In der Nacht vom 22. auf den 23. Juni 2011 konnte das Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie (SOFIA) zum ersten Mal sein einmaliges Potential als mobiles Observatorium unter Beweis stellen: Die flugzeuggestützte Sternwarte flog von ihrem Heimatflughafen in Südkalifornien mehr als 2900 Kilometer auf den Pazifik hinaus, um im Schatten des Zwergplaneten Pluto zu beobachten, als dieser vor einem weit entfernten Stern vorbei zog. Ein solches Ereignis - eine Sternbedeckung oder Okkultation – erlaubt es Wissenschaftlern, Pluto und seine Atmosphäre detailliert zu untersuchen. Hierzu wiederum bedarf es Beobachtungen zum richtigen Zeitpunkt vom richtigen Ort aus – eine ideale Aufgabe für SOFIA.
Abbildung 1: Dieses 20 sec lang belichtete Bild der Fast Diagnostic Camera (FDC) wurde 3h23min vor der Sternbedeckung durch Pluto an Bord von SOFIA aufgenommen. Pluto selbst ist mit einem Kreis markiert, der spaeter bedeckte Stern befindet sich rechts unterhalb des Zwergplaneten. Zu diesem Zeitpunkt betrug der gegenseitige Winkelabstand noch etwa 13 Bogensekunden. Das Quadrat kennzeichnet den Bildausschnitt, der während der Bedeckung mit 4 Bildern pro Sekunde aufgenommen wurde.
Sternbedeckungen
Ähnlich wie die Beobachtung der totalen Phase einer Sonnenfinsternis, welche nur im schmalen Streifen des Kernschattens des Mondes zu sehen ist, ist die Vermessung einer Sternbedeckung regional begrenzt. Am 23. Juni 2011 raste Plutos Schatten, dessen Durchmesser dem des Zwergplaneten mit 2300 km gleich ist, mit einer Geschwindigkgeit von knapp 85,000 km/h über den Pazifik. Ein Beobachter im Schatten sieht den Zwergplaneten vor dem entfernten Stern vorbei ziehen während Pluto durch diesen Stern von hinten beleuchtet wird. Durch eine Beobachtung dieses Vorbeigangs kann nicht nur Pluto selbst, sondern auch seine Atmosphäre detailliert erforscht werden. "Okkultationen geben uns die Möglichkeit, Druck-, Dichte- und Temperatur-Verteilungen der Pluto-Atmosphäre zu messen, ohne die Erde zu verlassen", sagte Ted Dunham vom Lowell Observatorium in Flagstaff (US-Bundesstaat Arizona) und leitender Wissenschaftler der SOFIA - Plutobeobachtungen.
Abbildung 2: Sichtbarkeit des Pluto-Schattens auf der Erde bei der Pluto-Okkultation vom 23. Juni 2011 (Quelle: CNRS)
Dunham ist außerdem der Erbauer von dem SOFIA Instrument HIPO - das High-Speed Imaging Photometer for Occultation -, das genau für solche Bedeckungsbeobachtungen entwickelt wurde und während der Plutobeobachtungen zu seinem ersten Einsatz kam. Dunham gehörte bereits zu der Gruppe von Wissenschaftlern, die bereits 1985 mit Hilfe von SOFIAs Vorgänger - dem Kuiper Airborne Observatory - entdeckte, dass Pluto überhaupt eine Atmosphäre besitzt.
Abbildung 3: Das Instrument HIPO (links, schwarz) an das SOFIA-Teleskop (blau) angeflanscht (Quelle: NASA)
Da sich der Schatten von Pluto mit einer Geschwindigkeit von etwa 85,000 Stundenkilometern über die Erde weg bewegt hat, war der Zeitraum für die optimale Aufnahme nur sehr kurz. Umso wichtiger war die genaue Kenntnis der Position von Pluto in Relation zur Erde. Eine präzise Vorhersage über die Position des Schattens war jedoch erst zwei Stunden vor der Okkultation möglich. So erfuhr die Crew von SOFIA erst auf dem Flug, dass das Zentrum des Schattens sich etwa 200 Kilometer nördlich der im Flugplan festgelegten Route befinden sollte. Nach Neuberechnung und Anmeldung des geänderten Flugplans vergingen noch bange 20 Minuten, ehe die neue Route von der Flugaufsicht genehmigt wurde. "Dies war der erste konkrete Fall, in dem SOFIA seine Fähigkeiten insbesondere als mobiles Observatorium unter Beweis gestellt hat", freut sich Alfred Krabbe, Leiter des DSI.
Abbildung 4: SOFIA's Flugweg am 23. Juni 2011. (Quelle: FlightAware)
Aus den gewonnen Daten zieht Ted Dunham bereits jetzt eine positive Bilanz: "Da wir in der Lage waren, SOFIA so nahe an das Zentrum der Okkultation heranzufliegen, konnten wir eine kleine, ausgedehnte aber eindeutige Aufhellung in der Nähe der Mitte der Okkultation beobachten. Diese Veränderung wird es uns ermöglichen, die Pluto-Atmosphären in niedrigeren Schichten zu erforschen als es durch Sternen-Okkultationen üblicherweise möglich ist."
Eine Gruppe Wissenschaftler und Ingenieure des DSI, Enrico Pfüller, Manuel Wiedemann und Jürgen Wolf, war ebenfalls an Bord und hat die Bedeckung mit der Fast Diagnostic Camera (FDC) beobachtet. „ Da das HIPO Instrument in der derzeitigen Konfiguration des SOFIA Teleskops nur einen Teil des Lichtes empfangen kann, wurde unsere Kamera parallel eingesetzt um die restlichen Photonen einzufangen“, erläutert Wolf. Er und seine Kollegen haben mit ihrer FDC die von HIPO detektierte ausgedehnte Aufhellung in der Mitte der Okkultation ebenfalls deutlich gesehen. „Die Qualität der FDC Daten ist sehr gut, wir sind begeistert über den ersten wissenschaftlichen Einsatz unserer Kamera.“ Die FDC wurde bereits bei früheren Flügen von SOFIA eingesetzt, um die Bildstabilität des in Deutschland entwickelten und gebauten Teleskops zu bestimmen.
Weitere Informationen bei
Alfred Krabbe, Tel. 0711/685-62379; e-mail:
krabbe@dsi.uni-stuttgart.de
Dörte Mehlert, Tel. 0711/685-69632; e-mail:
mehlert@dsi.uni-stuttgart.de
Weitere Informationen über SOFIA finden Sie unter:
www.dsi.uni-stuttgart.de,
www.dlr.de/sofia,
www.nasa.gov/sofia,
www.sofia.usra.edu
Pressemitteilung der NASA: https://www.nasa.gov/mission_pages/SOFIA/11-21.html