Blick ins All: Dieses Nasa-Teleskop soll Sternenlicht blockieren und 100.000 Exoplaneten entdecken

Ein neuer Blick in die Tiefen des Alls

Mit dem bevorstehenden Start des Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskops Ende August schlägt die NASA ein neues Kapitel in der astronomischen Beobachtung auf. Das 10,5 Tonnen schwere Observatorium ist das erste seiner Art, das einen „aktiven“ Koronagrafen in den Weltraum befördert. Dieses Instrument ist darauf ausgelegt, das überstrahlende Licht von Sternen gezielt auszublenden, um die schwachen Lichtsignale umlaufender Planeten überhaupt erst erfassbar zu machen.

Das Teleskop ist nach Nancy Grace Roman benannt, der ersten Leiterin der Astronomieabteilung der NASA. Ausgestattet mit einer 300-Megapixel-Wide-Field-Kamera, soll es Bilder liefern, die in ihrer Auflösung die Kapazitäten des Hubble-Teleskops um den Faktor 100 übertreffen. Forschende erhoffen sich davon nicht nur Einblicke in die Natur von dunkler Materie und Energie, sondern auch die Entdeckung von rund 100.000 neuen Exoplaneten.

Aktive Wellenfrontkontrolle statt einfacher Abdeckung

Bisherige Koronagrafen, wie sie etwa bei Hubble oder dem James-Webb-Weltraumteleskop zum Einsatz kommen, funktionieren nach einem statischen Prinzip. Sie verdecken das Sternenlicht, ähnlich wie man mit dem Daumen eine Taschenlampe abdeckt, um ein Glühwürmchen zu sehen. Dabei bleibt jedoch das Problem bestehen, dass Streulicht an den Rändern der Optik oder durch winzige Unvollkommenheiten der Spiegel das schwache Licht eines Planeten überlagern kann.

Das Roman-Teleskop geht einen technologisch deutlich komplexeren Weg: die aktive Wellenfrontkontrolle. Zwei verformbare Spiegel, die mit tausenden Aktuatoren bestückt sind, können ihre Oberfläche im Pikometerbereich – etwa ein Zehntel des Durchmessers eines Wasserstoffatoms – anpassen. Diese Technik gleicht einer Geräuschunterdrückung bei Kopfhörern, nur für Lichtwellen. Durch diese präzise Formung entsteht ein dunkler, ringförmiger Bereich um den Stern, in dem Planeten sichtbar werden, die bisher als unentdeckbar galten. Die Empfindlichkeit gegenüber Exoplaneten soll dadurch um den Faktor 1.000 gesteigert werden.

Von Lichtpunkten zu atmosphärischen Analysen

Zusätzlich zu den verformbaren Spiegeln nutzt das Teleskop spezielle Masken, die mit einer Art „Siliziumgras“ beschichtet sind. Diese mikroskopisch kleinen Stacheln fangen Photonen ein und verhindern, dass sie im Inneren des Teleskops reflektiert werden und Detektoren stören.

Während bisherige Aufnahmen von Exoplaneten meist junge, glühende Gasriesen zeigten, die weit von ihrem Mutterstern entfernt sind, zielt das Roman-Teleskop auf reifere, jupiterähnliche Planeten ab. Diese reflektieren lediglich das Licht ihres Sterns. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler planen, durch die Analyse der verschiedenen Wellenlängen des reflektierten Lichts Rückschlüsse auf die atmosphärische Chemie der Planeten zu ziehen. „Man nimmt etwas, das nur ein Lichtpunkt ist, und verwandelt es in eine echte Welt“, beschreibt Professorin Meredith MacGregor von der Johns Hopkins University den Prozess.

Wegbereiter für zukünftige Missionen

Die Datenmenge, die das Teleskop liefern wird, stellt die astronomische Gemeinschaft vor eine enorme Herausforderung. Experten rechnen damit, dass die Auswertung der Aufnahmen die Forschung über Jahrzehnte beschäftigen wird.

Die bei dieser Mission gewonnenen Erkenntnisse und die Erprobung der aktiven Koronagrafie sind zudem von strategischer Bedeutung für das geplante „Habitable Worlds Observatory“. Dieses zukünftige Projekt soll in der Lage sein, das Licht erdähnlicher Planeten von ihren sonnenähnlichen Sternen zu trennen, selbst wenn der Stern zehn Milliarden Mal heller leuchtet. Die ersten Beobachtungsphasen des Roman-Teleskops werden zeigen, ob die komplexe Technik der Spiegelsteuerung und Maskenausrichtung unter den wechselnden thermischen Bedingungen im Weltraum stabil bleibt. Für das Ingenieurteam am Jet Propulsion Laboratory markiert dies den Höhepunkt jahrelanger Entwicklungsarbeit an der Grenze des physikalisch Machbaren.