Wer oder was ist SOFIA?

Sofia, das ist ein Mädchenname. Sofia ist aber auch die Hauptstadt

von Bulgarien. Wenn wir von Sofia sprechen, meinen wir aber etwas

ganz anderes! Sofia ist nämlich eine Abkürzung, und deshalb

schreiben wir auch SOFIA.

SOFIA, das bedeutet StratosphärenObservatorium für Infrarot

Astronomie. Hört sich das etwas kompliziert an? Dann wollen wir

einmal versuchen, das zu erklären.

Beginnen wir einfach mit dem ersten Wort. Was ist eine

Stratosphäre? Über der Erdoberfläche befindet sich Luft. Wir

sprechen auch von der Lufthülle oder Atmosphäre der Erde. Diese

Atmosphäre hat verschiedene Schichten. Im Bild unten siehst du, wie

diese Schichten heißen und in wie vielen Kilometern Höhe sie sich

befinden.

http://www.gerstel.de/de/GA47_Atmossphaere-Aufbau.htm

Die unterste Schicht der Erde heißt "Troposphäre" und darüber

kommt die "Stratosphäre". Weil das S in SOFIA für "Stratosphäre"

steht, ist SOFIA also etwas, das sich in dieser Höhe befindet.

Tatsächlich ist SOFIA ein ganz besonderes Flugzeug, nämlich eine

umgebaute Boeing 747SP, welches in der Stratosphäre fliegt, meist in

ca. 13 Kilometern Höhe.

Warum aber sprechen wir von einem

"Observatorium", also dem Ob in SOFIA?

Ein Observatorium ist ein Ort oder ein

Gebäude, von dem aus man beobachtet.

Also zum Beispiel eine Sternwarte, von

der aus man den Weltraum beobachten

kann. Die meisten Sternwarten sind

Gebäude, die auf dem Erdboden stehen. SOFIA aber ist eine fliegende

Sternwarte, weil in ihr ein Teleskop (Fernrohr) eingebaut ist. Deshalb

ist SOFIA ein Observatorium. Auf dem nächsten Bild siehst du SOFIA.

Ganz hinten ist eine große Luke geöffnet, hinter welcher sich das

Teleskop befindet.

Das F in SOFIA steht für das Wörtchen "für". Das müssen wir

vermutlich nicht erklären. Aber was bedeutet "Infrarot", also das I in

SOFIA?

https://de.wikipedia.org/wiki/Canada-France-Hawaii_Telescope

Wir sehen mit unseren Augen. Dabei sehen wir das Licht, das in unser

Auge fällt. Licht nennen wir manchmal auch "Strahlung". Schließlich

sind es ja Lichtstrahlen. Aber es gibt auch Strahlen, die unser Auge

nicht sehen kann. Das ist so ähnlich wie bei Tönen. Sehr hohe oder

sehr tiefe Töne können wir Menschen nicht mehr hören. Manche

Tiere dagegen schon. So ist es auch bei der Strahlung. Wir Menschen

sehen nur einen kleinen Teil der Strahlen.

https://www.sofatutor.com/physik/videos/elektromagnetische-welle-spektrum

Auf dem Bild oben siehst du in der Mitte die für uns sichtbaren

Farben. Links und rechts davon siehst du unsichtbare Arten der

Strahlung. Dazu gehört zum Beispiel die UV-Strahlung, welche einen

Sonnenbrand verursachen kann. Oder die Radiowellen, welche dein

Handy nutzt. Oder die Röntgenstrahlen, welche du vielleicht von

einem Arzt kennst. Oder die Mikrowellen, die wir in unserer Küche

nutzen. Direkt neben dem sichtbaren Licht befindet sich aber auch

die Infrarotstrahlung. Infrarot ist also eine Art von Strahlung, die wir

mit unserem menschlichen Auge nicht sehen können.

Mit speziellen Kameras können wir die Infrarotstrahlung aber

sichtbar machen. Die Kamera in deinem Handy sieht zum Beispiel

einen Teil der Infrarotstrahlung. Das kannst du in einem kleinen

Experiment testen. Das kleine Lämpchen einer Fernbedienung gibt

nämlich Infrarotstrahlung ab. Halte das Lämpchen vor die Kamera

deines Handys und drücke verschiedene Tasten auf der

Fernbedienung. Du siehst plötzlich unsichtbare Strahlung mithilfe

deines Handys!

Jetzt kannst du sogar ein weiteres Experiment durchführen. bringe

zwischen die Fernbedienung und deine Kamera zum Beispiel eine

schwarze Folie oder eine Flasche Cola. Dabei erkennst du eine

besondere Eigenschaft der Infrarotstrahlung. Sie dringt nämlich durch

diese Hindernisse hindurch! Dies ist - wie wir gleich sehen werden -

sehr wichtig!

Es gibt aber leider etwas, durch das die Infrarotstrahlung nicht

hindurch kommt. Und das ist Wasser und Wasserdampf. Teste das

mit diesem Experiment: Bringe Wasser zwischen eine Infrarotlampe

und deine Hand. Über und neben dem Wasser spürst du die

Strahlung als Wärme. Hinter dem Wasser kommt jedoch nichts an.

Für die Astronomen ist das ein echtes Problem. Und jetzt sind wir

schon beim A in SOFIA, der Astronomie. Die Astronomie ist eine

Wissenschaft, die sich mit dem Weltall beschäftigt. Also mit den

Sternen und Planeten zum Beispiel. Gerne möchten die Astronomen

die Infrarotstrahlung beobachten, die uns aus dem Weltraum

erreicht. Dummerweise kommt diese aber nicht durch Wasserdampf

hindurch und Wasserdampf befindet sich überall in der Luft. Es gibt

also nur eine Möglichkeit: Man muss es schaffen, so hoch zu fliegen,

dass man sich über dem Wasserdampf befindet. Genau aus diesem

Grund fliegt SOFIA auch so hoch in der Stratosphäre!

Bild: Infarot-Satellit HERSCHEL, https://www.dlr.de/rd/desktopdefault.aspx/tabid-2448/3635_read-5477/

Natürlich könnte man auch einen Satelliten bauen, der noch höher

fliegt. Der hätte aber zwei Nachteile. Erstens müsste dieser ständig

gekühlt werden. Das Kühlmittel geht meistens nach 2-3 Jahren zu

Ende und der Satellit wäre dann nutzlos. Außerdem dauert es oft

über 10 Jahre, bis ein Satellit fertig gebaut und gestartet ist. In dieser

Zeit entwickelt sich die Technik weiter. Es gibt zum Beispiel immer

bessere Kameras, sodass die Technik in Satelliten immer schon

veraltet ist. Weil SOFIA aber immer wieder landet, kann man bei ihr

sowohl das Kühlmittel austauschen als auch immer neuere und

bessere Instrumente einbauen!

Aber warum wollen die Astronomen eigentlich unbedingt die

Infrarotstrahlung aus dem Weltraum beobachten?

Das hat eigentlich zwei Gründe!

1) Die Astronomen interessiert, wie Sterne - also Sonnen - entstehen.

Wir wissen, dass Sterne zu Beginn ihres Lebens noch nicht so heiß

sind wie unsere Sonne. Deshalb geben sie auch noch kein sichtbares

Licht ab. Kalte Objekte wie junge Sterne strahlen aber im Bereich des

Infrarot. Wenn man also kühle Objekte im Weltraum beobachten will

- und davon gibt es sehr viele - benötigt man dazu die

Infrarotstrahlung.

2) Viele Objekte befinden sich hinter Wolken aus Staub. Staubwolken

gibt es in unserer Milchstraße viele. Diese lassen das sichtbare Licht

nicht hindurch. So, wie das Cola in deinem Versuch. Infrarotstrahlung

durchdringt jedoch diese Staubwolken. Wenn wir das Universum im

Infrarot beobachten, sehen wir oftmals also viel weiter. Wir sehen

zum Beispiel bis zur Mitte unserer eigenen Galaxis (Milchstraße), wo

sich ein schwarzes Loch befindet. Außerdem sind gerade auch junge

Sterne immer von einer Staubwolke umgeben. Mit einem

Infrarotteleskop sehen wir in diese Wolken hinein.

Rechts siehst du eine Aufnahme im sichtbaren Licht. Eine Staubwolke

schluckt das Licht der Sterne dahinter. Rechts sehen wir die Wolke im

Infrarot. Wir blicken durch sie hindurch.

http://www.spitzer.caltech.edu/images/1328-ssc2004-20a-The-Starless-Core-that-Isn-t

Und hier siehst du ein Bild vom Zentrum unserer eigenen Galaxis:

https://news.softpedia.com/news/Massive-Dust-and-Gas-Ring-Found-Around-Sagittarius-A-432426.shtml

Im sichtbaren Licht könnten wir dies nicht sehen. Wir sehen hier, wie

Sterne und jede Menge strahlendes Gas um etwas kreisen, was wir

selbst aber nicht sehen können. Dies ist das Schwarze Loch im

Zentrum unserer Galaxis, welches man auch mithilfe von SOFIA

indirekt beobachten kann!

Übrigens hat SOFIA noch einen Vorteil. Viele besondere

astronomische Ereignisse kann man nur von bestimmten Orten der

Erde aus beobachten. Im Gegensatz zu einer normalen Sternwarte

hat SOFIA die Möglichkeit, zu diesen Orten zu fliegen und zum

richtigen Zeitpunkt am richtigen Ort zu sein.

Dabei kann man sich vorstellen, dass es technisch gar nicht so einfach

ist, so etwas wie SOFIA zu bauen. Bist du schon einmal geflogen?

Dann weißt du, dass es in einem Flieger immer etwas wackelt.

Manchmal stark. Manchmal so schwach, dass man es kaum spurt. Die

Vergrößerung des Teleskops in SOFIA ist aber so hoch, dass das

Flugzeug nicht wackeln darf. Wie schafft man das? Die Antwort ist

einfach: Überhaupt nicht!

Ein Flugzeug wackelt immer. Deshalb ist das Teleskop, welches du im

nächsten Bild siehst, auf eine ganz besondere Basis gebaut.

https://www.dw.com/de/sofias-infrarotblick-ins-all/a-15392275

Die Lagerung des Teleskops wurde in Deutschland entwickelt und

gebaut. Deshalb ist SOFIA auch ein Projekt der amerikanischen

Weltraumbehörde NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und

Raumfahrt DLR. Die besondere und technisch sehr aufwändige

Lagerung des Teleskops gleicht fast alle Schwingungen und

Turbulenzen aus, sodass man fast immer ein scharfes Bild bekommt.

Bei sehr heftigen Turbulenzen kann es aber auch vorkommen, dass

eine Beobachtung nicht möglich ist. Für die Wissenschaftler ist dies

natürlich oft bitter, weil sie dann auf eine neue Gelegenheit warten

müssen. Achja: Wer fliegt eigentlich an Bord von SOFIA mit? Zur Crew

gehören natürlich zwei Piloten, meist Testpiloten des amerikanischen

Militärs. Außerdem befinden sich an Bord von SOFIA die

Wissenschaftler und verschiedene Techniker, welche das Teleskop

und die Instrumente bedienen und überwachen. So sind in der Regel

meist rund 15 Personen an Bord. Manchmal erhalten auch Lehrer die

Möglichkeit, bei SOFIA mitzufliegen...