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Vergangenheit, SOFIA und die Zukunft der luftgestützten Infrarotastronomie

Abb. 1: Absorptionsspektrum von flüssigem Wasser (rot), atmosphärischem Wasserdampf (grün) und Eis (blau) im Wellenlängenbereich λ zwischen 667 nm und 200 μm. Dargestellt ist der λ-abhängige Abschwächungskoeffizient. [Quelle: Wikipedia „Rotational–vibrational spectroscopy”]

Das Studium astronomischer Objekte im infraroten Spektralbereich nimmt beobachtungstechnisch eine Sonderstellung ein. Wie diese im Laufe der Geschichte zunächst erkannt und die sich daraus ergebenden Probleme schrittweise bewältigt wurden, wird in diesem Beitrag am Beispiel der Entwicklung luftgestützter Infrarotsternwarten illustriert.

Unser Bild vom Universum ist ein aus jenen zahlreichen Informationsstücken zusammengesetztes Puzzle, die wir als Zivilisation mit immer aufwändigeren Mitteln zu erhaschen gelernt haben. Die spannende Aufgabe, einzelne Puzzle-Komponenten richtig zusammenzusetzen, wird dadurch erschwert, dass wir davon nur eine sehr beschränkte und dennoch riesige Anzahl in Händen halten, dass nicht jeder an der Aufgabe Beteiligte Zugang zu allen (zudem auch mit Fehlern behafteten) Puzzle-Teilen besitzt und dass die Bedeutung der darin enthaltenen Information oft dermaßen interpretationsabhängig ist, dass sich zuweilen größere Bereiche des Bildes letztendlich als falsch zusammengesteckt erweisen und daraufhin neu angeordnet werden müssen.

Besonders spannend in der Wissenschaft ist es immer dann geworden, als man lernte, bis dato verschlossene Schachteln voller Puzzleteile endlich zu öffnen, zuletzt geschehen gegen Ende des vergangenen Jahres durch den ersten direkten Nachweis von Gravitationswellen. Noch einschneidender für die Wissenschaft war dagegen stets das völlig unverhoffte Auffinden neuer Kisten voller Puzzlestücke. Die Entdeckung nicht mit dem Auge wahrnehmbaren Lichtes jenseits des roten Endes des Sonnenspektrums gehört in diese Kategorie. Diese im heutigen Sprachjargon „nahes Infrarot“ genannte Strahlung wurde erstmals im Jahre 1800 von Friedrich Wilhelm Herschel beobachtet, beschrieben und untersucht.

Die Anfänge

Das Studium des anfangs „Kalorische Strahlung“ genannten Phänomens förderte die Entwicklung darauf spezialisierter Detektoren. Ein messtechnischer Durchbruch wurde durch den im Jahre 1821 von Thomas Seebeck entdeckten und heute nach ihm benannten thermoelektrischen Effekt ermöglicht. Anstatt wie bislang die durch Strahlung verursachte Temperaturerhöhung eines Materials durch dessen thermische Ausdehnung zu quantifizieren, konnte die Temperaturerhöhung nun in ein elektrisches Signal umgewandelt und anschließend mit weit höherer Genauigkeit bestimmt werden.

 

Titelbild Ausgabe 4/2016

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