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11/2000/sbf
Neuen Sternen und Galaxien auf der Spur
Neuer Sonderforschungsbereich an der Universität zu Köln
Köln, den 31. Januar 2000 - Die Entdeckung noch unbekannter Moleküle im Weltraum versprechen sich die Forscher um Professor Dr. Gisbert Winnewisser von einem neuen Vorhaben. Daraus lassen sich Erkenntnisse über die Entstehungsprozesse von Sternen und Galaxien gewinnen. Mit der verwendeten Teraherz-Spektroskopie kann ein sehr großer Teil der Leuchtkraft der Milchstraße und anderer Galaxien ausgenutzt werden, der nicht im sichtbaren Bereich liegt. Ein besonderer Vorteil ist die bessere Durch-dringung von Staubwolken, die die Beobachtung von dahinter-liegenden Objekten beispielsweise mit sichtbarem Licht verhindern. Dazu ist an der Universität zu Köln ein neuer Sonder-forschungsbereich "Die Entwicklung der Interstellaren Materie: Teraherz-Spektroskopie im Weltall und Labor" eingerichtet worden.
In den letzten Jahrzehnten hat sich im Köln/Bonner Raum ein Zentrum der Radioastronomie gebildet, das auf vielfache Kooperationen und eigene Leistungen zurückblicken kann. Neben der Universität zu Köln sind hier die Universität Bonn und das Max-Planck-Institut für Radioastronomie(MPIfR) in Bonn zu nennen. Beide Einrichtungen sind am neu eingerichteten Sonderforschungsbereich beteiligt.
Angefangen hat die Spezialisierung auf die Radioastronomie schon 1957 mit dem mittlerweile außer Dienst gestellten 25 Meter Radio-Teleskop auf dem Stockert. Daran schloß sich der Bau eines 100 Meter Teleskops in Effelsberg an. Im Moment werden in internationaler Kooperation das Radio-Interferometer auf dem Plateau de Bure in Frankreich und das 30 Meter Radio-Teleskop auf dem Pico Veleta in Spanien betrieben, in den USA steht das Heinrich-Hertz-Teleskop auf dem Mount Graham zur Verfügung. Zusätzlich unterhalten die beiden beteiligten Universitäten unabhängig von dem neuen Sonderforschungsbereich das Kölner Observatorium für Submillimeter Astronomie (KOSMA) auf dem Gornergrat in der Schweiz. Dieses war der Mittelpunkt eines vorangehenden Sonderforschungsbereichs, der auch um Professor Winnewisser an der Universität zu Köln angesiedelt war. Das Kölner Observatorium soll als Unterstützung für den neuen Sonderforschungsbereich weiter genutzt werden. Es dient dabei auch als Testobservatorium für neu entwickelte Beobachtungsgeräte. In naher Zukunft haben die beteiligten Institute die Möglichkeit, im Rahmen ihrer Mitarbeit an der FIRST-Mission (Far-Infrared Space Telescope) Messungen mit einem satellitengestützen System zu machen. Diese Mission der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) soll 2007 erfolgen.
Im Mittelpunkt der Untersuchungen des neuen Forschungsschwerpunkts steht der Tera-Herz-Bereich. Dieser Bereich liegt zwischen den Rundfunkfrequenzen (Kilo-Herz- oder Mega-Herzbereich) und den Frequenzen des sichtbaren Lichts. Dieser Zwischenbereich ist aufgrund des notwendigen technischen Aufwands nur schwer zugänglich. Dafür kann ausgenutzt werden, daß Sterne, Planeten, Staub und Nebel mit Temperaturen im Bereich von -260 bis +1700 °C besonders viel Strahlung im Tera-Herzbereich aussenden. Neben der Nutzung dieser Strahlung analog zu sichtbarem Licht, also zum Erkennen von weit entfernten Planeten und Sternen oder auch von Nebeln im Weltraum, hat diese Technik einen weiteren Vorteil: Anhand der Stärke der unterschiedlichen aufgefangenen Strahlen kann die Zusammensetzung der beobachteten Körper bestimmt werden. Diese Vorgehensweise nennt sich Spektroskopie. Aus derartigen Messungen geht hervor, daß es viele verschiedene kohlenstoffhaltige Substanzen im Weltraum gibt. Die Identifikation der Verbindungen ist jedoch noch lange nicht abgeschlossen. Die genaue Kenntnis des Vorkommens der verschiedenen Stoffe erlaubt es, die Modelle zur Entstehung von Sternen weiterzuentwickeln. Denn bei der Entstehung dieser Stoffe spielen Prozesse wie die Bildung und Zerstörung von Sternen eine entscheidende Rolle.
Die Schwierigkeit, die Teraherzstrahlung zu empfangen und zu analysieren, hat mehrere Ursachen. Ein Problem ist, daß der in der Atmosphäre vorkommende Wasserdampf diese Strahlung verdeckt. Deshalb muß die Beobachtung entweder in großer Höhe, oder noch besser mit einem Flugzeug erfolgen, um den Einfluß des Wassers gering zu halten. Der letztgenannte Weg soll im neuen Sonderforschungsbereich beschritten werden. Das Projekt SOFIA (Stratosphärisches Observatorium für Infrarot Astronomie) besteht aus einem flugzeuggestützen System, das von der DLR und der NASA betrieben wird. Eine umgebaute Boing 747 trägt ein Teleskop mit den entsprechenden wissenschaftlichen Geräten zur Messung der Strahlung. Die Beobachtung erfolgt durch eine spezielle Klappe im hinteren Teil des Flugzeugs, das auf diese Weise als fliegendes Observatorium angesehen werden kann. Ein Ziel des Sonderforschungsbereichs ist der Bau eines Empfängers für den Teraherzbereich für dieses Observatorium. Eine vorangehende Version dieses Empfängers befindet sich bereits im Satelliten SWAS (Submillimeter Wave Astronomy Satellite) im Einsatz. Die ersten Flüge von SOFIA sind im Frühjahr 2002 vorgesehen.
Eine weitere Schwierigkeit ist die Entwicklung geeigneter Empfänger für die Strahlung. In der Arbeitsgruppe um Professor Winnewisser wurden schon im vorangegangenen Sonderforschungsbereich "Die Physik und Chemie der interstellaren Molkülwolken" wichtige Vorabeiten geleistet. Wie schwierig sich die technologische Entwicklung eines Empfängers gestaltet, ist daran zu erkennen, daß hier supraleitende Bauteile zur Anwendung kommen. Dies ist notwendig, da die Empfindlichkeit sehr groß sein muß. Verglichen werden kann diese mit dem Problem von der Erde aus festzustellen, ob irgendwo auf dem Mond eine Kerze an oder aus ist. Die speziellen Bauteile wurden hauptsächlich an der Universität zu Köln entwickelt. Neben der Arbeit an den technologischen Komponenten, sind Vorarbeiten zur Interpretation der empfangenen Signale geplant. Dazu dienen Versuche im Labor, wo bekannte Substanzen auf ihre Eigenschaften im Teraherzbereich untersucht werden. Erst wenn diese bekannt sind, können den Signalen aus dem Weltraum die einzelnen Moleküle zugeordnet werden.
Das Vorhaben ist auf 10 bis 15 Jahre angelegt, wobei pro Jahr etwa 3 Mio DM zur Verfügung stehen. Die Komplexität der Vorhaben, die technologischen Herausforderungen und die wichtigen Einblicke, die diese Forschungen ermöglichen, machen eine langfristige Planung innerhalb eines SFB notwendig. Die Erfahrungen aus den vorangegangenen Projekten zeigt, wie fruchtbar die Zusammenarbeit auf diesem Gebiet ist. Durch die Kenntnis der verschiedenen Stoffe in den Wolken, Nebeln und Sternen ergeben sich Einblicke in die Ursprünge, Geschichte und weitere Entwicklung entfernter Galaxien, der Milchstraße und unseres Sonnensystems. Dies sind die Grundlagen, die schließlich das Leben auf unserem und vielleicht auch anderen Planeten geschaffen haben.
Verantwortlich: Dr. Wolfgang Mathias
Für Rückfragen steht Ihnen .Professor Dr. Jürgen Stutzki unter der Telefonnummer 0221/470-3494, der Fax-Nummer 0221/470-5162 und unter der Email-Adresse Stutzki@ph1.uni-koeln.de zur Verfügung.
Unsere Presseinformationen finden Sie auch im World Wide Web
(http://www.uni-koeln.de/organe/presse/pi/index.htm).
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Mathematik, Physik / Astronomie
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
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