„Das 100-Meter-Teleskop ist besser als je zuvor“

Ein Gespräch mit Michael Kramer über den wissenschaftlichen Wert der Anlage in Effelsberg

3. Mai 2011

Seit nunmehr vier Jahrzehnten bestimmt eine weiße Schüssel das Bild der Landschaft um das Dorf Effelsberg in der Eifel. Am 12. Mai 1971 wurde dort das 100-Meter-Teleskop des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie eingeweiht. Damals wie heute beeindruckt die viele Jahre lang größte vollbewegliche Radioantenne der Welt mit ihren schieren Dimensionen. Aber auch in wissenschaftlicher Hinsicht hat das Präzisionsinstrument Beachtliches geleistet. Wir sprachen mit Michael Kramer, einem der vier Institutsdirektoren, über Vergangenheit und Zukunft der Anlage.

Michael Kramer, Direktor am Max-Planck-Institut für Radioastronomie.

Tausende von Veröffentlichungen zeugen von einer reichen Ernte, die Forscher mit dem Radioteleskop bisher eingefahren haben. Welches waren denn aus Ihrer Sicht die Höhepunkte?

Kramer: Das ist natürlich schwierig zu beantworten, da jeder Wissenschaftler eine etwas andere „Rangliste“ haben wird. Vielleicht das bekannteste Ergebnis – weil man es fast in jedem Buch über Radioastronomie findet – ist die Aufnahme des Radiohimmels in der berühmten 408-Megahertz-Durchmusterung durch ein Team um Glyn Haslam. Andere Kollegen würden sicherlich viele andere Bereiche der Astrophysik angeben, wo Höchstleistungen erzeugt worden sind. So wurden etwa neue Moleküle und Spektrallinien im interstellaren Raum entdeckt, oder wichtige Moleküle wie Ammoniak oder Wasser zum ersten Mal außerhalb der Milchstraße detektiert. Gleichzeitig hat das Teleskop auch gezeigt, dass es riesige geordnete Magnetfeldstrukturen in anderen Galaxien gibt, oder das am weitesten entfernte Wasser im Universum entdeckt, in elf Milliarden Lichtjahren Distanz! Für mich persönlich war es ein tolles Ergebnis, mit Effelsberg zum ersten Mal den relativistischen Effekt der geodätischen Präzession außerhalb des Sonnensystems und in starken Gravitationsfeldern nachgewiesen zu haben.

 

Die Anlage ist jetzt 40 Jahre alt. Kann sie mit den heutigen technischen Standards mithalten?

Aber immer! Es ist nicht nur immer noch das größte Teleskop in Europa und nur ein paar Meter kleiner als das Green-Bank-Teleskop in den USA, sondern die 100-Meter-Antenne ist tatsächlich besser als je zuvor: Die Konstruktion des Teleskops ist der Traum eines jeden Ingenieurs und dank guter Pflege und regelmäßiger Modernisierungen ist es auch heute noch in einen Topzustand. Im Moment arbeiten wir an einer Überholung der Empfangssysteme, da sich gerade in den vergangenen Jahren durch die gewaltigen Fortschritte in der Digitalelektronik hervorragende technische Möglichkeiten ergeben haben, von denen wir zuvor nur träumen konnten. Wir können damit die Eigenschaften des Teleskops – selbst nach 40 Jahren – noch erheblich verbessern.

 

Haben sich die Beobachtungsaufgaben des Radioteleskops verschoben?

Nicht wirklich. Auch heute noch kommen Astronomen aus der ganzen Welt, um Experimente aller Art durchzuführen. Dazu gehören Beobachtungen bei hohen wie bei niedrigen Radiofrequenzen, die Spektroskopie interstellarer Moleküle, wie die Messungen der Polarisation von Galaxien, oder das Zusammenschalten von Effelsberg mit anderen Teleskopen, um „schärfere“ Bilder zu erzeugen. Tatsache ist jedoch, dass ein Teil des Bedarfs an Beobachtungen nun von zwei Teleskopen der 100-Meter-Klasse übernommen werden können, von unserem in Effelsberg und vom Green-Bank-Teleskop in den USA. Beide haben ihre unterschiedlichen Stärken, aber wir haben nun die Chance, kostbare Zeit für große, sehr ambitionierte Projekte zu verwenden. So führen wir gerade zum ersten Male in der Geschichte der Effelsberger Anlage eine empfindliche Suche des gesamten Himmels nach kosmischen Uhren, den sogenannten Pulsaren, durch. Das ist äußerst spannend, weil man nie weiß, was man findet.

 

In aller Welt stehen Radioteleskope, Ihr Institut ist ein wichtiger Partner etwa beim Atacama Pathfinder Experiment (Apex) in Chile. Außerdem arbeiten Max-Planck-Forscher mit den Radioantennen auf dem Plateau de Bure in den französischen Alpen. Welche Rolle spielt dabei das 100-Meter-Teleskop in Effelsberg?

Anders als im optischen Teil des elektromagnetischen Spektrums decken Radiofrequenzen relativ gesehen einen sehr viel größeren Bereich ab, was sich auch in der unglaublichen Breite der Wissenschaft widerspiegelt. So werden etwa bei hohen Radiofrequenzen, wie sie mit Apex oder am Plateau de Bure gemessen werden, hauptsächlich thermische Quellen studiert, wo wir es meist mit niederenergetischen Prozessen zu tun  haben. Mit Effelsberg messen wir zwar noch energieärmere Photonen, aber häufig sind diese von den energiereichsten Prozessen, die wir kennen, erzeugt worden. Um also das gesamte Universum zu verstehen, müssen wir alle diese Frequenzen abdecken, sodass sich die verschiedenen Radioteleskope wunderbar ergänzen. Ein gutes Beispiel hierfür sind wiederum Pulsare, die wir mit Apex oder auf dem Plateau der Bure nicht sehen können. Da brauchen wir unbedingt Teleskope wie Effelsberg.

Wie machen Sie die Anlage fit für die Zukunft?

Wie bisher würden wir gerne die Empfindlichkeit des Teleskops weiter erhöhen, aber es zu vergrößern ist fast unmöglich oder sehr teuer. In der Vergangenheit hat man deshalb konstant versucht, die Verstärker unserer Empfangselektronik zu verbessern. Aber selbst hier sind unsere Ingenieure am Rande dessen, was die Quantenmechanik erlaubt. Daher bleiben zwei Möglichkeiten: das Vergrößern des gleichzeitig gemessenen Frequenzbereichs oder des beobachteten Himmelsabschnitts. Dank modernster Elektronik und Digitaltechnik ist beides in den vergangenen Jahren in nie gekannter Weise möglich geworden. Wir arbeiten daher an sehr breitbandigen Empfängern und Systemen, die das Gesichtsfeld um einen Faktor zehn oder mehr vergrößern. Damit können wir dann nicht nur den Himmel schneller absuchen, sondern wir können es uns auch erlauben, länger zu belichten.

 

Wo liegt Ihrer Meinung nach die Zukunft der beobachtenden Radioastronomie?

Bei den hohen Radiofrequenzen stellt eindeutig das neue Teleskop ALMA in Chile die Zukunft dar. Bei den niedrigeren Frequenzen, die Effelsberg abdeckt, liegt die  Zukunft ganz  klar in der Kombination von hoher Durchmusterungsgeschwindigkeit mit großer Empfindlichkeit.  Wie angedeutet, spielt das 100-Meter-Teleskop hier eine wichtige Rolle. Langfristig sind die Ambitionen aber noch sehr viel größer! So soll in rund 15 Jahren ein Radioteleskop auf der Südhalbkugel betrieben werden, das die Empfangsfläche von Effelsberg um einen Faktor 100 übersteigt! Da wir kein einzelnes so großes Teleskop bauen können, wird es aus einem Netzwerk kleinerer Teleskope synthetisiert, die elektronisch verbunden sind. Dieses Square Kilometer Array hat nicht nur eine hundertfach bessere Empfindlichkeit, sondern auch eine Durchmusterungsgeschwindigkeit, die 10000- bis 100000-mal größer ist, als die bestehender Teleskope. Was mit einem solchen Teleskop möglich ist, begeistert momentan schon Astronomen aus 20 verschiedenen Ländern.

 

Was treibt die Radioastronomie gegenwärtig um? Welche Rätsel gilt es zu lösen?

Aufgrund der Vielseitigkeit der möglichen Wissenschaft würden Sie auch hier von verschiedenen Kollegen unterschiedliche Antworten erhalten. Aber ich glaube, dass man mit mir übereinstimmt, wenn ich sage, dass wir zum einen verstehen wollen, wie komplizierte Moleküle, Sterne und Planeten entstehen. Zum anderen beschäftigen uns aber auch noch viel fundamentalere Fragen: Wie ist die Struktur im Kosmos entstanden, wie – und wann! – hat sich das Universum durch die Bildung erster Sterne und Galaxien verändert? Was ist die Dunkle Energie? Ist sie eine neue Naturkraft oder das Versagen von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie? Insbesondere diese letzte Frage treibt mich persönlich um. Und wir können erwarten, dass die Radioastronomie gerade hier, wie schon in der Vergangenheit, die entscheidenden Antworten liefern kann und wird.

 

Interview: Helmut Hornung

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