Radioteleskope rund um den Globus versorgen Wissenschaftler seit fast einem Jahrhundert mit Daten über astronomische Phänomene. Wir haben sogar Teleskope gebaut und in die Umlaufbahn geschickt, von denen das jüngste – das James Webb Space Telescope (JWST) – Astronomen völlig neue Erkenntnisse über die Entstehung früher Galaxien, Nebel, in denen Sterne geboren werden, und die chemische Zusammensetzung geliefert hat von Atmosphären neu entdeckter Welten.
Aber die Wissenschaft hört nicht auf. Astronomen haben sich gefragt, wie die nächste Generation von Teleskopen aussehen sollte und, was vielleicht noch interessanter ist, wo sie gebaut werden sollten.
Könnten wir jemals Mondteleskope haben?
Eine Idee immer beliebter Unter Forschern geht es darum, die nächste Generation von Teleskopen auf dem Mond zu bauen. Doch welche Vorteile würden Observatorien auf dem Mond bringen? Und was sind die praktischen Einschränkungen, wenn man dies tatsächlich tut?
Auf der Erde haben wir eine Atmosphäre. Dies ist problematisch, wenn Sie möglichst klare Bilder des Weltraums aufnehmen möchten. Die Erde bietet jedoch den Boden für den Bau großer astronomischer Strukturen. Mit Teleskopen mit großer Oberfläche können wir ein breiteres Spektrum an Wellen im elektromagnetischen Spektrum erfassen, und das ist gut, wenn Sie eine Vielzahl astronomischer Phänomene untersuchen möchten.
„Die optischen Teleskope auf der Erde sind 8, 10 und bis zu 39 Meter (im Bau) groß, aber ihre Reichweite ist begrenzt Nutzung durch die Wetterbedingungen, in der Bildauflösung, durch die atmosphärischen Turbulenzen“, sagt der Astronom Jean-Pierre Maillard vom Institut für Astrophysik in Paris und wer hat Vorschläge gemacht für mondbasierte Observatorien.
Astrophysiker haben einige der Probleme, die eine Atmosphäre verursacht, um gute Beobachtungen zu ermöglichen, indem sie Teleskope in den Weltraum geschickt haben. Dort haben wir in alle Himmelsrichtungen einen unverfälschten Blick auf den Himmel. Der Einsatz von Teleskopen im Weltraum bringt jedoch neue Einschränkungen mit sich.
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Wie groß sind Teleskope im Weltraum?
Teleskope im Weltraum können nicht so groß sein wie die, die wir auf der Erdoberfläche bauen, weil sie eine bestimmte Nutzlast aufnehmen müssen und anfällig für Weltraummüll sein könnten. Einige Teleskope, die im Infrarotbereich beobachten, benötigen außerdem Kühlflüssigkeit – sonst würden sie zu viel von ihrer eigenen Infrarotstrahlung abgeben und die Bilder ruinieren. Diese Flüssigkeit kann auch verdunsten oder auslaufen. Außerdem sind weltraumgestützte Teleskope schwer zugänglich, wenn Reparaturen oder Modifikationen erforderlich sind.
Theoretisch könnte ein mondbasiertes Teleskop so groß sein wie die, die wir auf der Erde haben, und Astronomen müssten keine Atmosphäre herausfiltern, um den Kosmos zu betrachten. Es wäre jedoch schwierig, das Teleskop zum Mond zu bringen, da dafür Frachtträger erforderlich wären.
„Um die Station an den entsprechenden Standort zu transportieren, ist ein Rover erforderlich, der groß genug ist. Außerdem muss eine permanente Energiequelle verfügbar sein, um das Teleskop aufzustellen und zu betreiben“, sagt Maillard.
Laut Maillard verfügen die Mondpole über permanent beschattete Regionen (PSRs) innerhalb der Einschlagskrater, die als potenzielle Standorte für ein großes Teleskop dienen könnten – Standorte, die kalt genug bleiben, um Infrarotbeobachtungen zu ermöglichen, ohne dass ein Kühlmittel erforderlich ist.
Einige PSRs sind bis zu 18 Kelvin (ungefähr -427 Grad Fahrenheit) kalt. Laut Maillard könnten diese Temperaturen die nötige passive Kühlung für ein Infrarot-Teleskop bieten. Dies ist eine noch kältere Region als die JWST-Erfahrungen.
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Warum sind mondbasierte Observatorien besser?
Wie würde also ein mondbasiertes Observatorium unser bereits vorhandenes Beobachtungspotenzial verbessern?
Durch die Erhöhung der Empfindlichkeit der spektralen Abdeckung wäre ein mondbasiertes Observatorium – in Maillards Vorschlag – ein 13-Meter-Teleskop mit mehreren Segmenten und würde Astronomen Zugang zum fernen Infrarot ermöglichen.
„Durch seinen vollen Durchmesser (das Vierfache der JWST-Sammelfläche) wird es im gemeinsamen Spektralbereich doppelt so empfindlich sein […] bietet eine doppelt so gute Bildauflösung. Aber […] „Es wäre ein völlig neues Werkzeug, da bisher kein Weltraumteleskop für das ferne Infrarot einen vergleichbaren Durchmesser hatte“, sagt Maillard.
Das ferne Infrarot ist ein begehrter Beobachtungsbereich des elektromagnetischen Spektrums, da Astronomen hier Zugang zu den frühesten Stadien der Galaxienentstehung im primitiven Universum haben.
Da diese Galaxien so weit entfernt sind und sich das Universum aufgrund der dunklen Energie ausdehnt, haben sich die elektromagnetischen Emissionen dieser frühen Galaxien rotverschoben bis hin zu den fernen Infrarotbereichen des elektromagnetischen Spektrums. Der Zugang zu ihnen durch Beobachtungen würde Astronomen und Kosmologen unschätzbare Daten darüber liefern, wie sich die ersten Galaxien und Sterne bildeten – einen Einblick in unsere kosmische Morgendämmerung.
Derzeit haben NASA und ESA keine konkreten Pläne, ein solches Observatorium auf dem Mond zu bauen. Aber da Wissenschaftler beginnen, dort eine größere Präsenz aufzubauen, beispielsweise durch die bevorstehende Artemis-Mission, ist es möglich, dass solche Projekte in Zukunft realisierbar werden – was für Astronomen und diejenigen von uns, die sich für unsere kosmischen Ursprünge interessieren, sehr zur Freude wäre.
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