50 Jahre Eso Leben im All? Europa ist dran

Vor fünfzig Jahren war das Universum noch „überschaubar“. Die moderne Astronomie steckte schließlich noch in den Kinderschuhen. Anfang der sechziger Jahre wurden die Diskussionen der Himmelsforscher von neu entdeckten rätselhaften Quasaren beherrscht - Strahlungsquellen, die eine auffällige Radiostrahlung aussandten, aber selbst mit dem damals größten Teleskop, dem 1948 auf dem kalifornischen Mount Palomar in Dienst gestellten Fünf-Meter-Spiegel, punktförmig wie ein Stern erschienen. Zu jener Zeit war die Erkenntnis, dass es neben unserer Milchstraße mit ihren ungezählten Sternen noch zahllose andere, eigenständige Galaxien gibt, gerade einmal ein halbes Jahrhundert alt, und die Entdeckung Edwin Hubbles, dass diese Galaxien sich alle voneinander entfernen und daher ein expandierendes Universum bevölkern, Ende der zwanziger Jahre lag auch noch nicht so lange zurück. Hubble hatte Galaxien bis in eine Entfernung von etwa drei Milliarden Lichtjahren untersucht. Zur Vermessung weiter entfernter Systeme reichte die Empfindlichkeit der ihm zur Verfügung stehenden Instrumente und Apparaturen nicht aus.

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Rätselhafte Radioquellen

Im Jahr 1962 hätten europäische Astronomen keine Chance gehabt, das Geheimnis der Quasare zu lüften oder auch nur einen nennenswerten Beitrag zu ihrer Entschleierung zu leisten. Zwar hatte die moderne Astronomie in Europa ihren Anfang genommen. Himmelsbeobachter diesseits des Atlantiks trieben bis zum ausgehenden 19. Jahrhundert die Entwicklung dieses Forschungszweiges voran und lieferten alle wesentlichen Beiträge zum damaligen Verständnis der Welt, in der wir leben. Aber die Erschließung des amerikanischen Südwestens mit seinen (astro)klimatisch deutlich besseren Gegebenheiten für Himmelsbeobachtungen und die Spendenbereitschaft einiger erfolgreicher und wohlhabender Geschäftsleute hatten in Kalifornien Observatorien entstehen lassen, die - ausgestattet mit Teleskopen zuvor ungeahnter Ausmaße - rasch zu neuen Zentren astronomischer Forschung heranwuchsen.

Europa greift zum Sternenhimmel

In dieser - schließlich auch noch durch den Zweiten Weltkrieg zusätzlich geschwächten - Forschungslandschaft entwickelte der niederländische Astronom Jan Hendrik Oort zusammen mit dem in den dreißiger Jahren nach Amerika ausgewanderten deutschen Forscherkollegen Walter Baade 1953 erste Ideen für eine europäische Forschungseinrichtung, die den Astronomen der „Alten Welt“ einen leistungs- und konkurrenzfähigen Zugang zum Sternhimmel über der Südhalbkugel der Erde ermöglichten sollte. Am Südhimmel - von Europa und den Vereinigten Staaten aus weitgehend unerreichbar - liegt das Zentrum der Milchstraße, befinden sich die beiden Magellanschen Wolken als kleine Nachbargalaxien unseres Systems, und dort vermuteten die Astronomen noch weitgehend unentdeckte Himmelsschätze.

Das Cern als Vorbild

Während die Teilchenphysiker, die ein paar Jahre früher auf die „europäische Karte“ gesetzt hatten, etwa zur gleichen Zeit schon die Gründung des nahe Genf gelegenen Forschungszentrums Cern feiern konnten, rangen sich die Verantwortlichen aus Politik und Wissenschaft erst neun Jahre später zu einem gemeinsamen „Griff nach den Sternen“ durch: Am 5. Oktober 1962 unterzeichneten Vertreter Belgiens, Deutschlands, Frankreichs, der Niederlande und Schwedens in Paris eine Konvention mit dem Ziel, ein Observatorium auf der Südhalbkugel der Erde zu errichten und zu betreiben. Es sollte mit einem Drei-Meter-Teleskop, einer großen Himmelskamera und bis zu vier kleineren Fernrohren sowie den dafür notwendigen Versorgungseinrichtungen, Gebäuden und Werkstätten ausgestattet werden. Otto Heckmann, zu jener Zeit Direktor der Hamburger Sternwarte, wurde zum ersten Generaldirektor der Europäischen Südsternwarte Eso berufen.

Erstes Fernrohr in den Anden

Vier Jahre später konnte das erste der vier „kleineren“ Instrumente, ein in den Niederlanden entwickeltes Ein-Meter-Teleskop, in einer zunächst provisorischen Kuppel seinen Betrieb aufnehmen. Zehn Jahre später empfing auch das angestrebte Großteleskop auf dem 2400 Meter hohen Andengipfel La Silla, rund 600 Kilometer nördlich der chilenischen Hauptstadt Santiago, sein „erstes Licht“. Statt des zunächst geplanten Drei-Meter-Spiegels war es sogar ein Fernrohr mit 3,6 Meter Durchmesser geworden, das in einer 28 Meter großen Kuppel Platz gefunden hatte. Auf der Südhalbkugel war dies immerhin das drittgrößte Teleskop. Damit konnte die europäische Aufholjagd beginnen.

Supernova im Blick

Im Frühjahr 1987 konnte die europäische Südsternwarte erstmals ihre kombinierte Stärke ausspielen: Ende Februar war in der Großen Magellanschen Wolke, einer der beiden kleineren Satellitengalaxien der Milchstraße, eine Supernova aufgeblitzt, das nächstgelegene Ereignis dieser Art seit der Erfindung des Fernrohrs. Wenig später wurden insgesamt 13 Teleskope mit der äquivalenten Auffangfläche eines 5,3-Meter-Spiegels auf die rund 170 000 Lichtjahre entfernten Überreste dieser Sternexplosion gerichtet, um das überraschende Ende eines ungewöhnlichen Sterns in allen Details zu erfassen. Auf früheren Aufnahmen der Region hatten die Astronomen der Eso rasch den Vorläuferstern identifizieren können. Nach der damals herrschenden Lehrmeinung hätte man diesen gar nicht als „gefährdet“ eingestuft.

Shoemaker Levy im Fokus

Im Sommer 1994 boten die Teleskope der Sternwarte zusammen mit dem damals gerade aufblühenden World Wide Web allen Interessierten einen Logenplatz bei einem weiteren astronomischen Highlight: Damals stürzten rund zwei Dutzend Trümmer des Kometen Shoemaker Levy 9 in die Atmosphäre des Jupiter. In Mitteleuropa und Nordamerika stand der Gasplanet nur tief über dem Horizont und verschwand bereits gut eine Stunde nach Einbruch der Dunkelheit von der Bildfläche. Für Beobachter im Norden Chiles zog er dagegen zur gleichen Zeit hoch über den Himmel und konnte dabei jeden Abend noch mehr als sechs Stunden lang verfolgt werden. Mitte der neunziger Jahre liefen die Bauarbeiten für eine Erweiterung der Kapazitäten bereits auf Hochtouren.

Schon 1987 hatte der Rat der Eso nach langen Vorüberlegungen beschlossen, die Erfolgsstory der Europäischen Südsternwarte fortzuschreiben und die Astronomen Europas mit dem größten Teleskop der Erde auszustatten. Es sollte auf dem 2600 Meter hohen Cerro Paranal, etwa 120 Kilometer südlich der chilenischen Hafenstadt Antofagasta, Platz finden - an einem Standort inmitten der Atacama-Wüste, der noch bessere Beobachtungsbedingungen bietet als La Silla. Das Very Large Telescope, kurz VLT, war als System aus vier Einzelspiegeln von jeweils 8,2 Meter Durchmesser konzipiert, die zusammen die Auffangfläche eines 16-Meter-Teleskops ergeben würden. Dabei war für die meiste Zeit die unabhängige Nutzung der einzelnen Fernrohre vorgesehen, doch würden auch kombinierte Parallelbeobachtungen mit einander ergänzenden Messinstrumenten möglich werden.

Aus vier macht eins

Die technisch größte Herausforderung aber war die Zusammenschaltung von zwei, drei oder allen vier Spiegeln. Deren einzelne Lichtbündel mussten über Verzögerungsstrecken so zusammengeführt werden, als wären sie zeitgleich von einem entsprechend großen Gesamtspiegel empfangen worden. Dieses als Interferometrie bezeichnetes Messverfahren liefert das Auflösungsvermögen - die Detailschärfe - eines Teleskops, dessen Durchmesser dem Abstand der einzelnen Fernrohre entspricht.

Für diese Zusammenschaltung der VLT-Teleskope ist ein möglichst „stabiler“ Lichteinfall des beobachteten Objekts von entscheidender Bedeutung. Dem steht allerdings die am Erdboden unvermeidliche Störwirkung der irdischen Atmosphäre entgegen, die das aus dem Weltall ankommende Licht auf den letzten Kilometern ziemlich durcheinanderwirbelt. In aller Regel beschränkt dieser als „Seeing“ bezeichnete Einfluss die Trennschärfe eines Teleskops auf eine halbe bis eine Bogensekunde; dabei könnte ein Acht-Meter-Spiegel ohne diese Luftunruhe ein mindestens zwanzigmal so gutes Auflösungsvermögen erzielen. Seit den neunziger Jahren haben die Teleskopbauer jedoch ein Gegenmittel entwickelt, das die Folgen der atmosphärischen Störung weitgehend reduzieren kann. Die Wunderwaffe heißt adaptive Optik und umfasst einen Bildanalysator, einen Hochleistungsrechner sowie einen flexiblen Spiegel, dessen exakte Form mehrere hundert Mal pro Sekunde so angepasst werden kann, dass er den auftreffenden Lichtstrahl nachträglich „glättet“. Man könnte dieses System auch als eine Art Bildstabilisator bezeichnet, nur dass die zu korrigierende Bildunruhe nicht durch das Wackeln des Teleskops selbst, sondern durch die Unruhe der Atmosphäre vor dem Teleskop ausgelöst wird.

Der erste Exoplanet

Inzwischen liefert das VLT seit mehr als einem Jahrzehnt exzellente Daten, die entscheidend zum Verständnis unseres Universums beigetragen haben. So ist es unter anderem gelungen, das exakte Alter des ältesten innerhalb der Milchstraße bekannten Sterns - es beläuft sich auf 13,2 Milliarden Jahre - zu bestimmen, das erste Foto eines um einen anderen Stern kreisenden Planeten, eines sogenannten Exoplaneten,  zu schießen und die unmittelbare Umgebung des Schwarzen Loches im Zentrum der Milchstraße mit zuvor unerreichter Präzision zu kartieren.

Doch die Forschung duldet keinen Stillstand, und so laufen mittlerweile die Vorbereitungen für ein noch größeres Teleskop auf Hochtouren. Zwar sind die notwendigen Finanzmittel in Höhe von etwa 1,1 Milliarden Euro von den Mitgliedsstaaten der Eso noch nicht vollständig zugesichert, doch ist der gegenwärtige Generaldirektor Tim de Zeeuw zuversichtlich, dass die Bewilligung nicht mehr lange dauern wird. Wenn er recht behält, könnte das Europäische Extremely Large Telescope (E-ELT) auf dem Cerro Armazones, rund 20 Kilometer östlich vom Cerro Paranal, in gut zehn Jahren zum ersten Mal Licht „vom Rande des Universums“ empfangen.

Noch großer und stärker

Mit einem Spiegeldurchmesser von rund 39 Metern kann es fast fünfundzwanzigmal so viel Licht aufsammeln wie jedes der vier Acht-Meter-Teleskope des VLT für sich oder sechsmal so viel wie alle vier zusammen. Ein Spiegel dieser Größe lässt sich nicht mehr aus einem Glasblock fertigen: Hier muss auch die Eso auf die - erstmals zur Herstellung der amerikanischen 10-Meter-Keck-Teleskope auf Hawaii in großem Maßstab genutzte - Technik der Facettenoptik zurückgreifen. Vorgesehen ist ein Areal aus 798 aktiv in Form gehaltenen Sechseckspiegeln, die - bei einem Durchmesser von 1,4 Metern jeweils nur fünf Zentimeter dick - wabenförmig zusammengefügt werden. Das insgesamt rund 2700 Tonnen schwere Teleskop wird tagsüber durch eine halbkugelförmigen Kuppel von 86 Meter Durchmesser geschützt und kann in der Nacht mit hoher Genauigkeit auf jeden Punkt des Himmels ausgerichtet werden

Antennenfeld in 5000 Meter Höhe

Zu den fünf Gründungsmitgliedern der Eso haben sich inzwischen neun weitere europäische Länder gesellt, und das Beitrittsabkommen Brasiliens muss nur noch vom nationalen Parlament ratifiziert werden. Aber die stetige Erweiterung blieb nicht nur auf die Organisation beschränkt, sondern hat auch den Wirkungsbereich der Eso erfasst. Seit Anfang 2000 entsteht auf dem in rund 5000 Metern Höhe gelegenen Llano de Chajnantor unter maßgeblicher Beteiligung der Eso ein riesiges Antennenfeld, das einmal die größte Empfangsanlage für Millimeter- und Submillimeterwellen aus dem Kosmos bilden wird. Diese extrem kurzwellige Radiostrahlung, die von sehr kalten Regionen im Universum stammt, wird normalerweise vom Wasserdampf in der Erdatmosphäre verschluckt und kann daher nur in extrem trockenen Gegenden beobachtet werden. Neben der Südsternwarte sind die Vereinigten Staaten und Japan an diesem Projekt beteiligt.

Die Suche nach Leben

Messungen mit einem vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie initiierten Pathfinder-Experiment, das eine Musterantenne des Gesamtsystems nutzt, lassen schon seit einigen Jahren das Potential an neuen Erkenntnissen erahnen, das sich hinter diesem noch weitgehend verschlossenen Fenster zum Universum verbirgt. Mit Alma, dem Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array, werden die Wissenschaftler nicht nur den Prozess der Sternentstehung weiter entschlüsseln, sondern auch die Entstehung von Planeten beobachten können. Und das E-ELT dürfte dann in der Lage sein, Planeten um ferne Sterne auch spektroskopisch zu erfassen, um dort nach Anzeichen möglicher Lebensformen zu suchen. Wenn daher in nicht allzu ferner Zukunft die oft gestellte Frage „Gibt es auch anderswo Leben im Universum?“ durch astronomische Beobachtungen beantwortet werden kann, dürfte diese Antwort von europäischen Forschern kommen.