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...