Weltraumteleskop Spitzer feiert 15 Betriebsjahre im All

Ursprünglich für eine mindestens 2,5 Jahre lange Hauptmission geplant, hat das Spitzer Space Telescope der NASA seine erwartete Lebensdauer weit überschritten und arbeitet auch noch nach 15 Jahren.

Das Weltraumteleskop Spitzer startete am 25. August 2003 in eine Sonnenumlaufbahn und war das letzte der vier Great Observatories der NASA, das in den Weltraum gebracht wurde. Das Weltraumteleskop hat einige der ältesten Galaxien im Universum sichtbar gemacht, einen neuen Ring um Saturn offenbart und durch Staubwolken geblickt, um neu geborene Sterne und Schwarze Löcher zu untersuchen. Spitzer assistierte bei der Entdeckung von Planeten jenseits unseres Sonnensystems, darunter auch bei der Entdeckung von sieben erdgroßen Planeten, die den Stern TRAPPIST-1 umkreisen.

„In seinen 15 Betriebsjahren hat Spitzer uns die Augen geöffnet, um das Universum auf eine neue Art zu betrachten“, sagte Paul Hertz, Direktor der Astrophysics Division am NASA-Hauptquartier in Washington. „Spitzers Entdeckungen reichen von unserem planetaren Hinterhof über Planeten um andere Sterne bis in die fernen Regionen des Universums. Und durch die Zusammenarbeit mit den anderen Great Observatories der NASA hat Spitzer Wissenschaftlern geholfen, ein vollständigeres Bild von vielen kosmischen Phänomenen zu zeichnen.“

Ein Blick in die Vergangenheit

Spitzer registriert infrarotes Licht, hauptsächlich Wärmestrahlung, die von warmen Objekten emittiert wird. Auf der Erde findet infrarotes Licht viele Anwendungsgebiete, unter anderem in Nachtsichtgeräten.

Mit seinem Infrarotblick und seiner hohen Empfindlichkeit hat Spitzer zur Erforschung von einigen der fernsten Galaxien im bekannten Universum beigetragen. Das Licht von manchen dieser Galaxien war 13,4 Milliarden Jahre unterwegs, bevor es die Erde erreichte. Infolge dessen sehen Wissenschaftler diese Galaxien so, wie sie weniger als 400 Millionen Jahre nach der Geburt des Universums aussahen.

Unter dieser Population alter Galaxien war eine Überraschung für Wissenschaftler: „Big Baby“-Galaxien, die viel größer und entwickelter waren, als früh entstandene Galaxien nach Meinung von Forschern sein konnten. Man nimmt an, dass große, moderne Galaxien durch die schrittweise Verschmelzung von kleineren Galaxien entstanden. Aber die „Big Baby“-Galaxien zeigten, dass große Ansammlungen von Sternen bereits sehr früh in der Geschichte des Universums zusammenfanden.

Untersuchungen dieser sehr weit entfernten Galaxien stützten sich auf Daten von Spitzer und dem Weltraumteleskop Hubble, einem anderen Great Observatory der NASA. Jedes der vier Great Observatories sammelt Licht in einem anderen Wellenlängenbereich. Durch die Kombination ihrer Beobachtungen von verschiedenen Objekten und Regionen können die Wissenschaftler ein vollständigeres Bild des Universums erhalten.

„Das Great Observatories Program war wirklich ein brillantes Konzept“, sagte Michael Werner, Spitzer-Projektwissenschaftler am Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena (Kalifornien). „Die Idee, multispektrale Bilder oder Daten über astrophysikalische Phänomene zu bekommen, ist sehr verlockend, weil die meisten Himmelskörper Strahlung im ganzen Spektrum emittieren. Eine durchschnittliche Galaxie wie unsere Milchstraßen-Galaxie emittiert beispielsweise so viel infrarotes Licht wie Licht in sichtbaren Wellenlängen. Jeder Teil des Spektrums liefert neue Informationen.“

Neue Welten

In den vergangenen Jahren haben Wissenschaftler Spitzer genutzt, um Exoplaneten zu untersuchen (das sind Planeten, die fremde Sterne umkreisen), obwohl dies etwas war, an das die Entwickler des Teleskops nicht gedacht hatten.

Mit Spitzers Hilfe haben die Forscher Planeten untersucht, deren Oberflächen so heiß wie jene von Sternen sind. Andere sind vermutlich fest gefroren, und viele weitere liegen dazwischen. Spitzer hat einige der nächstgelegenen Exoplaneten und manche der fernsten jemals entdeckten Exoplaneten beobachtet.

Spitzer spielte auch eine Schlüsselrolle bei einer der bedeutendsten Exoplaneten-Entdeckungen in der Geschichte: dem Nachweis von sieben ungefähr erdgroßen Planeten, die einen Einzelstern umkreisen. Das Sternsystem TRAPPIST-1 gleicht keinem anderen fremden Sonnensystem: drei seiner sieben Planeten befinden sich in der habitablen Zone, wo die Temperatur genau richtig sein könnte, um flüssiges Wasser auf den Oberflächen der Planeten zu ermöglichen. Ihre Entdeckung war ein wichtiger Schritt bei der Suche nach Leben anderswo im Universum.

„Als Spitzer startete, stand die Untersuchung extrasolarer Planeten noch in ihren Kinderschuhen, aber in den letzten Jahren wurde oft mehr als die Hälfte von Spitzers Beobachtungszeit für die Erforschung von Exoplaneten oder für die Suche nach Exoplaneten genutzt“, sagte Lisa Storrie-Lombardi, Spitzers Projektmanagerin am Jet Propulsion Laboratory. „Spitzer ist sehr gut bei der Charakterisierung von Exoplaneten, obwohl es nicht dafür entwickelt wurde.“

Zu den anderen wichtigen Entdeckungen des Weltraumteleskops Spitzer gehören:

• Der größte bekannte Ring um Saturn: eine feine Struktur mit dem 300-fachen Saturndurchmesser.
• Die erste Wetterkarte eines Exoplaneten mit Temperaturvariationen über der Oberfläche eines Hot Jupiter: Die Ergebnisse sprechen für die Präsenz starker Winde.
• Kollisionen von Asteroiden und Planeten: Spitzer hat Hinweise auf mehrere Kollisionen in anderen Sonnensystemen gefunden. An einer davon waren vermutlich zwei große Asteroiden beteiligt.
• Ein Rezept für „Kometensuppe“: Spitzer beobachtete die Nachwirkungen einer Kollision zwischen der NASA-Raumsonde Deep Impact und dem Kometen Tempel 1. Dabei fand man heraus, dass die Kometenmaterie in unserem eigenen Sonnensystem jener um nahe Sterne gleicht.
• Die verborgenen Kokons neu geborener Sterne: Spitzers Infrarotbilder haben beispiellose Einblicke in die verborgenen Wiegen junger, heranwachsener Sterne gegeben, die unser Verständnis der Sterngeburt revolutionierten.
• Buckyballs im Weltraum: Buckyballs sind fussballförmige Kohlenstoffmoleküle, die im Rahmen von Laborversuchen hier auf der Erde entdeckt wurden und zahlreiche technische Anwendungsmöglichkeiten haben.
• Massereiche Galaxienhaufen: Spitzer hat viel mehr ferne Galaxienhaufen identifiziert als uns vorher bekannt waren.
• Eine der umfangreichsten Karten der Milchstraßen-Galaxie, die jemals erstellt wurden, darunter die genaueste Karte des großen Balkens aus Sternen im Zentrum der Galaxie: Die Karte wurde aus Spitzer-Daten des GLIMPSE-Projekts (Galactic Legacy Mid-Plane Survey Extraordinaire) erstellt.

Eine verlängerte Reise

Spitzer hat über 106.000 Stunden Beobachtungszeit aufgezeichnet. Tausende Wissenschaftler auf der ganzen Welt haben Spitzer-Daten in ihren Studien verwendet, und Spitzer-Daten wurden in mehr als 8.000 veröffentlichten Abhandlungen zitiert.

Spitzers Hauptmission endete nach 5,5 Jahren, wobei das Weltraumteleskop in einer „kalten Phase“ arbeitete. Flüssiges Helium kühlte drei Bordinstrumente bis kurz oberhalb des absoluten Nullpunktes herunter. Das Kühlsystem reduzierte die überschüssige Wärme der Instrumente selbst, was die Beobachtungen stören könnte. Das verlieh Spitzer eine sehr hohe Empfindlichkeit für „kalte“ Objekte.

Im Juli 2009, nachdem Spitzers Heliumvorrat zur Neige ging, trat das Weltraumteleskop in eine sogenannte „warme Phase“ ein. Spitzers Hauptinstrument, die Infrared Array Camera (IRAC), besitzt vier Kameras, von denen zwei in der warmen Phase mit der selben Empfindlichkeit arbeiten, die sie während der kalten Phase erreichten.

Spitzer umkreist die Sonne in einer erdfolgenden Umlaufbahn. Das bedeutet, es folgt wortwörtlich der Erde, während unser Planet die Sonne umkreist. Während seiner Betriebszeit fiel es immer weiter und weiter hinter der Erde zurück. Das stellt jetzt eine Herausforderung für das Weltraumteleskop dar, weil seine Sonnensegel nicht direkt zur Sonne zeigen, während es Daten zur Erde schickt. Deshalb muss Spitzer Batterieenergie nutzen, wenn es Daten zur Erde schickt. Die Batterien werden dann zwischen den Downloads neu aufgeladen.

„Spitzers Entfernung zur Erde ist größer als wir jemals dachten, wie sie in seiner Betriebszeit sein würde“, sagte Sean Carey, der Manager des Spitzer Science Center am Caltech in Pasadena (Kalifornien). „Das führte zu einigen großen Herausforderungen für das Ingenieursteam und sie waren extrem kreativ und einfallsreich, um Spitzer weit jenseits seiner erwarteten Lebensdauer betriebsfähig zu halten.“

Im Jahr 2016 trat Spitzer in eine erweiterte Mission namens „Spitzer Beyond“ ein. Momentan ist geplant, dass das Weltraumteleskop seine Operationen bis November 2019 fortsetzen wird, mehr als zehn Jahre nach Eintritt in die warme Phase.

Zu Ehren von 15 Betriebsjahren des Spitzer-Teleskops im Weltraum hat die NASA zwei neue Multimediaprodukte veröffentlicht: Die NASA Selfies App für iOS und Android und die Exoplanet Excursions VR Experience für Oculus und Vive, sowie eine 360-Video-Version für Smartphones. Spitzers unglaubliche Entdeckungen und erstaunliche Bilder stehen im Fokus dieser neuen Produkte.

Das Jet Propulsion Laboratory leitet die Spitzer Space Telescope Mission für das Science Mission Directorate der NASA in Washington. Die wissenschaftlichen Operationen werden am Spitzer Science Center des Caltech in Pasadena (Kalifornien) durchgeführt. Die technischen Operationen werden von der Lockheed Martin Space Systems Company in Littleton (Colorado) gesteuert. Die Daten werden am Infrared Science Archive des IPAC am Caltech archiviert. Das Caltech betreibt das JPL für die NASA.

Quelle

(THK)