Megateleskop Sternenfinder im Nirgendwo

Astronomie der Superlative: In einer der trockensten Wüste der Erde bauen Forscher das weltgrößte Radioteleskop. Mit 66 riesigen Parabolantennen wollen sie an die Grenzen von Raum und Zeit schauen. SPIEGEL ONLINE hat die Baustelle in der chilenischen Atacama-Wüste besucht.

Thijs de Graauw ist vom Sinn seines Tuns zutiefst überzeugt. "Astronomie ist inspiriert von der Evolution des Lebens, wie die Kultur und die Musik", sagt der niederländische Sternenforscher. "Wir können über uns selbst nachdenken und uns einen Platz im Universum geben. Ohne dieses Interesse wären wir nicht viel mehr als Tiere."

Astronomie-Professor de Graauw, 66, ist eigentlich schon im Ruhestand. Den Ruf nach Chile hat er dennoch angenommen. Jetzt ist er Interimsdirektor des Atacama Large Millimeter Array (Alma) - und damit Chef des künftig größten Radioteleskops der Welt. Bis 2012 sollen 54 Parabolantennen von jeweils zwölf Metern Durchmesser und weitere zwölf Sieben-Meter-Schüsseln auf der Chajnantor-Hochebene stehen.

Das künftig größte Spielzeug der Radioastronomen liegt mitten im Nirgendwo der Atacama-Wüste. Mit ihrer rotbraunen Erde und den verstreuten Felsbrocken ähnelt die Landschaft den Marsfotos der Rover "Sprit" und "Opportunity". Die meiste Zeit wirkt die Atacama-Wüste auch ähnlich leblos wie der Rote Planet.

Doch auf dem Weg, den die Besucherbusse entlangrumpeln, tut sich überraschend viel. Die Atacama gilt als eine der trockensten Wüste der Erde, doch selbst krallt sich zwischen Steinen und Sandkörnern das Leben fest. In manchen Höhenlagen haben sich struppige Pflanzen breitgemacht, an denen Esel knabbern. Meterhohe Kakteen ragen wie Finger in den Himmel.

Für die Forscher und Ingenieure ist die Wüste nicht nur eine Arbeitsstelle von atemberaubender Schönheit, sie bringt auch körperliche Belastungen mit sich. Die Chajnantor-Hochebene liegt 5100 Meter hoch, für den menschlichen Organismus ist das bereits kritisch. Wer als Besucher nichts Böses ahnend aus dem Bus steigt, kann binnen Sekunden auf dem Boden der Tatsachen landen. Leichter Schwindel und bleierne Müdigkeit sind noch die mildesten Effekte des Sauerstoffmangels. Empfindlichere Zeitgenossen müssen sich übergeben oder werden ohnmächtig.

Leere und dünne Luft

Derzeit herrscht auf der Chajnantor-Ebene noch gähnende Leere. Das Hauptgebäude - eines der höchstgelegenen Gebäude überhaupt - steht bereits, doch die Räume warten noch auf Benutzer. Der wissenschaftliche Betrieb läuft nur im Kleinformat. Bisher steht lediglich eine große Parabolantenne auf der Ebene: Apex, kurz für "Atacama Pathfinder Experiment". Die Zwölf-Meter-Schüssel ist einer der Prototypen für die finalen Alma-Antennen.

Die Wissenschaftler haben die ersten Tests bereits für die Forschung genutzt. Dank der Höhe und der ruhigen, trockenen Atmosphäre ist die Atacama-Wüste einer der besten Standorte für die Himmelsforschung. Während sich Touristen und Benutzer optischer Teleskope nachts über den spektakulären Sternenhimmel freuen, können Radioastronomen die Lichtsignaturen von Atomen und Molekülen beobachten. Von anderswo auf der Erde sind sie schlicht unsichtbar.

Die Forscher haben mit Hilfe des Apex-Teleskops bereits Kohlenmonoxid-Gas und komplexe organische Moleküle in den Tiefen des Alls entdeckt. Sogar geladene Moleküle, die Fluor enthielten, haben sie gefunden - was bis dahin noch nie gelungen war. All das verrät den Wissenschaftlern mehr darüber, wie Sterne und Planeten wie die Erde entstehen. Dass solche Entdeckungen von der Chajnantor-Ebene aus schon mit einer Antenne gelingen, hat die Wissenschaftler elektrisiert: Was muss dann erst mit den 66 Alma-Schüsseln möglich sein?

Teleskop bis zu 15 Kilometer groß

Die Ausmaße des Projekts sind in jeder Hinsicht gigantisch. Die Kosten belaufen sich auf 800 Millionen Euro, die von den USA, Kanada und den Mitgliedstaaten der Europäischen Südsternwarte (Eso) aufgebracht werden. Spezialtransporter können die jeweils rund hundert Tonnen schweren Antennen umher fahren und auf einen Umkreis von nur 150 Metern zusammenstellen. Das bietet sich an, wenn man große Bereiche des Himmels ins Visier nehmen will.

Für die Beobachtung kleiner Einzelobjekte können die Antennen auch in einem Abstand von bis zu 15 Kilometern voneinander aufgestellt werden. Dank dieses Verfahrens, der sogenannten Interferometrie, erreicht Alma die Auflösung einer einzelnen Riesenschüssel von 15 Kilometern Durchmesser. Das erlaubt eine unerhörte Winkelauflösung von 0,005 Bogensekunden. Das menschliche Auge schafft rund 60 Bogensekunden. Hätte ein Mensch ein so scharfes Auge wie Alma, könnte er auf eine Entfernung von 100 Metern einen fünf Tausendstel Millimeter breiten Türspalt erkennen.

Alma kann strahlende Objekte im All zehnmal präziser beobachten als etwa das Very Large Array (VLA) im US-Bundesstaat New Mexico. Das Radioteleskop wurde unter anderem durch den Kinofilm "Contact" berühmt und besteht aus 27 Parabolantennen à 25 Meter Durchmesser. Anders als das VLA arbeit Alma in einem ziemlich unterbelichteten Gebiet der Radioastronomie, dem Millimeter- und Submillimeterbereich. Während das VLA Radiowellen mit einer Länge zwischen knapp einem Zentimeter und vier Metern auswertet, dringt Alma in Wellenlängen von 9,6 bis zu 0,3 Millimetern vor.

Je größer die Auflösung, desto größer auch die Datenmengen. Wer jemals verglichen hat, wie sehr sich Fotos einer Zwei-Megapixel-Kamera von denen eines Zehn-Megapixel-Modells unterscheiden, weiß, wovon die Rede ist. Die Datenmengen des Alma-Teleskops bewegen sich nicht in einer anderen Liga - sondern in einem anderen Universum.

Was sich die Forscher von ihrem neuen Wunderwerkzeug erhoffen

Jede einzelne Zwölf-Meter-Antenne wird im normalen Betrieb rund 15 Gigabyte pro Sekunde ausstoßen. Damit könnte man binnen eines Tages knapp 65.000 handelsübliche 300-Gigabyte-Festplatten füllen. "Das ist natürlich nicht die Datenmenge, die wir am Ende analysieren", sagt Alma-Wissenschaftler Richard Hills, während er gegen die chilenische Wintersonne anblinzelt.

Ein sogenannter Korrelator - im Grunde ein extrem schneller Computer - wird die Datenströme aller Alma-Antennen in Echtzeit vergleichen und aussagekräftige Signale herausfiltern. "Das meiste ist sowieso Hintergrundrauschen", erklärt Hills. Nach mehreren Kompressionsschritten wird der Datenstrom aus allen Antennen zusammen mit einer Geschwindigkeit von (immer noch beachtlichen) 64 Megabyte pro Sekunde in die Computer rauschen.

Die beteiligten Wissenschaftler sind schon jetzt hin und weg von den Möglichkeiten ihrer neuen Wunderwaffe. "Ob ich aufgeregt bin? Natürlich bin ich das", sagt Direktor de Graauw. "Wir werden Möglichkeiten haben, die noch niemand zuvor hatte." Man werde in der Lage sein, die Lichtsignaturen von Molekülen in den Tiefen des Alls mit bisher ungekannter Präzision zu bestimmen. Das neue Teleskop biete eine räumliche Auflösung, die dem des "Hubble"-Weltraumteleskops entspreche. "Alma ist die Kombination aus dem Besten der Radio- und optischen Technik", meint de Graauw.

Auf der Jagd nach Molekülen

Zu den Hauptaufgaben des neuen Teleskops zählen die Erforschung der chemischen und physikalischen Vorgänge bei der Planetenentstehung und die Analyse chemischer Elemente in Planetarischen Nebeln. Protosolare Nebel, die tausendmal größer als unser Sonnensystem werden können, gehören zu den bevorzugten Zielen von Alma. Denn die Millimeterwellen dringen leicht durch Gas- und Staubwolken, die die Geburt von Sternen und Planeten vor anderen, insbesondere optischen Teleskopen verbergen.

Eines der größten Ziele der Astronomie - die Entdeckung einer zweiten Erde in einem fernen Sonnensystem - wird Alma dagegen kaum erreichen können. Dieser Erfolg wird wohl der künftigen Generation von Weltraumteleskopen vorbehalten bleiben. Auch die Suche nach intelligenten Außerirdischen ist die Sache von Alma nicht - das überlässt man lieber den Kollegen des Seti-Projekts oder den Betreibern des eigens für diesen Zweck gebauten Allen-Arrays, das im Herbst 2007 in Betrieb gegangen ist.

Alma soll sich nicht nur in der unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft der Erde umsehen. "Wir wollen auch herausfinden, wie die ersten Sterne des Universums entstanden sind und welche Strukturen die ersten Galaxien besaßen", sagt de Graauw. Diese Objekte gehören zu den kältesten im Universum und strahlen Licht im Millimeter- und Submillimeterbereich aus, dessen Temperatur nur einige Zehntelgrad über dem absoluten Nullpunkt von minus 273,16 Grad Celsius liegt.

Um diese Strahlung zu beobachten, müssen unvorstellbare Distanzen überbrückt werden. Rund 13 Milliarden Lichtjahre tief muss Alma ins All spähen, um das Licht der ersten Sterne auszumachen - eine technische Herausforderung ersten Ranges, insbesondere für ein Teleskop auf der Erde. Bisher ist der Blick in die Kindheit des Alls nur Weltraumobservatorien wie "Hubble" gelungen, die ungestört von der flimmernden Erdatmosphäre arbeiten können.

Im Frühjahr 2009 werden die ersten Antennen auf der Chajnantor-Ebene die Arbeit aufnehmen. Bis Anfang 2010 sollen 16 Schüsseln dort stehen - "das ist bereits vielen anderen Observatorien überlegen", meint de Graauw. Bis 2012 sollen die restlichen 50 Antennen folgen.

Vulkane und Langfinger

Voraussichtlich 30 Jahre lang soll Alma der Wissenschaft zur Verfügung stehen. Derzeit scheint es, als könne nur die Natur den Forschern einen Strich durch die Rechnung machen. Denn die Gegend um das Teleskop ist nicht nur schön, sondern auch nicht ganz ungefährlich. Nur wenige Kilometer entfernt ragt der aktivste Vulkan Chiles fast 5600 Meter in die Höhe. Der letzte Ausbruch des Láscar liegt etwas mehr als zwei Jahre zurück: Im April 2006 schickte er eine rund drei Kilometer hohe Aschesäule in den Himmel. "Das ist der Preis, den man für eine solche Gegend bezahlt", meint Alma-Wissenschaftler Hills. "Aber die Staub- und Aschewolken ziehen meistens Richtung Argentinien."

Auch andere irdische Probleme holen die Himmelsforscher zuweilen brutal aus den unendlichen Weiten zurück. Die Chajnantor-Ebene liegt aufreizend nahe an der chilenisch-bolivianischen Grenze, und die beiden Länder sind sich seit Jahrzehnten spinnefeind. 1883 verlor Bolivien nach einem Krieg Teile der Atacama-Wüste an Chile - und damit auch seinen direkten Zugang zum Pazifik.

Dieser Teil der Geschichte holt auch die Forscher aus dem fernen Europa ein. Neulich wurden zwei Wissenschaftler in ihrem Auto von Uniformierten gestoppt. Die Bewaffneten verschwanden mit dem Wagen, Laptops und allen anderen Wertsachen. Die Forscher mussten vier Stunden zu Fuß zurück ins Lager wandern. Auch zu weniger spektakulären Fällen von Diebstahl ist es bereits gekommen.

Die Alma-Verantwortlichen sind dagegen weitgehend machtlos. "Wir werden keine bewaffneten Wachposten aufstellen", sagt Hills. "Wir sind eine Forschungseinrichtung, keine Kaserne."

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