Alma - Unser Auge ins All
„Alma“ - – so heißt das neue Riesenteleskop in der chilenischen Atacama-Wüste. Es soll Antworten über die Entstehung des Kosmos und der Sterne liefern.
An einem Morgen im Mai 1994 durchqueren zwei Pick-ups das Dörflein San Pedro in der Atacamawüste von Chile. Die fünf Männer in den Fahrzeugen haben einen ungewöhnlichen Auftrag: „Findet die höchstgelegene flache Ebene auf der Erde mit möglichst trockener Luft."
Seit zehn Tagen prüfen sie schon verschiedene Orte in dieser Wüste. Nun suchen sie mithilfe einer Landkarte des chilenischen Militärs einen Weg hinauf auf das Chajnantor-Plateau. Es liegt in 5000 Meter Höhe, so hoch, dass die Luft für Menschen bereits spürbar dünn wird.
Die Atacamawüste gehört zu den trockensten Regionen der Erde. Das ganze Jahr über fallen dort weniger als anderthalb Zentimeter Regen. Die Abgeschiedenheit von jeder Zivilisation und die dünne und trockene Luft machen diese Wüste zum idealen Ort für die Beobachtung des Nachthimmels. Schon früher sind hier mehrere große Teleskope errichtet worden. Die meisten sollen den Kosmos in den für das menschliche Auge wahrnehmbaren Wellenlängen des Lichts erkunden. Doch jetzt suchen der chilenische Astronom Hernán Quintana und seine Begleiter nach einem Standort für eine ganz andere Art von Teleskop. Es soll in der Lage sein, die Schleier aus Gas und Staub zu durchdringen, die den interstellaren Raum durchziehen, die Galaxien umhüllen und um Sterne herumwirbeln. Allein für den Bau sind 20 Jahre vorgesehen, mehr als eine Milliarde Dollar wird es wohl kosten.
Zunächst jedoch müssen die Forscher den richtigen Ort dafür finden.
TED-Video: Alma - Das größte Radioteleskop der Welt
Alle Sterne, Galaxien und Gaswolken im Kosmos senden Strahlung aus. Die Wellenlängen sind verschieden, je nachdem wie heiß oder kalt die Strahlenquelle ist. Ein kleiner Bereich der Wellenlängen ist für das menschliche Auge sichtbar. Daneben geben die Sterne sehr kurzwellige Röntgen- und Gammastrahlen ab, die nur von spezialisierten Teleskopen wahrgenommen werden können. Außerdem emittieren sie, ebenso wie die kühleren Kometen und Asteroiden, Infrarotstrahlen, die zu langwellig für optische Teleskope und das menschliche Auge sind. Große Teile des Universums sind noch kälter. Die Temperaturen der Staub- und Gaswolken, aus denen Sterne entstehen, liegen nur knapp über dem absoluten Nullpunkt. Auch die Planeten bilden sich unter ähnlichen Bedingungen, wenn Staubpartikel und Gas, die um neu entstandene Sterne kreisen, zusammenklumpen.
Als die Astronomen vor gut 50 Jahren begannen, dieses „kalte Universum“ zu erforschen, wurde ihnen rasch klar, dass dies keine leichte Aufgabe sein würde. Das liegt zum einen an unserer Atmosphäre: Während sichtbares Licht ohne allzu große Beeinträchtigung durch die Lufthülle dringt, wird längerwellige Strahlung im Millimeter- und Submillimeterbereich vom Wasserdampf in der Luft absorbiert oder zerstreut. Die Wissenschaftler wussten also, dass sie ihre Teleskope an hochgelegenen Orten mit sehr trockener Luft würden errichten müssen.
Ein weiteres Problem: Bei solch langwelliger Strahlung benötigt man ungleich größere Teleskope als bei sichtbarem Licht, um vergleichbare Detailschärfe zu erreichen. Einen Trick, wie sich dieses Problem umgehen lässt, hatten die Radioastronomen bereits vor rund 60 Jahren gefunden: Sie führten die von mehreren Antennenschüsseln empfangenen Signale so zusammen, dass diese wie ein einziges Radioteleskop mit beachtlicher Detailschärfe funktionieren. Vor 30 Jahren machten kleinere Antennenverbünde in Japan, Frankreich, Kalifornien und auf Hawaii den Anfang. Mit zunehmenden technischen Möglichkeiten wuchsen auch die Antennenfelder. Als dann Bruchteil eines Millimeters exakt bestimmen. Und dabei einkalkulieren, dass sich das Kabel je nach Temperatur zusammenzieht oder ausdehnt.
Der Gegensatz von Ursprünglichkeit und Moderne auf dem Plateau der Atacamawüste könnte heute kaum größer sein. Erdbraune Weite wird von weißen Antennenschüsseln unterbrochen. Unter dem azurblauen Firmament erscheinen sie bei aller Größe winzig. Ein Knopfdruck im Kontrollzentrum, und sie schwenken trotz ihres Gewichts synchron in eine neue Richtung. Zwei Spezialtransporter fahren die Schüsseln bei Bedarf zu neuen Standorten. Die Trucks heißen „Otto“ und „Lore“; sie wurden in Baden-Württemberg gebaut, jeder hat 28 Räder und ist 130 Tonnen schwer.
Zum Ende dieses Jahres sollen alle 66 Antennen von „Alma“ in Betrieb sein. Dann wird das Radioteleskop uns helfen zu verstehen, wie das Universum einst entstehen konnte.
Die offizielle Einweihung ist nun ein Jahr her. Da hatte „Alma“ bereits vielversprechende Resultate geliefert. Denn schon 2012, mit nur 16 Antennen, hatten die Forscher 26 Galaxien, in denen ungewöhnlich viele Sterne entstanden, damit ins Visier genommen. Überrascht stellten sie fest, dass diese Galaxien im Durchschnitt 11,7 Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Es gab also bereits eine sehr aktive Phase der Sternenentstehung, als das Universum kaum zwei Milliarden Jahre alt war. Bis dahin hatten Astronomen angenommen, dass sie frühestens eine Milliarde Jahre später begonnen hatte.
Weitere Entdeckungen folgten. Im Juli 2013 berichteten Astronomen, dass Beobachtungen mit „Alma“ Hinweise geliefert hätten, die helfen könnten, ein großes Rätsel zu lösen: warum in unserem Universum massereiche Galaxien nur relativ dünn verteilt sind.
Extrem scharfe Abbildungen der vergleichsweise nahen Galaxie NGC 253 im Sternbild Sculptor („Bildhauer“) – sie ist elf Millionen Lichtjahre entfernt – zeigen kalte, dichte Gaswolken, die aus dem Zentrum der galaktischen Scheibe herausströmen. Die Astronomen kamen zu dem Schluss, das Gas werde durch Druckwellen fortgeblasen, die von jungen Sternen ausgehen. Damit gehen große Mengen Materie verloren: Rohmaterial für die spätere Entstehung neuer Sterne. Der Verlust könnte erklären, warum die Galaxie nicht mehr stark wachsen kann. Falls Beobachtungen bei anderen Spiralnebeln diese Vermutung bestätigen, könnte das die Antwort auf die Frage sein, warum massereiche Galaxien in unserem Universum so selten sind.
Auch über die Entstehung von Planeten hat „Alma“ neue Erkenntnisse geliefert, mit Bildern eines jungen Sterns, um den eine Staubscheibe kreist – die Kinderstube von Planeten. Die Aufnahmen zeigen eine Art Staubfänger innerhalb der Scheibe: eine Region, in der kleine Materieteilchen aneinander hängen bleiben, bis sich größere Brocken bilden – Vorläufer der Planeten. Das war der erste Blick auf die Anfänge einer Planetengeburt.
Bis zum Ende dieses Jahres sollen endlich alle 66 Antennen in Betrieb sein. Dann wird „Alma“ noch feinere Details aus den Galaxien und Sternsystemen unseres Universum zum Vorschein bringen. Und wir werden mehr darüber erfahren, wie der Kosmos überhaupt entstehen konnte. Was wir heute bereits wissen, das zeigt das große Poster, das Sie auch heraustrennen können.
(NG, Heft 6 / 2014, Seite(n) 90 bis 107 )
