"upGREAT" für die fliegende Sternwarte SOFIA

In einer der ersten großräumigen Kartierungen mit dem upGREAT Spektrometer wurde die Verteilung des einfach-ionisierten Kohlenstoffs um den Nebel Sharpless 106 aufgezeichnet. Die Kohlenstoff- Linie wird durch die intensive Ultraviolett-Strahlung eines eben entstandenen heißen, massereichen Sterns angeregt, der – noch eingebettet in die absorbierenden Staub­schichten seiner Geburtswolke - diese verändert und letztlich zerstört. Die hohe spektrale Auflösung des GREAT Spektrometers erlaubt, die Dynamik des Gases mit bislang unerreichter Präzision zu vermessen. In den Karten wird die Kohlenstoff-Emission bei leicht unterschied­lichen Geschwindigkeiten des Gases in Falschfarben dargestellt (hohe Intensitäten sind in rot gezeigt). © Robert Simon/Universität zu Köln

"Wir sind begeistert von der Qualität der Messungen", freut sich upGREAT-Projektleiter Dr. Christophe Risacher vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, und ergänzt: "Obwohl eigentlich die Inbetriebnahme mit diversen Testmessungen im Vordergrund stand, werden uns bereits diese ersten Beobachtungen eine Fülle neuer Erkenntnisse über die Sternentwicklung liefern."

Das neue Instrument „upGREAT“ (im Bildhintergrund sichtbar) ist am Teleskop des Flugzeug-Observatoriums SOFIA montiert. Im Vordergrund zu sehen ist der Kompressor des Cryo-Coolers - dynamisch aufgehängt, um die Bewegungen des Flugzeugs auszugleichen. © Patrick Pütz/Universität zu Köln

upGREAT ist eine Weiterentwicklung des Ferninfrarot-Spektrometers GREAT ("German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies"), mit dem seit 2011 bereits 50 erfolgreiche Wissenschafts­flüge mit SOFIA durchgeführt wurden. Das Instrument wurde von einem Konsortium deutscher Forschungsinstitute - dem MPIfR und dem "Kölner Observatorium für SubMillimeter Astronomie" (KOSMA) der Universität zu Köln in Zusammenarbeit mit dem DLR-Institut für Planeten­for­schung in Berlin entwickelt und gebaut. upGREAT betreibt statt einem 14 Detektoren gleichzeitig. Sie sind verteilt auf zwei Arrays von jeweils sieben Detektoren, wobei die Empfindlichkeit jedes einzelnen noch einmal um etwa 30 Prozent verbessert wurde. "Nur vier Jahre nach dem Ersteinsatz von GREAT erreichen wir mit upGREAT eine rund 20-fach höhere Beobachtungseffizienz. Das zeigt das enorme Entwick­lungs­potenzial von flugzeuggetragenen Observatorien im Vergleich zu Weltraumteleskopen, deren Instrumente in der Regel nicht erneuert werden können", erläutert Alois Himmes, SOFIA-Projektleiter im DLR. Allerdings hat die Weiterentwicklung auch ihren Preis. Die Detektoren müssen bei sehr tiefen Temperaturen, nur wenige Grad über dem absoluten Temperatur-Nullpunkt, betrieben werden. Während für den Betrieb eines einzelnen Detektors die Füllung eines Kryostaten mit Flüssig-Helium für 24 Stunden ausreichte, ist dies bei 14 Pixeln nicht mehr möglich. Daher kommen bei upGREAT erstmals so genannte Cryo-Cooler zum Einsatz, deren Arbeitsprinzip irdischen Kühlschränken ähnelt. Auch dieses von Ingenieuren des DSI und der NASA sowie des GREAT-Teams in den letzten Monaten entwickelte und ins Flugzeug integrierte System hat bei seinem ersten Einsatz perfekt funktioniert.