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Pfadfinder im Weltall

11.07.2001


Fotomontage des APEX-Teleskops vor dem Hintergrund der Chajnantor Hochebene, mit Vicunas. (Zeichnung: VERTEX, Foto: Peter Schilke).


Neue Wege will das Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn mit dem Atacama Pathfinder Experiment, kurz APEX, gehen. Um interessante Objekte im Universum genauer zu untersuchen und deren Radiostrahlung bis zu Wellenlängen weit unter 1 mm zu messen, wird in der chilenischen Atacama-Wüste in einer Höhe von 5000 Metern über dem Meeresspiegel für ca. zwölf Millionen DM ein Radioteleskop errichtet. Die Beobachtung von ältesten Galaxien und Sternentstehungsgebieten soll unser Verständnis der Bildung von Strukturen im Universum erweitern. Am 2. Juli 2001 wurde der Vertrag zum Bau der Antenne unterschrieben, und schon im März 2003 soll die Anlage in Betrieb gehen.

APEX entsteht genau zur richtigen Zeit am richtigen Ort, um einige brennende Fragen der Astronomie zur Entstehung von Sternen und Galaxien anzugehen. Dieses Instrument wird den europäischen Forschern, besonders den Mitarbeitern des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie, eine Spitzenstellung in diesem attraktiven Forschungsgebiet sichern, und es verschafft ihnen eine exzellente Ausgangsposition für Großprojekte wie dem ALMA-Interferometer, dem SOFIA-Flugzeugobservatorium und dem HERSCHEL-Satelliten, so Projektwissenschaftler Dr. Peter Schilke.

Die Beobachtungen im Submillimeter-Wellenlängenbereich erlauben einen ungetrübten Blick auf Sternentstehungsgebiete und Galaxienkerne, so auch auf das Zentrum unserer Milchstraße. Selbst die ältesten Galaxien und winzige Schwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung, die das gesamte Universum ausfüllt, können beobachtet werden. Ermöglicht werden solche Messungen von der Erde aus durch immer genauere Teleskopspiegel und immer empfindlichere Empfänger. Die chilenische Wüste bietet optimale irdische Bedingungen für solche Untersuchungen, denn dort ist die Atmosphäre schon recht dünn und der Himmel nur selten bewölkt. Es wird daher weniger Strahlung absorbiert. Das Gelände ist ganzjährig zugänglich, im Gegensatz zum Südpol, der eine ähnlich gute Atmosphäre hat.

Mit APEX stößt das Max-Planck-Institut für Radioastronomie in neue Dimensionen vor. Das 100-m-Radioteleskop in Effelsberg in der Eifel, nur 40 Kilometer vom Institut in Bonn entfernt, war lange das größte voll bewegliche Radioteleskop der Welt. Seit 30 Jahren erforscht es den Weltraum im Wellenlängenbereich von 70 cm bis 3,5 mm. Das 2920 m hoch gelegene IRAM 30-m-Radioteleskop auf dem Pico Veleta in Spanien ermöglicht auf Grund der hohen Präzision der Spiegeloberfläche Messungen bis zu einer kürzesten Wellenlänge von 0,8 mm. Noch etwas höher liegt das 10-m-Heinrich Hertz-Teleskop (HHT) auf dem Mount Graham (3180 m) in Arizona/USA. Hier dringt man in den Submillimeter-Bereich vor: es misst bis zu einer kürzesten Wellenlänge von 0,34 mm.

APEX wird das vierte am Institut entwickelte Messinstrument sein und Pionierarbeit im Terahertz-Bereich leisten, das bedeutet bis hinunter zu Wellenlängen von 0,3 bis 0,15 mm. Submillimeter-Beobachtungen, die am HHT nur selten möglich sind, werden alltäglich sein. In diesen Wellenlängenbereichen sieht man Objekte, die mit den im optischen oder infraroten Spektralbereich arbeitenden Großteleskopen, wie dem VLT der ESO, gar nicht zu sehen sind: in Staubhüllen eingebettete junge Sterne und Galaxien, oder Protosterne, die einfach zu kalt sind, um bei infraroten Wellenlängen zu strahlen, im Submillimeter-Bereich aber sehr hell sind. Leider blockiert die Erdatmosphäre einen Teil dieser Strahlung, so dass man gezwungen ist, die Teleskope auf unwirtliche Berggipfel zu bauen. Zudem kann vom Standort in Chile der bisher bei diesen Wellenlängen noch fast unerforschte Südhimmel untersucht werden. Das Zentrum der Milchstraße, die Magellanschen Wolken und Centaurus A, die nächste Galaxie mit einem aktiven Kern, sind die prominentesten Objekte.

Der Bau und Betrieb der Anlage, die neben der Antenne mit Sauerstoff angereicherte Kontroll-, Labor- und Wohnräume umfasst, stellt eine besondere Herausforderung dar. Auch hier sind die Wissenschaftler gewissermaßen Pfadfinder. Leben und Arbeiten in dieser Höhe, also mehr als 2000 Meter höher als die Zugspitze, erfordern eine gute körperliche Konstitution. Es gibt nur noch etwa halb so viel Sauerstoff wie auf Meereshöhe. Nach sechs Stunden Aufenthalt zwingen bohrende Kopfschmerzen oft zum Abstieg in lebensfreundlichere Gebiete. Aber alle Widrigkeiten nehmen die Forscher in Kauf, weil die Messungen grundlegend neue Erkenntnisse versprechen.

Die Initiative für dieses Projekt ergriff Prof. Karl Menten, Geschäftsführender Direktor des Bonner Max-Planck-Instituts für Radioastronomie. Forschungsschwerpunkte seiner Gruppe sind sehr junge und sehr alte Sterne, außerdem Galaxien im frühen Universum; ideale Objekte, um mit APEX erforscht zu werden.

Gebaut wird die 12-m-Antenne von der VERTEX Antennentechnik GmbH in Duisburg in nur 20 Monaten. Die Oberfläche muss eine Genauigkeit von 0,018 mm aufweisen; dadurch erst werden Beobachtungen im Terahertz-Bereich möglich. Die Antenne ist eine modifizierte Kopie einer ALMA-Prototypantenne, was sowohl Kosten spart als auch die schnelle Konstruktion erlaubt. Umfangreiche Modifikationen sind jedoch erforderlich, weil APEX mehr Instrumente beherbergen soll als die einzelnen Antennen des ALMA-Interferometers.

Projektwissenschaftler Dr. Peter Schilke hat Submillimeter-Astronomie am Caltech Submillimeter Observatory des California Institute of Technology auf dem Mauna Kea, Hawaii, gelernt. Er war dort vor allem in chemische Studien involviert, die zur Erstentdeckung von mehreren Molekülen im interstellaren Raum führten.

Die Max-Planck-Gesellschaft und das Astronomische Institut der Ruhr-Universität Bochum (Prof. Rolf Chini) finanzieren die Errichtung des Teleskops mit insgesamt zwölf Millionen DM. Nach der Aufbauphase übernehmen die ESO (European Southern Observatory) und das schwedische Onsala Space Observatory einen Teil der Betriebskosten und erhalten dafür anteilig Beobachtungszeit.

Neben dem Max-Planck-Institut für Radioastronomie sind mehrere Forschungsgruppen anderer Max-Planck-Institute und deutscher Universitäten an der Nutzung des APEX-Teleskops interessiert, u.a. das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, das Max-Planck-Institut für Aeronomie in Lindau, das Max-Planck-Institut für Astrophysik in Garching sowie Astronomen der Universitäten Köln und Bonn.

Wirkliche Pfadfinder-Funktion leistet APEX für ALMA, das Atacama Large Millimeter Array. Diese Anlage soll - von Europa, den USA und Japan zu je einem Drittel finanziert - voraussichtlich ab dem Jahr 2005 am gleichen Standort gebaut werden und aus insgesamt 64 Einzelteleskopen bestehen. Bis dahin kann APEX die Arbeitsbedingungen testen, die einzelnen Geräte prüfen, Empfänger erproben und schon die interessantesten Objekte finden und erforschen, deren detaillierte Untersuchung mit ALMA erfolgt. Dann soll das APEX-Teleskop weiter genutzt werden, entweder als Bestandteil von ALMA oder weiterhin als Kundschafter für die Großanlage.


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