Das Linsen-Dilemma bei Familienfotos
Wenn man an Feiertagen ein Gruppenfoto einer großen Familie mit Dutzenden von Personen machen möchte, stößt die Linse eines gewöhnlichen Smartphones schnell an ihre Grenzen. Oft muss man das Bild in mehreren Abschnitten aufnehmen oder die Personen enger zusammenrücken lassen. Möchte man sowohl die Gesichtsdetails jeder einzelnen Person scharf abbilden als auch mit einem einzigen Auslöser alle Personen im Raum erfassen, benötigt man ein hochauflösendes Ultraweitwinkelobjektiv mit extrem großem Sichtfeld.
Astronomen standen in den letzten drei Jahrzehnten vor einem ähnlichen Dilemma. Obwohl das Hubble-Weltraumteleskop (Hubble Space Telescope, das erste große optische Weltraumteleskop der Menschheit) über eine extrem hohe Auflösung verfügt, deckt es bei einer einzigen Beobachtung nur etwa ein Fünftausendstel der Fläche des Vollmonds ab. Es ist, als würde man mit einem Teleobjektiv in den Nachthimmel blicken: Um eine bestimmte Galaxie klar abzubilden, muss man tagelang hinsehen, was großflächige Himmelsdurchmusterungen nahezu unmöglich macht.
Am frühen Morgen des 30. August 2026 startete das Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA (ein nach der ersten Chef-Astronomin der Behörde benanntes Durchmusterungsteleskop) erfolgreich an Bord einer Falcon-Heavy-Rakete. Obwohl der Durchmesser seines Hauptspiegels mit 2,4 Metern dem von Hubble entspricht und die gleiche Schärfe bietet, deckt ein einziges Bild eine Himmelsfläche ab, die 100-mal größer ist als die von Hubble oder dem Webb-Teleskop.
Die großflächige Abtastung der 95 % unsichtbaren Bestandteile des Universums
Sterne, Planeten, Gase und selbst die Atome in unseren Körpern, die mit dem menschlichen Auge und optischen Instrumenten sichtbar sind, machen zusammen nur 5 % der gesamten Masse und Energie des Universums aus. Die restlichen 95 % gehören zu einer unsichtbaren Welt, die wir nicht direkt sehen können.
Diese 95 % verborgenen Bestandteile setzen sich aus zwei Elementen zusammen: etwa 27 % sind Dunkle Materie (Dark Matter, ein unsichtbarer Klebstoff, der kein Licht aussendet oder reflektiert und Galaxien durch Schwerkraft zusammenhält) und etwa 68 % sind Dunkle Energie (Dark Energy, eine unsichtbare, ungreifbare abstoßende Kraft, die die Expansion des Universums beschleunigt). Da sie kein Licht abgeben, können bestehende Beobachtungsinstrumente keine direkten Bilder von ihnen einfangen.
Wie die Astronomin Jennifer Millard anmerkt, können Wissenschaftler zwar die physikalischen Auswirkungen von Dunkler Materie und Dunkler Energie beobachten, aber was sie genau sind, bleibt ein ungelöstes Rätsel. Die Methode, diese unsichtbaren Bestandteile aufzuspüren, besteht darin, auf ihre Existenz zu schließen, indem man die Positionsänderungen von Hunderten von Millionen Galaxien über eine große Fläche hinweg beobachtet. Wenn man im weiten Nachthimmel nur ein oder zwei Sterne betrachtet, kann man die Expansion des gesamten Raums unmöglich wahrnehmen; erst wenn man hunderte Millionen Galaxien auf einmal fotografiert und ihre Verteilungsmuster über Milliarden von Jahren hinweg analysiert, lässt sich die Spur der Dunklen Energie nachzeichnen, die das Universum schiebt und zieht.
Ein Außenposten im tiefen Weltraum, 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt
Am frühen Morgen des 30. August 2026 stieg im Kennedy Space Center in Florida die Falcon-Heavy-Rakete von SpaceX mit einer gigantischen Flamme in den Himmel auf. Die Leiterin des Projektteams, Jackie Townsend, beschrieb den Start als eine großartige Morgendämmerung; etwa 30 Minuten nach dem Start brachte die Rakete das Teleskop präzise auf seine geplante Flugbahn.
Bild: Falcon-Heavy-Rakete startet in den Morgenhimmel. Quelle: NASA/John Kraus via BBC
Bild: Vertikale Aufnahme des Raketenstarts. Quelle: Reuters via BBC
Diese rund 4,3 Milliarden Dollar teure Vorzeigeanlage befindet sich derzeit auf einem etwa dreimonatigen Flug in den tiefen Weltraum. Ihr endgültiges Ziel ist der Lagrange-Punkt L2 des Sonne-Erde-Systems (Sun-Earth Lagrange Point 2, ein Punkt im tiefen Weltraum, der etwa 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt ist und an dem sich die Gravitationskräfte von Sonne und Erde die Waage halten). Eine Entfernung von 1,5 Millionen Kilometern entspricht in etwa dem Vierfachen der Entfernung von der Erde zum Mond, und auch das berühmte Webb-Weltraumteleskop operiert in der Nähe dieser Region.
Dieser Ort wurde gewählt, um infrarote Wärmestrahlung aus dem Erde-Mond-System zu vermeiden. Die Erde und der Mond strahlen selbst intensive Wärme ab, und die Beobachtung von Infrarotsignalen in einer niedrigen Erdumlaufbahn wäre so, als würde man neben hellen Scheinwerfern nach Fluoreszenz suchen. Die Positionierung des Roman-Weltraumteleskops in der 1,5 Millionen Kilometer entfernten Schattenzone im Weltraum ermöglicht es, eine extrem niedrige Umgebungstemperatur aufrechtzuerhalten, so dass seine Infrarotinstrumente das schwache, uralte Licht aus Milliarden Lichtjahren Entfernung einfangen können.
Die Kartierung des Universums wie das Schälen einer Zwiebel
Astronomen planen, das extrem weite Sichtfeld des Roman-Teleskops zu nutzen, um eine dreidimensionale Karte des Universums zu erstellen, die Milliarden von Lichtjahren in die Tiefe reicht. Diese Karte ähnelt den Schichten einer Zwiebel, die nach und nach freigelegt werden und die Verteilungsformen der Galaxien in verschiedenen historischen Epochen zeigen.
Während das Universum im Laufe der Zeit kontinuierlich expandiert, hinterlässt der abstoßende Effekt der Dunklen Energie in verschiedenen Epochen seine Spuren in der dichten und spärlichen Verteilung von Galaxien. Durch die Messung der Anordnungsmuster von Galaxien in den verschiedenen Tiefen dieser Zwiebelschichten können Astronomen präzise berechnen, ob die Dunkle Energie die Expansion in den vergangenen Milliarden Jahren mit konstanter Geschwindigkeit vorangetrieben hat oder ob sich ihre Kraft verändert hat.
Neben der Erforschung der Dunklen Energie wird das Roman-Teleskop auch viele andere wissenschaftliche Entdeckungen ermöglichen. Für die voraussichtliche Betriebsdauer von 5 bis 10 Jahren erwartet die NASA-Direktorin Nicola Fox, dass es neben der detaillierten Kartierung von Milliarden von Galaxien auch Zehn- bis Hunderttausende von Exoplaneten (Planeten, die Sterne außerhalb unseres Sonnensystems umkreisen) durch den Gravitationsmikrolinseneffekt erfassen und die Evolution von Schwarzen Löchern tiefgreifend untersuchen wird.
Bild: Das Roman-Teleskop im Goddard Space Flight Center. Quelle: Getty Images via BBC
Von der Mutter von Hubble zur Ära der Panorama-Vermessung
Der Name des Roman-Weltraumteleskops geht auf Nancy Grace Roman (1925-2018) zurück. Sie war die erste Chef-Astronomin in der Geschichte der NASA und eine Schlüsselfigur bei der Förderung früher Weltraumteleskop-Projekte. In der Wissenschaftsgemeinschaft wird sie ehrenvoll als „Mutter von Hubble“ bezeichnet. Zu Lebzeiten äußerte sie, dass die überraschendste Entdeckung des Hubble-Teleskops der Beweis für die beschleunigte Expansion des Universums gewesen sei.
Heute wurde das nach ihr benannte Teleskop offiziell ins All gestartet. Durch die Erfassung eines hundertfach größeren Sichtfelds auf einmal verwandelt das Roman-Teleskop die früher langwierige und mühsame lokale Datenerhebung in eine umfassende Panorama-Durchmusterung.
Zum ersten Mal hat die Menschheit eine hochpräzise Panorama-Abdeckung erreicht, um das Universum einem umfassenden Check-up zu unterziehen. Angesichts der 95 % unsichtbaren Welt wird dieser großflächige Scan entscheidende Beweise liefern, um die ultimativen Rätsel um Dunkle Energie und Dunkle Materie zu entschlüsseln.
Referenzlinks:
- BBC-Bericht: Start des Roman-Weltraumteleskops eröffnet die Erforschung der Dunklen Energie
- Fachzeitschrift Nature: Missionsplanung und wissenschaftliche Ziele des NASA-Roman-Teleskops
- Offizielle NASA-Website: Offizielle Vorstellung der Mission des Roman-Weltraumteleskops
