Für die menschlichen Augen ist der Nachthimmel ein Konfetti aus Sternen. Leistungsstarke Teleskope zeigen uns die entfernten Planeten und fernen Galaxien, die unsere kümmerlichen Netzhäute nicht sehen können. Aber selbst das Hubble-Weltraumteleskop kann nicht alles offenbaren, was da draußen ist. Viele Objekte - zum Beispiel die braunen Zwerge - sind zu kalt, um sichtbares Licht abzugeben, das nur einen winzigen Teil des elektromagnetischen Spektrums darstellt. Sie senden jedoch Energie in unsichtbarer Form aus: längere Wellenlängen, die als Infrarotstrahlung bezeichnet werden. Unglaublich heiße Objekte, wie massive explodierende Sterne, die Supernovae genannt werden, geben einen Großteil ihrer Energie in kürzeren Wellenlängen ab, die auch unsichtbar sind: Gammastrahlen und Röntgenstrahlen.
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Glücklicherweise verwandeln andere Teleskope diese Brillen in Bilder, die wir verstehen können. In den 1990er und frühen 2000er Jahren startete die NASA weltraumgestützte Teleskope, die sogenannten Great Observatories. Der erste und bekannteste, Hubble, ist auf sichtbares Licht spezialisiert. Weniger bekannte, aber ebenso wichtige Instrumente konzentrieren sich auf verschiedene Wellenlängen.
"Ziel war es, in jedem Teil des elektromagnetischen Spektrums ein Hauptteleskop zu haben", sagt Giovanni Fazio, Astrophysiker am Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. „Wenn Sie das Universum in verschiedenen Wellenlängen betrachten, erhalten Sie ein völlig anderes Bild. Sie sind alle Teile eines Puzzles. “
Nach Hubbles Start im Jahr 1990 folgten Compton (1991), bei dem Gammastrahlen beobachtet wurden, Chandra (1999), bei dem Röntgenstrahlen untersucht wurden, und Spitzer (2003), das Infrarot-Teleskop. Compton fiel im Jahr 2000 auf die Erde, zerfiel in der Atmosphäre und spritzte wie geplant in den Pazifischen Ozean. (Ein weiteres Weltraumteleskop, Fermi, ersetzte es im Jahr 2008.) Aber Spitzer und Chandra sind immer noch in Betrieb, lüften die Geheimnisse des Universums und übertreffen die Hoffnungen der Menschen, die sie erschaffen haben.
Die Bilder der Teleskope mit blinkenden neugeborenen Sternen und gefräßigen schwarzen Löchern setzen sich aus falschen Farben zusammen, die die Wissenschaftler den verschiedenen Wellenlängen zuordnen, die die Teleskope erkennen. Diese Bilder sind nicht nur mit Daten beladen, sondern auch einfach wunderbar anzusehen. Einige pulsieren mit Flamingorosa, Indigo und Safran und sind beinahe psychedelisch - eine floride Galaxie scheint Feuer zu spucken -, während andere an empfindliche natürliche Formen erinnern: Spinnennetze, Fensterscheibenfrost, Rauchschwaden. Einige haben eine fast spektrale Qualität, insbesondere „Die Hand Gottes“, Chandras Porträt eines jungen Pulsars, in dem gespenstisch blaue Finger den Himmel zu streicheln scheinen.
Die meisten Satellitenteleskope, einschließlich Hubble, kreisen um die Erde, aber Spitzer dreht sich um die Sonne und folgt der Erde in ihrer Umlaufbahn. So vermeidet Spitzer nicht nur die Erdatmosphäre, die die Sicht des Teleskops verdeckt, sondern auch die Hitze von Erde und Mond. Ein Vorrat an flüssigem Helium kühlte das Instrument zunächst fast auf den absoluten Nullpunkt - oder minus 459 Grad Fahrenheit, die niedrigstmögliche Temperatur -, damit die eigene Strahlung des Teleskops seine Messwerte nicht durcheinander brachte.
Spitzer betrachtet kühlere Teile des Universums. Infrarot ist mit Temperaturen von minus 450 bis plus 6.000 Grad verbunden, und während 6.000 Grad nicht kalt klingen mögen, sind Astronomen daran gewöhnt, Körper in Millionengraden aufzuzeichnen.
Das Teleskop hat Strahlung von Jupiter-ähnlichen Exoplaneten in engen Umlaufbahnen um andere Sterne entdeckt, und es hat braune Zwerge ausfindig gemacht, die - wenn sie, wie einige Wissenschaftler vermuten, ihre eigenen Mini-Sonnensysteme beherbergen - ein idealer Aufenthaltsort für das Leben sein könnten. Spitzer kann auch durch den erstickenden Staub in den Spiralarmen ferner Galaxien spähen, um zu sehen, wo Sterne geboren werden. Diese Beobachtungen können Einblicke in die Entstehung unseres eigenen Sonnensystems geben.
Die erstaunlichste Kraft des Teleskops ist möglicherweise seine Fähigkeit, das Universum in den Kinderschuhen zu betrachten. Tief in den Weltraum zu blicken ist dasselbe wie in die Zeit zurückzublicken, erklärt Fazio, der einen Teil von Spitzer entworfen hat. Während sich das 13, 7 Milliarden Jahre alte Universum ausdehnt, wird sichtbares Licht in infrarote Wellenlängen gestreckt, ein Phänomen, das als Rotverschiebung bekannt ist. Spitzer-Wissenschaftler konzentrierten sich auf Infrarotlicht und hofften zunächst, das Universum zu sehen, als es erst zwei Milliarden Jahre alt war - aber sie sind in der Zeit viel weiter zurückgegangen. "Jetzt können wir auf ein Alter von 700 Millionen Jahren zurückblicken", sagte Fazio vor etwa 13 Milliarden Jahren. Spitzers Beobachtungen deuten darauf hin, dass sich bereits Galaxien gebildet haben, als das Universum nur 400 bis 500 Millionen Jahre alt war, viel früher als vorher angenommen.
Chandra, das Röntgenteleskop, folgt einer elliptischen Umlaufbahn um die Erde und fliegt 200-mal höher als Hubble. Chandra ist spezialisiert auf gewalttätige Phänomene wie das Abschießen von Fackeln junger Sterne und die Explosion von Supernovas. „Was wir gerne wissen, ist, was im Inneren des Sterns vor der Explosion vor sich ging, was die Details der Explosion selbst sind und was nach der Explosion passiert“, sagt Harvey Tananbaum, Direktor des Chandra X- des Smithsonian Astrophysical Observatory. Ray Center.
Chandra untersucht auch Objekte mit extremen Gravitations- oder Magnetfeldern wie Neutronensterne und Schwarze Löcher. Einige Wissenschaftler erwarten, dass Chandra für die Erforschung der wenig verstandenen dunklen Materie und der dunklen Energie von entscheidender Bedeutung ist. Diese mysteriösen Kräfte machen den größten Teil des Materials im Universum aus. Das Teleskop hat aber auch Neues über bekanntere Sehenswürdigkeiten enthüllt: Saturns Ringe glitzern, wie sich herausstellt, mit Röntgenstrahlen.
Manchmal erzeugen Astronomen Bilder mit Daten von allen drei Teleskopen. Im Jahr 2009 erzielte das Trio eine beeindruckende Gesamtansicht des Kerns der Milchstraße. Hubble zeigte unzählige Sterne, Spitzer hielt strahlende Staubwolken fest und Chandra verfolgte die Röntgenemissionen von Material in der Nähe eines Schwarzen Lochs.
Teleskope können nicht ewig halten. Spitzer hat letztes Jahr kein Kühlmittel mehr, obwohl einige Teile noch kalt genug sind, um zu funktionieren, und das Teleskop hat begonnen, sich von der Erde zu entfernen. "Es wird traurig zu sehen, wie es geht", sagt Fazio. „Es war in den letzten 25 Jahren ein wichtiger Teil meines Lebens. Aber wir gewinnen immer noch Daten und suchen nach neuen Dingen. “2015 soll das Webb, ein neues Infrarot-Teleskop, das mehr als 58-mal so viel Licht wie Spitzer sammeln kann, dort ankommen, wo Spitzer aufhört.
Chandra funktioniert immer noch gut, und Wissenschaftler erwarten, dass das Instrument noch mindestens ein Jahrzehnt in Gebrauch sein wird. In vielleicht einem Jahrhundert wird das abgenutzte Teleskop wahrscheinlich zu nahe an die Erde rutschen und sich in der Atmosphäre verbrennen. Aber wir haben noch viel mehr aufschlussreiche Bilder, auf die wir uns freuen können.
Abigail Tucker ist Smithsonians Autorin.
Das Chandra-Röntgenobservatorium zeigte Gas, das durch Explosionen und durch ein Schwarzes Loch erhitzt wurde. (NASA / CXC / UMass / D. Wand et al.) 
Das Zentrum unserer Milchstraßengalaxie ist noch atemberaubender, wenn man es als Komposit betrachtet, das aus Daten von drei weltraumgestützten Instrumenten besteht, die für unterschiedliche Wellenlängen empfindlich sind. (NASA / CXC / UMass / D. Wand et al.) 
Das Spitzer-Weltraumteleskop sammelte Infrarotlicht und entdeckte Staubwolken. (NASA / JPL-Caltech / SSC / S. Stolovy) 
Das auf das nahe Infrarot abgestimmte Hubble-Weltraumteleskop enthüllte aktive Bereiche der Sternentstehung. (NASA / ESA / STScl / D. Wang et al.) 
Seit fast 12 Jahren beobachtet das Chandra-Weltraumteleskop die Röntgensignaturen von hochenergetischen Objekten. Der 150 Lichtjahre lange "Hand Gottes" -Nebel besteht aus heißem Gas, das von einem pulsierenden oder sich schnell drehenden Neutronenstern ausgestoßen wird. (NASA / CXC / SAO / P. Slane et al.) 
Die Spiralgalaxie NGC 4258 hat zwei gespenstisch blaue Arme, die Gase enthalten, die durch heftige Stoßwellen erhitzt werden, das Produkt von Partikeln, die aus einem Schwarzen Loch ausgestoßen werden. (NASA / CXC / Universität von Maryland / AS Wilson et al.) 
Chandra zeichnet sich dadurch aus, dass sie das Chaos einfängt. Ein astronomisches Merkmal namens Cas A in der Konstellation Cassiopeia ist eine Explosion von Trümmern, die sich mit einer Geschwindigkeit von mehreren Millionen Meilen pro Stunde ausdehnt. Es wurde von einer Supernova abgefeuert, die erst vor etwa 300 Jahren auf der Erde sichtbar wurde. (NASA / CXC / MIT / UMass Amherst, MD Stage et al.) 
Der Nebel M17, der hellste Teil des obigen Bildes, wurde 1764 vom Astronomen Charles Messier dokumentiert. Das Spitzer-Teleskop, das sich auf Infrarotstrahlung konzentriert, die von erhitztem Staub ausgeht, kann Strukturen erkennen, die mit dem Nebel verbunden sind. (NASA / JPL-Caltech / M. Povich (Penn State University)) 
Auf der Grundlage des links gezeigten Bildes glauben Astronomen, dass der Stern BP Psc einen anderen Stern oder Planeten ausschlachten kann, da ihm der Treibstoff ausgeht, wodurch seine rote Riesenphase verlängert wird (siehe Abbildung rechts). (NASA / CXC / RIT / J. Kastner et al., Optisch (UCO / Lick / STScl / M. Perrin et al.); Abbildung: NASA / CXC / M. Weiss) 
Bei einer Explosion entstand der Krebsnebel, eine spektakuläre Struktur, die die Wissenschaftler mithilfe der Chandra- und Spitzer-Teleskope immer noch zu verstehen versuchen. (NASA / CXC / SAO / F.Seward; Optisch: NASA / ESA / ASU / J.Hester & amp; A.Loll; Infrarot: NASA / JPL-Caltech / Univ. Minn. / R.Gehrz) 
Die RCW 49-Region ist die Heimat von mehr als 2.200 Sternen und eine dunkle und staubige Gegend. Dieses Bild wurde bei zwei verschiedenen Wellenlängen aufgenommen, um die erhitzten glühenden Gase hervorzuheben. (NASA / JPL-Caltech / E. Churchwell (Universität von Wisconsin - Madison)) 
Das Spitzer-Teleskop kann vom infraroten Himmel aus durch die Spiralarme ferner Galaxien schauen, um zu sehen, wo Sterne geboren werden. (NASA / JPL-Caltech) 
Röntgenaufnahmen von Chandra zeigen, dass der Cluster, der die Galaxie M87 umgibt, mit heißem Gas gefüllt ist. (NASA / CXC / KIPAC / N. Werner, E. Million et al.) 
Die „Schlange“ (oben links) befindet sich etwa 11.000 Lichtjahre entfernt im Sternbild Schütze und ist eine dicke Wolke, die groß genug ist, um Dutzende von Sonnensystemen zu verschlingen. (NASA / JPL-Caltech / S. Carey (SSC / Caltech)) 
Dieses vom Spitzer-Teleskop aufgenommene Bild fängt die Region W5 (6.500 Lichtjahre entfernt) ein, in der alle Stadien der Sternentstehung sichtbar sind. (NASA / JPL-Caltech / L. Allen und X. Koenig (Harvard-Smithsonian CfA)) 
Der Orionnebel ist ein weiterer Hotspot der Sternentstehung. Der Trapezhaufen, die hellen Flecken in der Mitte rechts, sind die heißesten Sterne in der Region. (NASA / JPL-Caltech / J. Stauffer (SSC / Caltech))
