Das römische Weltraumteleskop der NASA macht sich bereit, ferne Sonnen anzustarren, um fremde Planeten zu finden

Der Roman Coronagraph wird im Oktober 2024 in einem Reinraum im Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, MdL, in den Instrumententräger für das Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA integriert.(Bildnachweis: NASA/Sydney Rohde)

In einem Reinraum des Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien haben Wissenschaftler erfolgreich eine entscheidende Komponente in das Roman Space Telescope integriert. Dieses als Roman Coronagraph Instrument bekannte Gerät wurde entwickelt, um das Sternenlicht zu blockieren, so dass Wissenschaftler das schwache Licht von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems erkennen können.

Dieser Erfolg ist ein wichtiger Meilenstein für das Nancy Grace Roman Space Telescope der NASA, ein Weltraumobservatorium der nächsten Generation, das im Mai 2027 starten soll. Mit einem Sichtfeld, das mindestens 100 Mal größer ist als das des Hubble-Weltraumteleskops, wird Roman zur Erforschung wissenschaftlicher Geheimnisse im Zusammenhang mit dunkler Energie, Exoplaneten und Infrarot-Astrophysik eingesetzt werden.

Es wird dies mit seinem einen wissenschaftlichen Instrument, dem Wide Field Instrument, und dem Roman Coronagraph Instrument tun, das eine Technologiedemonstration darstellt – ein Sprungbrett für zukünftige Weltraummissionen, wie das vorgeschlagene Habitable Worlds Observatory, das das erste Teleskop wäre, das speziell für die Suche nach Anzeichen von Leben auf Exoplaneten entwickelt wurde.

„Um von dort, wo wir sind, dorthin zu gelangen, wo wir hinwollen, brauchen wir den Roman Coronagraph, um diese Technologie zu demonstrieren“, sagte Rob Zellem, stellvertretender Projektwissenschaftler für Kommunikation beim Roman Space Telescope der NASA Goddard. „Wir werden diese Erkenntnisse auf die nächste Generation von NASA-Flaggschiff-Missionen anwenden, die explizit auf die Suche nach erdähnlichen Planeten ausgerichtet sein werden.“

Der Koronagraph, der etwa die Größe eines Babyflügels hat, ist ein hochentwickeltes System aus Masken, Prismen, Detektoren und selbstbiegenden Spiegeln, die zusammenarbeiten, um die Blendung von fernen Sternen zu blockieren und es den Wissenschaftlern zu ermöglichen, die sie umkreisenden Planeten zu entdecken.

Der Instrumententräger für Roman wird während der Integration des Coronagraphs im Oktober 2024 bei der NASA Goddard angehoben. (Bildnachweis: NASA/Sydney Rohde)

Gegenwärtig werden Exoplaneten mit indirekten Methoden beobachtet, insbesondere mit einer Technik namens Transit. Bei dieser Methode werden Einbrüche im Licht eines fernen Sterns gemessen, die auftreten, wenn ein Exoplanet vor ihm vorbeizieht. Diese Einbrüche liefern wertvolle Erkenntnisse, einschließlich Informationen über die atmosphärische Zusammensetzung des Planeten, die für die Bestimmung der Bewohnbarkeit wichtig ist. Sie können sogar das Vorhandensein von Gasen aufzeigen, die auf die Existenz von Leben hinweisen könnten.

Diese Methode hat zwar unglaublich wertvolle Erkenntnisse geliefert, aber sie hat auch ihre Grenzen. Zum einen kann nur ein kleiner Teil der Planeten auf diese Weise beobachtet werden, da Transits nur für einen kurzen Zeitraum während des gesamten Umlaufzyklus eines Planeten stattfinden, was die Menge der zu erfassenden Daten einschränkt.

Damit ein Transit entdeckt werden kann, muss die Bahnebene nahezu senkrecht zum Beobachter stehen, eine Bedingung, die nur auf eine kleine Minderheit der entfernten Planeten zutrifft. Folglich werden viele Planeten durch die Fotometrie unentdeckt bleiben. Hinzu kommt, dass die Dauer des Transits eines Planeten nur einen winzigen Bruchteil seiner gesamten Umlaufzeit ausmacht.

Obwohl die Technologien zur direkten Abbildung von Exoplaneten immer weiter fortschreiten, konzentrierten sie sich bisher vor allem auf Riesenplaneten, die aufgrund ihrer hohen Temperaturen noch Licht von ihrer jüngsten Entstehung aussenden, wodurch sie für Teleskope leichter zu identifizieren sind. Ein bemerkenswertes Beispiel ist eine Bilderserie von vier Exoplaneten, die den Stern HR 8799 umkreisen. Sie wurde von Astronomen mit Daten des Keck-Observatoriums auf Hawaii erstellt.

Ein Teammitglied arbeitet unter dem Instrumententräger für Roman während der Integration des Coronagraphs in einem Reinraum bei der NASA Goddard im Oktober 2024. (Bildnachweis: NASA/Sydney Rohde)

Wissenschaftler sehen in den Koronagraphen jedoch den nächsten Fortschritt in der Technologie zur Planetensuche. Das Roman Coronagraph Instrument soll zeigen, wie diese direkte Bildgebungstechnologie, die sich bei bodengestützten Teleskopen bewährt hat, im Weltraum noch erfolgreicher sein kann.

„Der Roman Coronagraph ist so konzipiert, dass er Planeten aufspüren kann, die 100 Millionen Mal schwächer sind als ihre Sterne, oder 100 bis 1.000 Mal besser als bestehende weltraumgestützte Coronagraphen“, so das Jet Propulsion Laboratory der NASA.

Der Koronagraph wurde erfolgreich am Instrumententräger des Teleskops befestigt, einer großen gitterartigen Struktur, die sich zwischen dem Hauptspiegel des Weltraumteleskops und dem Raumfahrzeugbus befindet, der das Teleskop in die Umlaufbahn transportieren wird.

„Man kann sich [den Instrumententräger] als das Skelett des Observatoriums vorstellen, mit dem alles verbunden ist“, sagte Brandon Creager, leitender Maschinenbauingenieur für den römischen Koronagraphen am JPL. Der Instrumententräger wird sowohl den Koronographen als auch das Wide Field Instrument von Roman aufnehmen, das wichtigste wissenschaftliche Instrument der Mission, das noch in diesem Jahr integriert werden soll.

Ingenieure werden nun verschiedene Prüfungen und Tests durchführen, bevor sie mit der Integration des Wide Field Instrument und schließlich des Teleskops selbst fortfahren.

„Es ist wirklich lohnend, zu sehen, wie diese Teams zusammenkommen und das römische Observatorium aufbauen. Das ist das Ergebnis vieler Teams, langer Stunden, harter Arbeit, Schweiß und Tränen“, sagte Liz Daly, die bei Goddard für die Integration der Nutzlast und die Tests von Roman verantwortlich ist.