Warum die Nasa ein Teleskop ins All schickt, das Sternenlicht ausblendet

Ein technologischer Quantensprung in der Weltraumforschung

Mit dem Start des Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskops Ende August steht die Astronomie vor einem technologischen Wendepunkt. Das 10,5 Tonnen schwere Observatorium ist das erste seiner Art, das einen „aktiven“ Koronagrafen im Weltraum einsetzt. Während bisherige Teleskope wie Hubble oder James Webb auf stationäre Blenden angewiesen waren, nutzt das neue System eine hochkomplexe Technik, um das überstrahlende Licht von Sternen gezielt zu unterdrücken.

Die Mission, benannt nach der ersten Chefin der Astronomieabteilung der Nasa, Nancy Grace Roman, verfolgt ein ambitioniertes Ziel: Die Entdeckung von rund 100.000 neuen Exoplaneten. Durch eine Wide-Field-Kamera mit 300 Megapixeln soll das Teleskop Bilder liefern, die bei vergleichbarer Auflösung etwa 100-mal größer sind als die Aufnahmen des Hubble-Teleskops.

Aktive Wellenfrontkontrolle: Den Stern „ausknipsen“

Das Kernproblem bei der Beobachtung von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems ist die enorme Helligkeit der Muttersterne. Bisherige Koronagrafen funktionierten oft wie der Versuch, eine Taschenlampe mit dem Daumen abzudecken – das Licht wird zwar reduziert, doch Streulicht bleibt bestehen und überstrahlt die schwachen Planeten. Das Roman-Teleskop wählt einen anderen Weg: die aktive Wellenfrontkontrolle.

Das Instrument nutzt zwei verformbare Spiegel, die mit tausenden mikroskopischen Aktuatoren ausgestattet sind. Diese bewegen sich in Schritten von etwa 10 Pikometern – einem Zehntel des Durchmessers eines Wasserstoffatoms. Durch diese präzise Verformung können die Spiegel einfallende Lichtwellen so ausgleichen, dass ein „donutförmiger“ Bereich um den Stern entsteht, in dem das Sternenlicht effektiv gelöscht wird. Dieser Prozess ähnelt dem Prinzip von Noise-Cancelling-Kopfhörern, angewandt auf Licht statt auf Schall.

Innovative Technik gegen Streulicht

Neben den verformbaren Spiegeln setzt das Teleskop auf spezielle Masken, die Photonen einfangen. Ein besonderes Werkzeug ist dabei eine Struktur, die als „Siliziumgras“ bezeichnet wird. Diese mikroskopisch kleinen Stacheln absorbieren einfallendes Licht, indem sie es in einem Dickicht gefangen halten, anstatt es in Richtung der Detektoren zu reflektieren. Diese Kombination aus aktiver Spiegelformung und photonenabsorbierenden Oberflächen soll die Empfindlichkeit gegenüber Exoplaneten um den Faktor 1.000 steigern.

Der Weg zur „Erde 2.0“

Bisher konnten Astronomen meist nur Gasriesen nachweisen, die ihre Sterne in extremer Entfernung umkreisen und durch ihre Eigenwärme im Infrarotbereich leuchten. Das Roman-Teleskop soll nun in der Lage sein, Planeten direkt abzubilden, die in ihrer Masse dem Jupiter ähneln und einen sonnenähnlichen Stern umkreisen. Hierbei wird nicht die Gravitationswirkung auf den Stern gemessen, sondern das vom Planeten reflektierte Sternenlicht direkt erfasst.

Obwohl die Bilder keine hochauflösenden Globen zeigen werden, liefern die Daten wertvolle Informationen über die atmosphärische Chemie der Himmelskörper. Durch die Analyse der verschiedenen Wellenlängen des Lichts können Forscher Rückschlüsse auf die Oberfläche und die potenzielle Bewohnbarkeit ziehen.

Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Vorbereitung für das geplante „Habitable Worlds Observatory“. Dieses zukünftige Projekt soll das Licht eines erdähnlichen Planeten von einem sonnenähnlichen Stern trennen, der mehr als 10 Milliarden Mal heller ist. Die wissenschaftliche Gemeinschaft erwartet eine Datenflut, die die Forschung über Jahrzehnte beschäftigen dürfte. Zunächst steht jedoch die Bewährungsprobe im All an: Die Ingenieure müssen beweisen, dass sie die Spiegel unter wechselnden thermischen Bedingungen stabil ausrichten und den dunklen Beobachtungsbereich präzise halten können.