Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie

SOFIA-Erstflug am 26. April 2007

Das Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie (Englisch:Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy) (SOFIA) ist ein fliegendes Teleskop, das die NASA gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) für Infrarotastronomie entwickelt hat. Dafür wurde an Bord einer umgebauten Boeing 747SP ein Spiegelteleskop installiert.

Projektbeschreibung

KAO und SOFIA, Ames Research Center 2008

SOFIA ist für eine Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt. Das Flugzeug wird vom Nasa-Ames-Research-Center in Moffett Field, Kalifornien betrieben. An drei bis vier Nächten pro Woche soll jeweils bis zu acht Stunden aus 12 bis 14 Kilometern Höhe beobachtet werden. Einmal jährlich soll SOFIA in Deutschland für zwei Wochen am Flughafen Stuttgart stationiert werden. SOFIA löst seinen Vorgänger, das Kuiper Airborne Observatory (KAO) ab, das von 1974 bis 1995 im Einsatz war. Infrarotteleskope, die auf Flugzeugen montiert werden, bringen verschiedene Vorteile mit sich. Einerseits fliegen sie oberhalb der Troposphäre, die einen Großteil der Infrarotstrahlung absorbiert. Andererseits sind die Kosten für die Wartung geringer, und verbesserte Technik kann leichter nachgerüstet werden als in Teleskopsatelliten. Außerdem beträgt die Betriebsdauer für flugzeugmontierte Teleskope 20 Jahre, im Gegensatz zu Teleskopsatelliten, bei denen der Heliumvorrat zur Kühlung nach wenigen Jahren erschöpft ist.^[1]

Stand des Projekts

Der Hauptspiegel vor der Beschichtung

Nach Gerüchten über die Einstellung des Projekts Anfang 2006 wurde von der NASA im Juli 2006 die Fortführung des Projekts offiziell bestätigt.^[2] Der erste Flug nach dem Umbau fand am 26. April 2007 in Waco statt.

Am 21. Mai 2007 taufte Erik Lindbergh (der Enkel von Charles Lindbergh) das Flugzeug erneut als Clipper Lindbergh. Der Stützpunkt des Flugzeuges wurde im Januar 2008 vom Dryden Flight Research Center zur Dryden Aircraft Operations Facility in Palmdale verlegt.^[3]

Der erste Testflug mit geöffneter Teleskoptür fand im Dezember 2009 statt^[4][5], der erste Testflug mit Einsatz des Teleskops, das sog. first light, am 26. Mai 2010.^[6][7]

Der erste wissenschaftliche Beobachtungsflug wurde vom 30. November bis 1. Dezember 2010 erfolgreich durchgeführt. SOFIA startete von der NASA Dryden Aircraft Operations Facility in Palmdale, Kalifornien und führte mit der Infrarotkamera (FORCAST – Faint Object InfraRed-CAmera for the SOFIA Telescope) Beobachtungen in Höhen von ca. 13 km durch.^[8][9] Beobachtungsziel war das Sternbild Orion.^[10] Die volle Funktionalität ist für 2014^[11] geplant; es sind dann etwa 160 Einsätze mit etwa 1000 Beobachtungsstunden jährlich geplant.^[12]

Das Flugzeug

SOFIA im Flug mit geöffneter Teleskoptür (18. Dezember 2009)

Als Träger des Teleskops dient eine Boeing 747SP, die einen kürzeren Rumpf, eine größere maximale Flughöhe und eine größere Reichweite als die Boeing 747-100/200 hat. Die Boeing 747SP kann so in 12–15 km Höhe über 99 % des Beobachtungen störenden Wasserdampfs hinwegfliegen.^[2] Die ausgewählte Maschine mit dem Kennzeichen N747NA absolvierte am 25. April 1977 als 306. gebaute B747 ihren Erstflug und wurde kurz darauf an ihren Besteller PanAm ausgeliefert. Im Mai 1977, zum 50. Jahrestag des ersten Alleinfluges über den Atlantik von Charles Lindbergh, taufte seine Witwe Anne Morrow Lindbergh das Flugzeug auf den Namen Clipper Lindbergh. Im Februar 1986 übernahm United Airlines die Maschine, für die sie bis Ende 1995 flog. Die NASA kaufte die B747 im Jahr 1997 und begann mit den Umbauten und Testflügen in Waco, Texas. Hinter der linken Tragfläche wurde eine Tür in den Rumpf geschnitten, die für den Betrieb geöffnet wird, um das Teleskop nach oben blicken zu lassen. Die Teleskopsektion ist durch ein Druckschott von der übrigen Kabine getrennt, in der neben der dreiköpfigen Cockpitcrew bis zu 15 Wissenschaftler, Techniker und Beobachter arbeiten.

Das Teleskop

Zeichnung der Teleskopkonstruktion

Im hinteren Rumpfbereich der B747SP ist ein von den deutschen Unternehmen MAN Technologie AG und Kayser-Threde hergestelltes Nasmyth-Teleskop eingebaut, konstruktiv eine Kombination aus einem Newton-Teleskop und einem Cassegrain-Teleskop. Wie bei letzterem werden die Strahlen vom konvexen Sekundärspiegel in Richtung Primärspiegel reflektiert, aber vor dessen Erreichen durch einen dritten plan geschliffenen Spiegel um 90° zur Seite gelenkt. Der letzte Abschnitt des Strahlengangs mit dem Brennpunkt (Nasmyth-Fokus) fällt mit der Neigungsachse des Teleskops und der Längsachse des Flugzeugs zusammen und ist daher stationär. So können die empfangenen Strahlen mehrere hintereinander angeordnete Messinstrumente durchlaufen. Für die Einstellung der richtigen Rektaszension sorgt im Wesentlichen der entsprechende Steuerkurs der Boeing.

Aufgrund der Einsatzhöhe über der Troposphäre ist eine Beobachtung in einem weiten Infrarotbereich von 0,3 µm bis 1600 µm möglich, der für bodengebundene Observatorien aufgrund von Absorptionen hauptsächlich durch in der Troposphäre enthaltenen Wasserdampf nur ausschnittsweise zugänglich ist, dem Infrarotfenster.

Der Hauptspiegel hat einen Durchmesser von 270 Zentimeter und eine – durch die Abschattung (Obstruktion) der beiden kleineren Spiegel – effektive Öffnung von 250 Zentimeter. Das mit Rahmen, Lagern und Zusatzinstrumenten rund 17 Tonnen schwere Teleskop wurde im Februar 2004 installiert und in der Nacht zum 19. August 2004 erstmals gen Himmel gerichtet. Dabei blieb das Flugzeug allerdings noch am Boden.

Literatur

• Wendy Whiting-Dolci: Milestones in Airborne Astronomy: From the 1920's to the Present. AIAA,World Aviation Congress, Anaheim 1997 online (PDF 3MB abgerufen 30. März 2009)

Weblinks

 Commons: Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• A. Krabbe, R. Titz, H.-P. Röser, SOFIA oder: Warum Astronomen in die Luft gehen, Sterne und Weltraum, 12/1999, S. 1052-1063
• SOFIA-Seite des DLR
• Deutsches SOFIA Institut
• solarsystem.nasa.gov: SOFIA (englisch)
• Raumfahrer.net SOFIA – Das fliegende Auge
• NASA Images
• Raumzeit Podcast des DLR und der ESA über SOFIA mit Alois Himmes, DLR Raumfahrtmanagement in Bonn

Einzelnachweise

1. ↑ Teleskop beobachtet Weltraum von Jumbojet aus Spiegel Online vom 27. Mai 2010, abgerufen am 27. Mai 2010
2. ↑ ^{a b} Harald Zaun: Jumbo-Phoenix aus der Asche. Telepolis, vom 5. November 2006, abgerufen am 27. Mai 2010
3. ↑ AIR International, August 2009, S.73
4. ↑ Beth Hagenauer, J.D. Harrington: NASA Flight Tests Unique Jumbo Jet with Opening in Side: Plane's Airborne Telescope Will Be Used to Study Cosmos. NASA, 18. Dezember 2009, abgerufen am 20. Dezember 2009. 
5. ↑ SOFIA macht Fortschritte – Deutschsprachiger Artikel auf Raumfahrer.net vom 26. Dezember 2009, abgerufen 27. Mai 2010
6. ↑ SOFIA sieht erstes Sternenlicht vom 26. Mai 2010, abgerufen am 27. Mai 2010
7. ↑ NASA’S Airborne Observatory Sees “First Light” in Flight sofia.usra.edu, 28. Mai 2010 (Abgerufen am 12. Juni 2010)
8. ↑ Erster Wissenschaftsflug der fliegenden Sternwarte SOFIA erfolgreich dlr.de, 1. Dezember 2010
9. ↑ NASA-German SOFIA Observatory Completes First Science Flight sofia.usra.edu, 1. Dezember, abgerufen am 4. Dezember 2010
10. ↑ SOFIA Image Gallery – Orion mid-IR image, abgerufen am 4. Dezember 2010
11. ↑ SOFIA Completes Closed-Door Test Flights vom 16. Januar 2008, abgerufen am 27. Mai 2010 (englisch)
12. ↑ SOFIA sieht erstes Sternenlicht. In: Raumfahrer.net. 26. Mai 2010, abgerufen am 30. Mai 2010.