Ein Foto der Sonne, aufgenommen von Astrofotograf Mark Johnston, einem NASA-Botschafter für das Sonnensystem und Vizepräsident der Phoenix Astronomical Society, am 29. August 2024.(Bildnachweis: Mark Johnston)
Wir verfügen über einige unglaublich leistungsstarke Teleskope, die uns spektakuläre Einblicke in den Kosmos gewähren und uns einen Blick zurück in die Anfänge des Universums ermöglichen. Diese Observatorien, wie z. B. das James Webb Space Telescope (JWST), sind erstaunliche technische Meisterleistungen, die Milliarden von Dollar und Jahrzehnte an Arbeit erfordert haben.
Aber was wäre, wenn wir Zugang zu einem noch besseren Teleskop hätten, das bereits existiert? Das wäre kein typisches Teleskop. Es hätte nicht einmal ein Objektiv. Aber es wäre das bei weitem leistungsstärkste Teleskop, das wir je gebaut haben.
Dieses Teleskop würde die Sonne selbst nutzen.
Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie leistungsfähig ein sonnenbasiertes Teleskop sein könnte, betrachte das JWST. Mit einem Spiegel, der einen Durchmesser von 6,5 Metern (21,3 Fuß) hat, kann das JWST eine Auflösung von etwa einer Zehntel Bogensekunde erreichen, was etwa 600 Mal besser ist als das menschliche Auge. Mit dieser Auflösung könnte das Teleskop die Details einer Münze in 40 Kilometern Entfernung erkennen oder das Muster eines Fußballes in 550 Kilometern Entfernung aufzeichnen.
Ein weiteres Beispiel ist das Event Horizon Telescope, das eigentlich ein Netzwerk einzelner Instrumente ist, die über den ganzen Globus verstreut sind. Durch die sorgfältige Koordinierung seiner Elemente hat das Teleskop beeindruckende Bilder von den Gasscheiben um riesige schwarze Löcher geliefert. Um dies zu erreichen, hat es eine beeindruckende Auflösung von 20 Mikrobogensekunden erreicht. Bei dieser Auflösung könnte das Teleskop eine Orange auf der Oberfläche des Mondes erkennen.
Aber was, wenn wir noch größer werden wollen? Für ein größeres Teleskop bräuchte man entweder gigantische Schüsseln oder Netzwerke von Antennen, die durch das Sonnensystem fliegen, was beides enorme Sprünge in unseren technologischen Fähigkeiten erfordern würde.
Dankenswerterweise gibt es bereits ein riesiges Teleskop, das sich im Zentrum des Sonnensystems befindet: die Sonne.
Auch wenn die Sonne nicht wie eine herkömmliche Linse oder ein Spiegel aussieht, hat sie doch eine große Masse. Und in Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie krümmen massive Objekte die Raumzeit um sie herum. Jedes Licht, das die Oberfläche der Sonne streift, wird abgelenkt und bewegt sich, anstatt in einer geraden Linie weiterzulaufen, auf einen Brennpunkt zu, zusammen mit allen anderen Lichtern, die die Sonne zur gleichen Zeit streifen.
Eine Illustration zeigt, wie die Nutzung der Gravitationslinse um die Sonne herum funktionieren könnte. (Bildnachweis: Dani Zemba/Penn State, CC BY-NC-ND 4.0)
Astronomen nutzen diesen Effekt, der Gravitationslinseneffekt genannt wird, bereits, um die am weitesten entfernten Galaxien im Universum zu untersuchen. Wenn das Licht dieser Galaxien in der Nähe eines riesigen Galaxienhaufens vorbeizieht, verstärkt und vergrößert die Masse dieses Haufens das Hintergrundbild, so dass wir viel weiter sehen können, als wir es normalerweise könnten.
Die „Sonnengravitationslinse“ führt zu einer fast unglaublich hohen Auflösung. Es ist, als hätten wir einen Teleskopspiegel von der Breite der gesamten Sonne. Ein Instrument, das im richtigen Brennpunkt positioniert wäre, könnte die Gravitationsverformung der Sonnengravitation nutzen, um das ferne Universum mit einer atemberaubenden Auflösung von 10^-10 Bogensekunden zu beobachten. Das ist etwa eine Million Mal leistungsfähiger als das Event Horizon Telescope.
Natürlich gibt es Herausforderungen bei der Verwendung der solaren Gravitationslinse als natürliches Teleskop. Der Brennpunkt all dieser Lichtbeugung ist 542 Mal größer als die Entfernung zwischen Erde und Sonne. Das ist das 11-fache der Entfernung zum Pluto und das Dreifache der Entfernung, die von der am weitesten entfernten Raumsonde der Menschheit, Voyager 1, erreicht wurde, die 1977 startete.
Wir müssten also nicht nur ein Raumschiff weiter weg schicken als je zuvor, sondern es müsste auch genug Treibstoff haben, um dort zu bleiben und sich zu bewegen. Die von der Gravitationslinse der Sonne erzeugten Bilder würden sich über Dutzende von Kilometern im Weltraum erstrecken, so dass die Sonde das gesamte Feld abtasten müsste, um ein vollständiges Mosaikbild zu erstellen.
Pläne zur Nutzung der Sonnenlinse reichen bis in die 1970er Jahre zurück. In jüngster Zeit haben Astronomen vorgeschlagen, eine Flotte von kleinen, leichten Würfelsatelliten zu entwickeln, die mit Hilfe von Sonnensegeln auf 542 AE beschleunigt werden. Dort angekommen, würden sie langsamer werden und ihre Manöver koordinieren, ein Bild aufnehmen und die Daten zur Verarbeitung an die Erde zurücksenden.
Auch wenn es abwegig erscheinen mag, ist das Konzept nicht allzu weit von der Realität entfernt. Und was würden wir mit dieser Art von Superteleskop erhalten? Wenn es beispielsweise auf Proxima b, den nächstgelegenen bekannten Exoplaneten, ausgerichtet wäre, würde es eine Auflösung von 1 Kilometer liefern. Wenn man bedenkt, dass die Pläne für die JWST-Nachfolger darauf abzielen, Exoplaneten so abzubilden, dass der gesamte Planet in einer Handvoll Pixeln Platz findet, stellt die solare Gravitationslinse diese Ideen in den Schatten. Sie ist in der Lage, ein exquisites Porträt der detaillierten Oberflächenmerkmale jedes Exoplaneten im Umkreis von 100 Lichtjahren zu liefern, ganz zu schweigen von all den anderen astronomischen Beobachtungen, die damit möglich wären.
Zu sagen, dies wäre besser als jedes bekannte Teleskop, ist eine Untertreibung. Es wäre besser als jedes Teleskop, das wir in den nächsten paar hundert Jahren bauen könnten. Das Teleskop existiert bereits – wir müssen nur noch eine Kamera in die richtige Position bringen.
