Wer ein riesiges Loch in einen Jumbo-Jet schneidet, muss nicht unbedingt zerstörerische Absichten haben. Vor kurzem hat sich eine Gruppe Astrophysiker zu diesem ungewöhnlichen Schritt entschlossen. Der freie Blick aus dem offenen Rumpf einer Boeing 747 soll neue, ungeahnte Einsichten in den Himmel ermöglichen.
Mitte Mai soll Sofia zu ihrer ersten Mission aufbrechen.
(Foto: Foto: Nasa)Sofia nennen Physiker das "Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie". Das von deutschen und amerikanischen Forschern entwickelte Teleskop ist das größte, das je an Bord eines Flugzeugs abgehoben ist.
Montiert auf halbem Weg zwischen Tragfläche und Leitwerk, soll es Erkenntnisse über die Geburt von Sternen liefern. Zurzeit wird Sofia in der kalifornischen Mojave-Wüste auf die erste wissenschaftliche Mission vorbereitet.
Fast wie in einer Schatzkammer
Ulrich Lampater, Teleskopingenieur beim Deutschen Sofia-Institut, klettert die schmale Leiter in den ehemaligen Frachtraum hinunter. Es ist eng und stickig. Die Wände sind mit schwarzem Tuch ausgekleidet, nur ein schwaches Licht erhellt das Dunkel. Es ist fast wie in einer Schatzkammer.
Lampaters Kronjuwel ist 2,7 Meter groß und wiegt 880 Kilogramm, ein glatt polierter, mit Aluminium beschichteter Teleskopspiegel. Zusammen mit seiner drehbaren Haltestruktur aus Kohlefaser nimmt er fast den gesamten Platz im Rumpf des Jumbos ein.
Eine Rolltür soll den Spiegel bei Start und Landung schützen. Nur in der Luft wird sie geöffnet - und bei der Wartung im kalifornischen Hangar. Zwei Techniker der US-Raumfahrtbehörde Nasa wuchten die Tür vor den Augen des deutschen Astrophysikers Holger Jakob hoch.
"Wir wollen damit infrarote Strahlung einfangen"
Durch den Spalt zeichnen sich Umrisse des Spiegels ab. "Auch wenn er aussieht wie ein optisches Teleskop - wir wollen damit infrarote Strahlung einfangen", sagt Jakob, also Wärmebilder aus dem Weltall.
Solche Aufnahmen sind bei Astronomen begehrt, sie erzählen viel über das Universum. "Infrarote Strahlung durchdringt die dichten Staubwolken, hinter denen neue Sterne entstehen", sagt Jakob.
Das erlaubt den Blick in stellare Kinderstuben, der mit optischen Teleskopen nicht zugänglich ist. Gleichzeitig hilft Infrarotes Licht, die Moleküle zu identifizieren, die in solchen Gas- und Staubwolken vorkommen. "Mit Sofia werden wir viel über die Chemie und die Geschichte dieser Wolken lernen", sagt Jakob.
Eine verrückte Idee
Die Erwartungen sind hoch, aber auch die Anforderungen: Details, die einer zehn Kilometer entfernten Ein-Cent-Münze entsprechen, soll das Teleskop noch erkennen können. Und das verwacklungsfrei. Schon auf dem Erdboden ist das nicht leicht, geschweige denn an Bord eines Flugzeugs, das mit 850 Kilometern pro Stunde fliegt.
Wo üblicherweise Sitzreihen stehen, haben die Techniker ein paar improvisierte Arbeitsplätze aufgebaut.
(Foto: Foto: Nasa)"Irgendwie ist das schon eine verrückte Idee", sagt Ulrich Lampater. Der schwäbische Ingenieur steht nun in der Kabine des Jumbos - jenseits des Schotts, welches das Teleskop vom druckdichten Passagierbereich abtrennt.
Wo üblicherweise Sitzreihen stehen, haben die Techniker ein paar improvisierte Arbeitsplätze aufgebaut. Die Verkleidung der Kabine fehlt, unzählige Kabel liegen offen. Die Klimaanlage lärmt ohrenbetäubend.
Das gut fünf Meter große Teleskoplager ist über zwei Dutzend Luftfedern mit dem Flugzeugrumpf verbunden. Die Federn schlucken Vibrationen, die unter anderem von den Triebwerken kommen. Doch das verleiht dem Instrument noch nicht die nötige Ruhe.
Ein Gewicht von fast 20 Tonnen
Das Teleskop selbst schwimmt zusätzlich auf einem haarfeinen Ölfilm. So kann es, trotz eines Gewichts von fast 20 Tonnen, durch kleine Magnetmotoren bewegt werden; diese gleichen zum Beispiel Turbulenzen aus. Die passenden Ausweichkommandos bekommen die Motoren von drei Kreiselinstrumenten, die am Teleskop befestigt sind und jede Bewegung in alle Raumrichtungen erkennen.
Ein immenser Aufwand. Nur: Warum müssen Astronomen überhaupt in die Luft gehen? "Der Wasserdampf in der Erdatmosphäre ist der natürliche Feind der Infrarot-Astronomie", sagt Holger Jakob. Feuchte Luft absorbiert die Wärmestrahlen aus dem All, auf der Erde kommt kaum noch etwas an.
Die wenigen Infrarot-Teleskope, die es dennoch am Boden gibt, können nur in einem schmalen Wellenlängenfenster arbeiten. Im Weltraum stationierte Teleskope wie das europäische Herschel oder das amerikanische Spitzer liefern sehr gute Daten, sind allerdings wenig flexibel: Zwischen Planung und Betrieb vergehen bis zu 15 Jahre, und einmal gestartet, können Instrumente weder ausgewechselt noch repariert werden. Einen Mittelweg bietet Sofia.
Der Umbau geriet ins Stocken
Das fliegende Observatorium soll nicht nur Höhen von 14 Kilometern erreichen und dabei 99,8 Prozent des irdischen Wasserdampfes unter sich lassen, Astronomen können auch jederzeit neue Kameras und Spektrographen an ihr Teleskop schrauben.
Die Idee, ein Teleskop in ein Flugzeug zu bauen, kam deutschen Ingenieuren schon Mitte der 1980er Jahre. 1996 hatten sie schließlich die Nasa überredet, mitzumachen. Wenige Monate später kaufte die US-Behörde eine ausgediente Boeing 747-SP, eine gekürzte Variante des klassischen Jumbos.
Doch der Umbau kam ins Stocken, 2006 wollte die Nasa das Projekt stoppen. Erst der Protest des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt, das zu jener Zeit schon 80 Millionen Euro in das Flugzeug gesteckt hatte, hielt Sofia am Leben.
Einige Testflüge und viele Verzögerungen später steht Sofia nun im Hangar des Dryden Research Centers im kalifornischen Palmdale. Und der Jet bietet einen seltsamen Anblick: Der ohnehin kurze Rumpf erscheint durch die Beule rund um das Teleskop noch gedrungener. Das überdimensionale Seitenleitwerk passt gerade mal so unter die Hangardecke.
Die Testpiloten der Nasa versuchen derzeit, das Flugzeug nach und nach an seine Grenzen zu bringen. Mal in großer Höhe, mal mit hoher Geschwindigkeit, immer öfter mit geöffnetem Verdeck. Eventuelle Turbulenzen rund um die Teleskoptür müssen detailliert erkundet werden.
Ulrich Lampater verfolgt die Tests vom Kontrollraum in der Edwards Air Force Base ein paar Meilen weiter nördlich. Derzeit dürfen nur die Cockpitcrew und zwei Testingenieure fliegen, bei künftigen Missionen werden auch Wissenschaftler und Teleskopingenieure an Bord sein. Sogar Sitzplätze für Sponsoren und Schulklassen sind eingeplant.
So groß wie ein stattliches Bierfass
Beim ersten wissenschaftlichen Flug, der wahrscheinlich Mitte Mai starten kann, wird dann auch ein Beobachtungsinstrument am Fernrohr hängen. Bislang steht das noch in einem Nebenraum in Palmdale, heißt Forcast und ist so groß wie ein stattliches Bierfass.
Um kosmische Wärmestrahlung registrieren zu können, muss Forcast auf minus 269 Grad Celsius abgekühlt werden. "Eigentlich sitzt in dieser Infrarotkamera ein ganz ähnlicher Chip wie in Fotoapparaten", erzählt George Gull von der Cornell University. "Nur die Kühlung verhindert, dass man sich Forcast um den Hals hängen kann."
Auch an den Max-Planck-Instituten in Bonn und Garching machen Astronomen derzeit ihre Instrumente startklar. Im kommenden Frühjahr sollen die ersten Spektrographen zum Einsatz kommen. Später könnte Sofia auch von deutschen Flughäfen abheben - für zumindest einige der geplanten 160 astronomischen Messflüge pro Jahr. Zwei Jahrzehnte lang soll das Teleskop im Dienste der Wissenschaft bleiben.
Genug Zeit, um zu reifen. Denn bei den ersten Wissenschaftsmissionen wird noch lange nicht alles funktionieren. Dem Autopiloten zum Beispiel fehlt noch eine Verbindung mit dem Teleskop. Um das Zielobjekt während der Beobachtung nicht aus dem Blickfeld zu verlieren, müssen die Piloten vorerst von Hand leichte Kurven fliegen.
Mehr als sechs Stunden werden solche Missionen dauern. Geflogen wird nachts, was zusätzliche Anforderungen an die Ausstattung des Jets stellt: "Das Wichtigste ist eigentlich", sagt Ulrich Lampater, "dass bald eine Kaffeemaschine an Bord kommt."