19. August 1999, Chandra-Röntgenobservatorium von Smithsonian in Cambridge, Massachusetts: ein großer Raum voller Computer, Überwachungsgeräte und ängstlicher Wissenschaftler. Sie waren besorgt, denn nach vielen Jahren harter Arbeit, nach zwei geschrubbten Starts und einem Beinahe-Abbruch, nach sieben Booster-Raketenschüssen, die die empfindliche Maschinerie auf und ab trieben, war ihr Röntgenteleskop endlich in der Umlaufbahn und bereit sich zu öffnen Geschäft.
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- Weitsichtig
"Es war eine ziemliche Szene", erinnerte sich Leon van Speybroeck, einer der Männer, die es dort hinlegten. „Der Start erfolgte mit dem Columbia Space Shuttle, das die größte Nutzlast aller Zeiten transportierte. Jetzt, einen Monat später, waren wir bereit. Also haben wir die Computerbefehle gesendet und gewartet. Erstaunlicherweise explodierte unser pyrotechnisches Gerät in einer Entfernung von 130.000 Kilometern - es war wie ein M-80-Kracher. Es öffnete die 120-Pfund-Tür des Raumschiffs - genau wie geplant. “
Zum ersten Mal strahlten kosmische Röntgenstrahlen auf die empfindlichen Spiegel des kostbaren Teleskops. Die Wissenschaftler auf der Erde, die das Ereignis verfolgten, zogen ihre Kopfhörer ab und stürmten in den Bildraum. 45 Minuten lang warteten alle darauf, ob sie ein Bild vom Teleskop bekämen oder ob das ganze Projekt mit „einem Eimer Glasscherben“ enden würde, wie van Speybroeck es ausdrückte.
Dann kündigte ein Wissenschaftler in der klassischen monotonen Form des Grabes im Weltraumzeitalter an: „Wir bekommen Photonen.“
Zuerst nur ein Punkt auf dem Bildschirm - Photonen sind winzige Lichteinheiten - dann noch einer und noch einer. Allmählich entstand ein Bild einer fernen Galaxie.
Mehr als 23 Jahre in der Produktion, hauptsächlich am Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, das zum Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics gehört und nach dem verstorbenen Nobelpreisträger Subrahmanyan Chandrasekhar benannt wurde, verblüfften die ersten Bilder des Chandra-Teleskops die hoch entwickelten Weltraumbeobachter.
Das erste offizielle Chandra-Bild zeigt die Folgen einer gewaltigen Sternexplosion in Cassiopeia A, einer Supernova, die 10.000 Lichtjahre entfernt ist, mit einer solchen Klarheit, dass ein Neutronenstern oder ein Schwarzes Loch in seiner Mitte sichtbar zu sein scheint.
"Wir sehen die Kollision der Trümmer vom explodierten Stern mit der Materie um ihn herum", beschrieb Zentrumsdirektor Harvey Tananbaum das Bild. "Wir sehen Schockwellen, die mit Millionen von Meilen pro Stunde in den interstellaren Raum rasen, und zum ersten Mal einen hellen Punkt in der Nähe der Mitte des Überrests, der möglicherweise ein zusammengebrochener Stern sein könnte."
Ein weiteres frühes Röntgenbild, das Chandras Kraft und Potenzial demonstrierte, kam aus einem sechs Milliarden Lichtjahre entfernten Quasar. Von Wissenschaftlern PKS 0637-752 genannt, strahlt es mit der Kraft von zehn Billionen Sonnen. Als Ergänzung zum Hubble-Weltraumteleskop, einem weiteren großen Weltraumobservatorium, das jetzt die Erde umkreist, sollte Chandra es Wissenschaftlern ermöglichen, einige der großen Geheimnisse des Universums zu analysieren. Seit mehr als einem Jahr überträgt das Röntgenteleskop einen Strom von Bildern, die die wissenschaftliche Gemeinschaft begeistert und herausgefordert haben.
Zum Beispiel hat Chandras Beobachtung von Schütze A *, einer Quelle von Radiowellen im Kern der Milchstraße, die von Wissenschaftlern als von einem Schwarzen Loch angetrieben wird, das 2, 6 Millionen Mal so groß ist wie die Masse unserer Sonne, letzten Winter für Aufsehen gesorgt. Mit der bemerkenswerten Entdeckung einer Röntgenquelle aus Sag A * sind Astronomen der Aufklärung des Rätsels um das supermassereiche Schwarze Loch näher als je zuvor.
Chandras hochauflösende Bilder werden uns sicherlich neue Einblicke in Schwarze Löcher geben, die Raumeinheiten sind, die so dicht sind, dass nichts, was sich wagt, ihrer Schwerkraft entgehen kann, nicht einmal Licht. Chandras Fähigkeit, Partikel bis zur letzten Millisekunde zu untersuchen, bevor sie außer Sichtweite geraten, ermöglicht es Astronomen, die Gravitationstheorie unter extremsten Bedingungen zu untersuchen.
Das Chandra X-ray Center von Smithsonian betreibt das weltraumgestützte Observatorium unter Vertrag mit dem Marshall Space Flight Center der NASA in Alabama. Bei meinem Besuch im Smithsonian Center in Cambridge brauchte ich viel Hilfe. Wallace Tucker, Astrophysiker und Chandra-Sprecher, war in der Lage, mich so gut wie möglich zu unterhalten.
Röntgenstrahlen befinden sich am kurzen Ende des Lichtwellenspektrums. Optische Teleskope können mit Sternen umgehen, die Zehntausende von Grad Wärme ausstrahlen, aber Röntgenteleskope ( Smithsonian, Juli 1998) können gasförmige Objekte bis zu mehreren hundert Millionen Grad beobachten.
Eine Welle mit solch einer fantastisch hohen Energie ist extrem schwer zu fokussieren oder zu lenken. Wenn Sie ein herkömmliches Teleskop davor stellen, wird die Welle einfach absorbiert.
Aber, unterbrach ich, was ist mit meinen Röntgenaufnahmen im Krankenhaus? Ah, antwortete Tucker, diese Bilder sind nur Schatten. Da die Knochen dichter als das Fleisch sind, machen sie einen tieferen Schatten, wenn die Röntgenstrahlen durch Ihren gesamten Körper fließen.
"Außerdem", fügte er hinzu, "sprechen wir über viel größere Entfernungen und feinere Bilder. Als würde man einen Cent aus einer Entfernung von vier Meilen betrachten. “
Die Lösung für das Richten der Wellen bestand darin, einen Spiegel zu entwerfen, der die Strahlen in einem extrem flachen Winkel reflektiert, so dass sie abprallen und nicht absorbiert werden, wie Steine auf dem Wasser springen. Dann könnten sie auf einen elektronischen Detektor gerichtet, gespeichert und später an das Chandra-Zentrum übertragen werden.
Während optische Teleskopspiegel Schalen sind, die die schwachen Strahlen aus dem Weltraum fokussieren, sind Chandras Spiegel tonnenförmig. Vier Paare von ihnen sind wie russische Puppen verschachtelt, um eine größere Fläche für die Röntgenstrahlen zu schaffen.
Es war keine neue Idee. Hans Wolter erledigte 1952 in Deutschland die grundlegende Entwurfsarbeit, eine geometrische Erfindung auf Papier. In den 1970er Jahren gelang es Riccardo Giacconi, das Prinzip erfolgreich an die Röntgenastronomie anzupassen. Giacconi ging in den 1980er Jahren zu anderen Eroberungen über, insbesondere zur direkten Arbeit am Hubble-Weltraumteleskop, aber sein Team machte hier weiter. Natürlich haben eine große Anzahl brillanter Leute Chandra erfunden, aber ich glaube nicht, dass die Person, die für die einzigartigen Spiegel verantwortlich ist, der weltbeste Experte für ihr Design, Leon van Speybroeck, der offizielle Chandra-Teleskopwissenschaftler, ist, ein MIT-Absolvent aus Wichita, Kansas, der seit den frühen 1970er Jahren bei Smithsonian arbeitet.
"Giacconi hatte die Idee in den 1960er Jahren", bemerkte Tucker, "aber die NASA war skeptisch. Die Chandra-Spiegel sind ein Höhepunkt in Leons Karriere. “Wir sprechen von einem Spiegel, der so glatt ist, dass der Pikes Peak im Bundesstaat Colorado weniger als einen Zentimeter hoch wäre. Wir sprechen von Glätte innerhalb weniger Atome, Glätte, die in ihrer Perfektion praktisch mathematisch ist. Die Spiegel haben einen Durchmesser von zwei bis vier Fuß, sind fast drei Fuß lang und wiegen mehr als eine Tonne.
"Sie mussten spezielle Strukturen herstellen, nur um diese Spiegel zu bauen", sagte mir Tucker. „Sie haben die Welt nach Pulver durchsucht. Schließlich hat ein Mann aus Tennessee eine Ceroxidverbindung entwickelt, die mit einem Baumsaftextrakt aus der Schweiz gemischt wurde. “
Und zart: Berühren Sie die Oberfläche und Fett von Ihren Fingerspitzen könnte es ruinieren. Stellen Sie sich vor, Sie bauen diese Spiegel nicht nur, sondern richten sie präzise aus, und zwar so fest, dass der Schock, in den Weltraum geschleudert zu werden, sie nicht aus dem Gleichgewicht bringt.
Ich habe ein Farbfoto von Cassiopeia A studiert, und es war schwierig, das Bild mit den ersten Punkten zu verknüpfen, die auf der Platte erschienen. Das Portrait zu erstellen ist ein mühsamer Prozess, die ultimative pointillistische Kunst.
"Wir erfassen die Photonen nacheinander und verfolgen, wann sie gefunden wurden, wo und wie viel Energie sich in ihnen befand", sagte mir Tucker.
Und was ist mit der Kamera, die diese erstaunlichen Sehenswürdigkeiten aufzeichnet? Es gibt zwei davon, eine hochauflösende, von Smithson'schen Wissenschaftlern entworfene, mit 69 Millionen Glasröhren in einem Raster, um die genaue Position und Ankunftszeit jedes Röntgenstrahls zu bestimmen, und ein Bildgebungsspektrometer, eine spezielle digitalähnliche Kamera, deren zehn Röntgenempfindliche Chips enthalten jeweils eine Million Pixel, um die Position und Energie der Strahlen aufzuzeichnen. Zwei spezielle Screening-Geräte zerstreuen die Strahlen in einem energiereichen Regenbogen, ähnlich einem Spektroskop mit Tausenden unterschiedlicher Farben, um die Chemie ihrer Himmelsquelle zu untersuchen.
"Die Deep Space Network-Stationen der NASA in Australien, Spanien und Kalifornien senden uns die Daten", fuhr Tucker fort. „Und wir senden alle 72 Stunden Informationen zurück, in denen steht, wohin Chandra als nächstes schauen soll. Die Ziele werden durch einen Peer-Review-Prozess ausgewählt. “
Das fliegende Observatorium bewegt sich fast ein Drittel des Weges zum Mond in einer elliptischen Umlaufbahn von 6.000 bis 86.400 Meilen Höhe, während es alle 64 Stunden die Erde umkreist. Im Durchschnitt ist seine Umlaufbahn 200-mal höher als die des Hubble-Teleskops.
Es gab andere Röntgenteleskope, aber Chandra kann Objekte sehen, die 20-mal schwächer sind als alles, was sie erkennen könnten.
Chandras Auflösungsvermögen beträgt 0, 5 Bogensekunden, was bedeutet, dass es die Buchstaben eines Stoppschilds aus einer Entfernung von 19 Kilometern lesen kann. Oder eine ein Zentimeter hohe Schlagzeile in einer Entfernung von einer halben Meile. Andererseits können Röntgenstrahlen in Gaswolken so weit beobachtet werden, dass Licht fünf Millionen Jahre benötigt, um sie zu durchqueren. Und es kann Quasare untersuchen, deren Licht zehn Milliarden Jahre gebraucht hat, um zu uns zu gelangen, so dass wir sehen, dass viele Jahre in der Vergangenheit liegen. Ich liebe Statistiken.
Edward Weiler, ein führender NASA-Administrator, sagte dazu: „Die Geschichte lehrt uns, dass Sie die Astronomie revolutionieren, wenn Sie ein Teleskop zehnmal besser entwickeln als bisher. Chandra ist bereit, genau das zu tun. “
