlässig er sein wird, muss die Praxis zeigen.

Immerhin: Deutschland kommt durch den Deal vergleichsweise günstig davon. Etwa 80 Millionen Euro kostet den Steuerzahler die Mission, so Thomas Mernik, Projektleiter beim Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), welches das Teleskop finanziert hat – Eigenleistungen der beteiligten Institute nicht eingerechnet. Eigentlich ein Schnäppchen, wenn man bedenkt, was eROSITA leisten soll und vor allem wie lange der Einsatz dauern wird: Mindestens vier Jahre werden nötig sein, um den Himmel komplett zu erfassen. Predehls Baby, Jahrgang 2005, »ein Traumprojekt«, wie der Astrophysiker sagt, »aber oft auch ein Alptraumprojekt «, wäre dann erwachsen.

ALEXANDER STIRN, Jahrgang 1972, lebt, schreibt und bloggt als freier Wissenschaftsjournalist in München. Wenn er nicht gerade NASA-TV schaut, berichtet er über Luft- und Raumfahrt, Astronomie sowie über alles, was Drähte, Schrauben oder Schaltkreise hat.

THE WORLD AT NIGHT: MALERISCHES ABENDROT

Rendezvous in der Türkei: Über einem purpurfarbenen Wolkenmeer trifft der zunehmende Mond auf die hellen Planeten Venus und Jupiter. Die untergegangene Sonne taucht die Landschaft in ein rotes Licht. In der Ferne ist der See Uluabat Gölü zu sehen, der südlich des Marmarameeres liegt.


Computergrafik: FAU / T. Dauser

Tunc Tezel / www.twanight.org