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Astronomie:"Unser bestes Werkzeug, um mit dem Universum zu sprechen"

Das legendäre Radioteleskop von Arecibo ist zerstört. Was bedeutet das für die Astronomie?

Von Alexander Stirn

Die Zerstörung des einst größten Radioteleskops der Welt dauert nur wenige Sekunden - und natürlich ist James Bond daran beteiligt: Gegen Ende des Films "Goldeneye" turnt der Geheimagent auf einer Plattform hoch über dem Teleskop von Arecibo herum, einer mehr als 300 Meter großen Schüssel in den Bergen von Puerto Rico. Bond prügelt sich, er schleudert seinen Gegenspieler in die Tiefe, er springt in einen Hubschrauber. Wenige Augenblicke später explodiert das gigantische Teleskop. Die Plattform stürzt herab - nicht ohne den Bösewicht des Films unter sich zu begraben.

In den frühen Morgenstunden des 1. Dezembers 2020 holt die Wirklichkeit das britische Blockbuster-Kino ein. Um 7.55 Uhr reißt in Arecibo eines der armdicken Stahlseile, die die Plattform - in Wirklichkeit eine 900 Tonnen schwere Instrumenteneinheit - hoch über dem Teleskop gehalten haben. Weitere Seile geben nach. Die Plattform kracht in die Schüssel - zwar nicht, wie im Film, mit Feuer und Rauch, aber mit viel Staub und unheimlichem Getöse. Das Ergebnis ist das Gleiche: Arecibo ist zerstört.

Es ist das Ende einer Ära, ein schwarzer Tag für die Astronomie. Zwei Monate später, nachdem sich der Staub gelegt hat und die Folgen analysiert worden sind, zeigt sich aber auch, dass in den Hügeln von Puerto Rico zwar ein legendäres Observatorium am Boden liegt, nicht aber die Radioastronomie: Moderne Teleskope und neue Computerprogramme liefern mittlerweile bessere, auf jeden Fall aber andere Bilder als die starren Riesenschüsseln. Und in Zukunft könnte sogar noch mehr möglich werden - mit futuristischer Technik, fast wie aus einem Science-Fiction-Streifen. Oder eben einem James-Bond-Film.

"Auch wenn der Schwerpunkt der Radioastronomie mittlerweile bei neuen Entwicklungen liegt, hat Arecibo doch viele wichtige Beiträge in einer kritischen Zeit des Felds geleistet", sagt Anton Zensus, Direktor am Bonner Max-Planck-Institut für Radioastronomie. Im Gegensatz zu den bekannten optischen Teleskopen, die sichtbares Licht auffangen, lauschen Radioteleskope nach Signalen ähnlich den irdischen Rundfunkwellen. Solche Schwingungen entstehen, wenn geladene Gase in fernen Sternen oder Galaxien umhergewirbelt werden. Aber auch viele Atome und Moleküle erstrahlen im fürs menschliche Auge unsichtbaren Radiobereich. Zuvor unbekannte, äußerst spannende Einblicke ins Universum werden dadurch möglich.

Das US-Militär hatte die Schüssel 1963 gebaut, primär, um feindliche Atomraketen zu orten

So entdeckte Arecibo 1992 den ersten Planeten außerhalb unseres Sonnensystems - zwar nicht in einer Umlaufbahn um einen sonnenähnlichen Stern, aber um einen sogenannten Pulsar. Diese schnell rotierenden, extrem kompakten Sterne - vergleichbar mit kosmischen Leuchttürmen - waren eines der bevorzugten Studienobjekte des Riesenteleskops: Arecibo fand den ersten Pulsar, der jede Millisekunde aufleuchtete, die ersten unregelmäßigen Pulsare und das erste Doppel-Pulsar-System - ein Phänomen, für das dessen Entdecker 1993 mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet worden sind. Das Teleskop entdeckte aber auch organische Moleküle in einer 250 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernten Galaxie, und es fand die ersten schnellen Radioblitze im Universum, noch immer eines der großen Rätsel der Astronomie. Viele dieser Beobachtungen können heute allerdings auch mit anderen, neueren Observatorien gemacht werden.

Doch Arecibo war nicht nur ein Radioteleskop: Das US-Militär hatte die Schüssel im Jahr 1963 erbaut, primär, um damit die oberste Schicht der Erdatmosphäre zu untersuchen - und um dort feindliche Atomraketen abschießen zu können. Die Militärs verloren allerdings schnell die Lust an ihrem Spielzeug. 1970 übernahm daher die National Science Foundation (NSF), das US-Pendant zur Deutschen Forschungsgemeinschaft, die Riesenschüssel.

Das militärische Radar, von Anfang an ins Teleskop integriert, behielten die Wissenschaftler bei. Und sie wussten es zu nutzen: Vor 40 Jahren blickte Arecibo erstmals hinter die dicken Wolken der Venus und lieferte erste Aufnahmen von der Oberfläche unseres Nachbarplaneten. Das Teleskop schickte Radiobotschaften in die Tiefen des Alls - in der Hoffnung, Außerirdische würden antworten. Und es enthüllte Form, Bahn und Geschwindigkeit von Asteroiden, die der Erde mitunter gefährlich nahe kamen. Diese Doppelfunktion aus Radar und Radioteleskop war einzigartig.

"Unser bestes Werkzeug, um mit dem Universum zu sprechen und um ihm zuzuhören, ist verstummt", schreibt daher auch Astronom Abel Méndez von der University of Puerto Rico im Fachblatt Nature. Wie so viele puerto-ricanische Schulkinder stattete auch Méndez in jungen Jahren dem Teleskop einen Besuch ab. Wie so viele zog ihn die Astronomie in ihren Bann. Für Puerto Rico - eine Insel, auf der Naturkatastrophen und soziale Probleme Teil des Alltags sind - war Arecibo daher mehr als ein Teleskop. Es war Nationalgut, Ausbildungsstelle, Touristenmagnet. "Instrumente dieser Größenordnung haben auch immer eine identitätsstiftende Wirkung für ihre Region", sagt Max-Planck-Forscher Zensus. Méndez wird deutlicher: "Die Welt verliert ohne das Teleskop, aber Puerto Rico verliert noch viel mehr."

Der Verlust allerdings war absehbar, er war wahrscheinlich sogar unvermeidbar: Im vergangenen Jahrzehnt hat die NSF in Arecibo einen rigiden Sparkurs gefahren. Budgets wurden gestrichen oder umgeschichtet, der Betreiber des Teleskops wurde mehrmals gewechselt. Erdbeben plagten die Schüssel, Hurrikane und das tropische Klima in den Karstbergen der Karibikinsel.

Anfang August 2020 rutschte schließlich eines von sechs unterstützenden Stahlseilen aus seiner Halterung und hinterließ eine Schneise in der Reflektorschüssel mit ihren insgesamt 38000 Gitterplatten. Die Zusatzseile waren angebracht worden, nachdem Astronomen im Jahr 1997 die Instrumentenplattform deutlich aufgerüstet und damit schwerer gemacht hatten. Eilig beauftragte die NSF im August mehrere Ingenieurbüros mit der Fehleranalyse. Rettungsaktionen wurden erdacht, bis hin zu filmreifen Einsätzen, bei denen sich Techniker von Hubschraubern zur Plattform hätten abseilen und dort Gewicht entfernen sollen.

Anfang November, bei ruhigem und sonnigem Wetter, riss dann eines der zwölf Hauptseile - eine acht Zentimeter dicke Stahltrosse, bestehend aus 160 einzelnen Drähten. Weniger als zwei Drittel der Last, die das fast 60 Jahre alte Seil hätte aushalten sollen, lagen zu jenem Zeitpunkt an. Keine Frage: Arecibo war in akuter Gefahr und mit ihm alle Menschen, die sich im Bereich der Stahlseile aufhielten. Schweren Herzens schlugen die Ingenieure vor, das Teleskop aufzugeben und "so schnell wie möglich" kontrolliert zu sprengen.

Am 1. Dezember, um 7.55 Uhr, hatte sich auch das erledigt.

Eine Drohne, mit der Techniker das Teleskop alle paar Stunden inspizierten, nachdem immer mehr einzelne Drähte der Stahlseile gerissen waren, zeigt genau, was passiert ist: Zunächst spleißt eines der Halteseile auf, dessen schützende Farbe längst abgeblättert ist. Dann reißt es. Die restlichen Stahlseile geben ebenfalls nach, die Plattform kracht in die Schüssel - wie im Film, nur mit dem Unterschied, dass keine Menschen verletzt oder getötet werden.

Allerdings: Nicht nur die Stahlseile waren in die Jahre gekommen, auch das Konzept des Riesenteleskops wirkte zuletzt aus der Zeit gefallen. Arecibos Stärke, sein immenser Durchmesser von 305 Metern, war zugleich eine der großen Schwächen: Die riesige Schüssel konnte zwar viele Radiowellen auffangen und somit auch extrem schwache Quellen untersuchen, sie ließ sich aufgrund ihrer Größe aber nicht bewegen. Stattdessen schaute sie starr nach oben. Leicht schräge Blicke ins All waren nur möglich, wenn die Empfangseinheiten an einem Arm unterhalb der Plattform leicht hin- und herbewegt wurden.

Beim neuen chinesischen Radioteleskop Fast, das mit einem Durchmesser von 500 Metern Arecibo vor einigen Jahren als weltgrößte Schüssel abgelöst hat, sieht das anders aus. Zwar sitzt auch Fast starr in einer Karstmulde, die 4450 einzelnen Segmente seines Reflektors sind allerdings mit mehr als 2000 Seilwinden verbunden. Verankert im Boden unterhalb der gigantischen Schüssel, können die Winden die Form des Reflektors gezielt verändern, sodass er Signale von verschiedenen Orten am Himmel auffangen kann. Und während die Plattform hoch über Arecibo an fixen Stahlseilen hing, lässt sich der chinesische Empfänger, der sich in einer Höhe von 140 Meter über der Schüssel befindet, mithilfe von Seilwinden weitgehend frei positionieren. Tianyan, das "Himmelsauge", wie Fast auch genannt wird, kann dadurch bis zu 40 Grad zur Seite blicken.

Statt auf eine große Schüssel setzen Astronomen verstärkt auf viele kleine Radioteleskope

Anfang 2020 haben die chinesischen Forscher ihr neues Teleskop nach mehrjährigem Probebetrieb offiziell in Betrieb genommen. Schon zu jenem Zeitpunkt hatte das Himmelsauge 102 neue Pulsare entdeckt - "mehr als alle Teams in Europa und den USA zusammen", wie die Staatszeitung Global Times damals spöttisch feststellte. Inzwischen kommt Fast nach offiziellen Angaben auf mehr als 240 neu entdeckte Pulsare. Während die Max-Planck-Gesellschaft bereits mit den chinesischen Kollegen kooperiert, sollen sich ab April nun auch alle anderen ausländischen Wissenschaftler um Beobachtungsmöglichkeiten bewerben dürfen. Etwa zehn Prozent der verfügbaren Zeit werde ihnen eingeräumt, berichtete die Staatszeitung Global Times Anfang Januar.

Viel ist das nicht, doch es gibt Alternativen. Statt auf eine große Schüssel setzen Radioastronomen heutzutage verstärkt auf viele kleine Radioteleskopen, zusammengeschaltet zu einem sogenannten Array.

Eines der aktuell größten, das Very Large Array (VLA) im US-Bundesstaat New Mexico, besteht zum Beispiel aus 27 einzelnen Teleskopen mit jeweils 25 Metern Durchmesser, die bis zu 36 Kilometer voneinander entfernt aufgestellt werden können. Aus den Signalen dieser vielen Mini-Schüsseln, die ein Zielobjekt alle leicht unterschiedlich erfassen, berechnen Computer anschließend ein Gesamtbild. Dabei gilt: Je weiter die einzelnen Empfänger voneinander entfernt sind, desto besser ist die Auflösung des virtuellen Teleskops. Und eine höhere Auflösung bedeutet, dass mehr Strukturen bei weit entfernten kosmischen Objekten zu erkennen sind - der große Unterschied zu den zwar lichtstarken aber in ihrer Sehschärfe begrenzten Riesenschüsseln.

Tausende Parabolspiegel und Antennen, die bis zu 3000 Kilometer entfernt stehen

"Wir werden in Zukunft wahrscheinlich nicht viele neue Arecibos sehen", sagt Anton Zensus, "aber viele flexible und sehr empfindliche Arrays, die diese Aufgaben weitgehend übernehmen." In Südafrika und Australien soll zum Beispiel das Square Kilometer Array (SKA) entstehen, Tausende Parabolspiegel und Antennen, die bis zu 3000 Kilometer entfernt stehen und zusammen auf eine Sammelfläche von einem Quadratkilometer kommen - mehr als 13-mal so viel wie Arecibo. Auch die Amerikaner arbeiten an einem Nachfolgeprojekt für ihr Very Large Array. Das neue Teleskop könnte sich, sollten die Astronomen das nötige Geld zusammenbekommen, über New Mexico, Arizona, Texas und das Nachbarland Mexiko erstrecken. Mit seinen 214 geplanten Schüsseln würde es eine Entfernung von bis zu tausend Kilometern abdecken.

Es geht aber noch größer: mit einer Technik, die im Deutschen den recht sperrigen Namen Langbasisinterferometrie trägt. Dabei schließen Astronomen bestehende Radioteleskope rund um den Erdball zu einem riesigen Array zusammen. Ein virtuelles Observatorium entsteht. Auch Arecibo war in der Vergangenheit Teil solcher Netzwerke, konnte wegen seines starren Blicks die anvisierten, beweglichen Objekte am Himmel aber immer nur für kurze Zeit verfolgen. Für die Interferometrie sei der Kollaps der Riesenschüssel daher merkbar, aber verschmerzbar, sagt Anton Zensus, zumal das chinesische Fast-Teleskop künftig anstelle Arecibos in die Netzwerke integriert werden soll.

Wie gut diese Technik bereits jetzt funktioniert, zeigte sich vor knapp zwei Jahren, als Astronomen das erste Radio-Bild eines Schwarzen Loches präsentieren konnten. Aufgenommen hatte es das virtuelle Event Horizon Telescope (EHT), ein Zusammenschluss von elf renommierten Radioteleskopen, die über den gesamten Globus verteilt waren. Anton Zensus will sogar noch höher hinaus. "Wir verbessern das EHT zwar weiter, sind dabei aber auf eine Entfernung von etwa 10 000 Kilometern begrenzt - mehr geht auf der Erde nicht", sagt der Max-Planck-Forscher. Der nächste Schritt soll daher - fast wie in einem Science-Fiction-Film - ins All führen.

Mit dem russischen Weltraum-Radioteleskop Spektr-R, das sich bis zu 300 000 Kilometer von der Erde entfernte und dabei in irdische Teleskop-Netzwerke integriert wurde, konnten Radioastronomen bereits erste Erfahrungen sammeln. Nun wollen sie die Europäische Raumfahrtagentur Esa überzeugen, das Event Horizon Telescope um eine Weltall-Komponente zu erweitern. Ob das ambitionierte Vorhaben kommen wird, ist offen. Klar ist: Es wird nicht schnell kommen, und es wird nicht billig werden. "Für die nächsten beiden Dekaden dürfte daher das SKA am Boden unser wichtigstes Zukunftsinstrument sein", sagt Zensus.

Und was ist mit einer neuen, großen Schüssel? Daran glauben offenbar nicht einmal mehr die Arecibo-Astronomen. Als feststand, dass ihr Teleskop verloren sein würde, setzten sich die Forscher in Puerto Rico zusammen und schlugen der NSF ein kühnes Nachfolgeprojekt vor: ein Array aus tausend kleinen Schüsseln für Radar und Radioastronomie, untergebracht auf einer 300 Meter großen Platte, die bis zu 45 Grad geneigt werden kann - hydraulisch, ganz ohne Stahlseile. Und das alles für 400 Millionen Dollar. Die Vision klingt genial, aber auch ziemlich größenwahnsinnig. Fast wie aus dem Drehbuch eines James-Bond-Filmes.

© SZ
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