Leitung

Prof. Dr. Alfred Krabbe

Assistenz

Barbara Klett

Geschäftsleitung

Dr. Thomas Keilig

Deputy SMO Director (Kalifornien)

Dr. Hans Zinnecker

Technology Advisor

Prof. Dr.-Ing. Jörg Wagner

Bildungs- und Öffentlichkeitsarbeit

Dr. Dörte Mehlert


Deutsches SOFIA Institut
Pfaffenwaldring 29
70569 Stuttgart

Tel. +49 (0)711/685-62379
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Atmosphärische Fenster

Das Universum sendet uns Licht aller Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums. Das meiste dieses Lichts erreicht uns jedoch nicht am Erdboden, da unsere Atmosphäre viele Arten von Strahlung nicht durchlässt. Glücklicherweise für uns wird schädliche, hochenergetische Strahlung wie Röntgenstrahlung, Gammastrahlen und der größte Teil des ultravioletten (UV) Lichts blockiert. Infrarotstrahlung und niederenergetische Radiowellen können ebenfalls nicht durchdringen. Durchgelassen werden das sichtbare Licht, die meisten Radiowellen und kleine Wellenlängenbereiche des infraroten Lichts, so dass Astronomen das Universum mit diesen Wellenlängen beobachten können.

Das meiste des infraroten Lichts wird von Wasserdampf und Kohlendioxid in der Erdatmosphäre absorbiert. Die Atmosphäre bereitet Infrarot-Astronomen auch noch ein anderes Problem: Sie strahlt selbst mit infraroten Wellenlängen, oft mit größerer Intensität als das Objekt das im Weltraum beobachtet werden soll. Diese atmosphärische Infrarotstrahlung hat ihr Maximum bei Wellenlängen von ungefähr 10 Mikrometern.


Durchlässigkeit der Atmosphäre für Infrarotlicht
© IPAC

Der beste Blick aufs infrarote Universum von bodengestützten Teleskopen besteht also bei Wellenlängen die die Erdatmosphäre passieren können und bei denen diese nicht selbst leuchtet. Bodengestützte Infrarot-Observatorien liegen üblicherweise auf hohen, trockenen Bergen, um so viel der Atmosphäre wie möglich unter sich zu lassen. Doch selbst dann werden die meisten Wellenlängen absorbiert und erreichen nie das Teleskop.

Aus der Tabelle unten kann man sehen, dass die Atmosphäre nur in wenigen der Infrarot-"Fenster" sowohl hohe Transparenz als auch hohe Eigen-Emissionen hat. Diese Fenster liegen groöteils bei einer Wellenlänge von unter 4 Mikrometern.

Infrarotfenster der Atmosphäre

Wellenlängen-
Bereich
(Mikrometer)
Frequenzband Transparenz Eigene
Helligkeit
1,1 - 1,4 J hoch nachts gering
1,5 - 1,8 H hoch sehr gering
2,0 - 2,4 K hoch sehr gering
3,0 - 4,0 L 3,0 - 3,5: mäßig
3,5 - 4,0: hoch
gering
4,6 - 5,0 M gering hoch
7,5 - 14,5 N 8 - 9 und 10 - 12: mäßig
andere: gering
sehr hoch
17 - 25 Q sehr gering sehr hoch
28 - 40 Z sehr gering sehr hoch
330 - 370   sehr gering gering

Im Prinzip kommt alles, was wir über das Universum erfahren haben von dem Studium des Lichts bzw. der elektromagnetischen Strahlung, die von Objekten im Weltraum ausgesendet wird. Um ein vollständiges Bild des Universums zu erhalten, müssen wir all dieses Licht untersuchen, bei allen Wellenlängen. Deswegen ist es so wichtig, Observatorien im Weltraum zu platzieren, um über unsere Atmosphäre zu kommen, die uns so viele dieser wertvollen Informationen vorenthält.

Aus diesem Grund haben Infrarot-Astronomen Instrumente in Raketen, Ballonen, Flugzeugen und Satelliten platziert um Infrarotlicht mit Wellenlängen zu betrachten, die den Erdboden nicht erreichen (siehe Artikel über Flugzeugastronomie in www.wissenschaft-schulen.de). Als Ergebnis davon wurden faszinierende Entdeckungen über unser Universum gemacht und Hunderttausende neue Himmelsobjekte wurden zum ersten Mal beobachtet.

Wegen der raschen Entwicklung von besseren Infrarot-Detektoren und der Möglichkeit, diese in Teleskopen auf Satelliten oder in Flugzeugen unterzubringen, sieht die Zukunft der Infrarot-Astronomie sehr vielversprechend aus.


Observatorien auf dem Mauna Kea in Hawaii © IPAC

Bodengestützte Observatorien, die fortgeschrittene Technologien wie die adaptive Optik benutzen, liefern ebenfalls beeindruckende Bilder des infraroten Universums durch die Infrarot-"Fenster" unserer Atmosphäre. Obwohl diese Teleskope viele Wellenlängen nicht sehen können können sie den Himmel im nahen Infrarot fast immer beobachten, wenn es das Wetter erlaubt, was uns wertvolle Langzeitbeobachtungen von Himmelsobjekten liefert.

Wichtige aktuelle Missionen, die oberhalb unserer Atmosphäre Beobachtungen im Infrarotlicht mit besserer Auflösung als jemals zuvor machen sollen, sind neben SOFIA das Spitzer Space Telescope der NASA, das im August 2003 gestartet wurde.

Im nächsten Jahrzehnt wird es wahrscheinlich viel über Entdeckungen in der Infrarot-Astronomie zu berichten geben, da wir nun auch außerhalb der Infrarot-Fenster unserer Atmosphäre beobachten können!