Herschel - Das europäische Infrarot-Observatorium



 

 

Start: 14. Mai 2009, Missionsende: 29. April 2013

Die Herschel-Mission

Herschel (früher als "FIRST" bezeichnet) ist die letzte Cornerstone-Mission des Horizont 2000-Programms, das die ESA im Jahr 1984 veröffentlicht hat. Herschel wird das erste Weltraumobservatorium sein, das den kompletten Wellenlängenbereich des Fernen Infrarot (FIR) bis zum Sub-Millimeter-Bereich (60 - 670 Mikrometer) abdeckt. Es ist nach dem deutsch-britischen Astronomen Sir Friedrich Wilhelm Herschel (1738-1822) benannt, der im Jahr 1800 die Infrarotstrahlung entdeckte.

 Künstlerische Darstellung des Herschel-Satelliten
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Herschel ist das Nachfolgeprojekt des IR-Observatoriums ISO, das von 1995-1998 in Betrieb war. Die Daten, die während dieser Zeit gewonnen wurden, bilden noch heute die Grundlage zahlreicher wissenschaftlicher Veröffentlichungen. Entsprechend groß ist auch das Potenzial der Nachfolgemission Herschel, die in allen Bereichen noch einmal deutlich leistungsfähiger sein wird.

Eine große technische Herausforderung bei Herschel ist die Kühlung der Instrumente. Sie ist notwendig, weil die Experimente unter den im Orbit herrschenden Bedingungen selbst Infrarot-Strahlung emittieren und über einen störenden Rausch-Untergrund die Messempfindlichkeit stark herabsetzen würden. Daher sind die Instrumente in einen Kryostaten integriert, der sie mit 2000 Litern superflüssigen Heliums, das ständig langsam verdampft, auf zirka minus 271 Grad Celsius kühlt. Daneben wird das Teleskop durch einen Sonnenschild permanent im Schatten gehalten. Durch die Abstrahlung in den kalten Weltraum wird es passiv auf unter minus 180 Grad Celsius gekühlt.

 

 

Der Hauptspiegel des Teleskops hat einen Durchmesser von 3,5 Metern. Es wird damit das bis dahin größte Weltraumteleskop sein. Der Spiegel besteht aus Gewichtsgründen aus dem keramischen Material Siliziumkarbid (SiC), das zum ersten Mal bei einem Spiegel dieser Größe eingesetzt wird.

Nach dem Start wird das Observatorium 1,5 Millionen Kilometer von der Erde entfernt in einem Orbit um den zweiten Lagrange-Punkt (L2) des Erde-Sonne Systems platziert. Dieser Ort ist besonders geeignet, da dort die Störungen durch die Infrarot-Strahlung der Sonne und der Erde minimal sind.

Neben verschiedenen europäischen Nationen beteiligt sich auch die NASA am Herschel-Projekt. Sie stellt technologisch anspruchsvolle Komponenten für die Instrumente HIFI und SPIRE bei und baut ein eigenes wissenschaftliches Betriebszentrum auf.

 

Wissenschaftliche Ziele

Der Wellenlängenbereich von Herschel schließt die Lücke zwischen dem Bereich, der vom Boden aus zugänglich ist und dem, der von bisherigen Weltraummissionen abgedeckt wurde. In diesem Spektralbereich liegt das Strahlungsmaximum schwarzer Körper mit einer Temperatur von fünf bis 50 Kelvin. Gas und Molekülwolken mit einer Temperatur zwischen zehn und einigen 100 Kelvin haben bei diesen Wellenlängen starke Emissionslinien. Wärmestrahlung von Staubpartikeln stellt eine verbreitet Quelle kontinuierlicher Strahlung in diesem Wellenlängenbereich dar. Diese Strahlungsquellen finden sich vielfach in unserer Milchstraße bis hin zu entfernten Gebieten des Universums. Da Herschel diesen Wellenlängenbereich teilweise zum ersten Mal untersuchen wird, erwartet man eine Fülle neuer Entdeckungen:

  • Durch tiefe Himmelsdurchmusterungen soll die Bildung und Entwicklung von Galaxien vom jungen Universum bis heute untersucht werden.
  • Besonders interessante Objekte, die bei diesen Durchmusterungen entdeckt werden, sollen durch Folgebeobachtungen im Detail studiert werden. Man verspricht sich wichtige Informationen über die physikalischen Prozesse in Galaxien.
  • Die Erforschung der physikalischen und chemischen Prozesse des interstellaren Mediums soll Aufschluss über die Bildung von Sternen aus Molekülwolken sowohl in unserer eigenen Milchstraße als auch in anderen Galaxien geben.
  • Die quantitative Analyse der Chemie von Gas und Staub soll wichtige Informationen über die physikalischen und chemischen Vorgänge bei der Entstehung und den frühen Entwicklungsstadien von Sternen liefern.
  • Mit hochauflösender Spektroskopie soll die Beschaffenheit von Kometen und Planetenatmospären bzw. deren Oberflächen untersucht werden.
Wissenschaftliche Nutzlast

Herschel trägt drei wissenschaftliche Instrumente, die sich innerhalb des Kryostaten die Fokalebene teilen:

 

Instrument

Kurzbeschreibung

Principal Investigator (PI)

HIFI
(Heterodyne Instrument for the Far Infrared)
Hochauflösendes Heterodyn-Spektrometer
157 - 625 Mikrometer
Thijs de Graauw,
Netherlands Institute for Space Research (SRON)
(Groningen, Niederlande)
PACS
(Photodetector Array Camera and Spectrometer)
Abbildendes Photometer / Integral Field Spektrometer
57 - 210 Mikrometer
Albrecht Poglitsch,
Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik (MPE)
(Garching, Deutschland)
SPIRE
(Spectral and Photometric Imaging Receiver)
Abbildendes Photometer / Abbildendes Fourier-Transform-Spektrometer
200 - 670 Mikrometer
Matthew Griffin, University of Wales (Cardiff, Großbritannien)

Deutsche Beiträge zu Herschel (PACS und HIFI)

PACS wird unter der Leitung des deutschen PI Dr. A. Poglitsch (Max-Planck Institut für extraterrestrische Physik, Garching) entwickelt.

 

 Der 3,5 Meter-Teleskopspiegel des Herschel-Observatoriums
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Das MPE ist dabei für den Gesamtentwurf des Instruments, die Focal Plane Unit, die Detektoren des Spektrometerkanals, die Filterräder und die Gesamtintegration verantwortlich. Ein größerer Teil der Arbeiten wird im Auftrag des MPE von den Firmen Kayser-Threde GmbH, München, und ASTEQ Applied Space Techniques GmbH, Kelkheim, durchgeführt. Das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg steuert einen Kippspiegel bei, der bei der Carl Zeiss AG, Oberkochen, hergestellt wird.

Zusätzlich zu den Beiträgen zur Instrumentenentwicklung trägt Deutschland auch den größten Anteil der Kosten für das so genannte Instrument Control Center (ICC). Die Aufgabe des ICC ist der Betrieb der Instrumente während der Mission.

Deutschland trägt einen wesentlichen Anteil am Bau des Instrumentes HIFI, das unter der Leitung des niederländischen PI Th. de Graauw entwickelt wird. Prof. J. Stutzki (Universität Köln) koordiniert als Co-PI bei HIFI die deutschen Instrumentenbeiträge.

Die Universität Köln entwickelt darüber hinaus ein Mischerelement für Band 2 und als Backend ein Akusto-optisches Spektrometer (AOS). Die zum AOS zugehörige Elektronik wird vom Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung in Katlenburg-Lindau hergestellt. Das Local-Oscillator-Subsystem wird unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn entwickelt.

Auch das ICC für HIFI wird in der Betriebsphase von Deutschland unterstützt.

Allgemeine Parameter des Herschel-Satelliten und der Mission:

 

Start: 14. Mai 2009 von Kourou, Franz. Guayana
Trägerrakete: Ariane 5 ECA (zusammen mit dem Planck-Satelliten)
Orbit: Lissajous-Orbit um den Lagrange-Punkt L2
Missionsdauer: Ursprüngliche Planung: 3 Jahre (plus 1 Jahr mögliche Verlängerung).
Die Missionszeit war begrenzt durch den Vorrat an flüssigem Helium und endete am 29. April 2013
Gesamtmasse des Satelliten beim Start: ca. 3.300 Kilogramm
Teleskopdurchmesser: 3,5 Meter
Äußere Abmessungen des Satelliten: Höhe: 9 Meter
Durchmesser: 4 Meter
Bodenstation: Perth, Australien
Missionsbetriebszentrum: ESOC, Darmstadt, Deutschland
Wissenschaftlicher Betrieb : ESAC, Villafranca, Spanien

Contact
Dr.-Ing. Christian Gritzner
German Aerospace Center

Space Administration
, Space Science
Tel: +49 228 447-530

Fax: +49 228 447-745

E-Mail: Christian.Gritzner@dlr.de
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Links zu diesem Artikel
http://www.esa.int/ger/ESA_in_your_country/Germany/Sendeschluss_fuer_Herschel
http://www.dlr.de/dlr/presse/desktopdefault.aspx/tabid-10172/213_read-6460/year-all/
http://oshi.esa.int/image.html?id=17
http://www.esa.int/esaSC/120390_index_0_m.html
http://www.sron.nl/herschel-hifi-missionsmenu-367.html
http://www.mps.mpg.de/de/projekte/herschel/
http://www.astro.uni-koeln.de/hifi
http://www.mpifr-bonn.mpg.de/
http://pacs.mpe.mpg.de/
http://www.mpia.de/PACS/welcome.html
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