Planck - Untersuchung der kosmischen Hintergrundstrahlung



Start: 14. Mai 2009

Die Planck-Mission

Die kosmische Hintergrundstrahlung ist ein Relikt aus der Frühzeit unseres Universums. Sie ist nur wenige hunderttausend Jahre nach dem Urknall entstanden, als das Weltall noch einige tausend Grad heiß war. Zu dieser Zeit verbanden sich freie Protonen und Elektronen, die die Richtung der Strahlung abgelenkt hatten, zu neutralen Wasserstoffatomen und das Universum wurde durchsichtig.

Seitdem bewegen sich die Photonen dieser Strahlung nahezu ungehindert durchs All, nur ihre Energie verringerte sich aufgrund der kosmischen Expansion, so dass sie heute im Mikrowellenbereich mit einer Temperatur von nur noch etwa 2,7 Kelvin (etwa minus 270 Grad Celsius) empfangen werden.

 Künstlerische Darstellung des Planck-Satelliten
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Sie erreichen uns mit sehr hoher Gleichförmigkeit (Isotropie) aus allen Richtungen. Die größte Temperaturabweichung von rund 0,1 Prozent wird durch die Bewegung der Milchstraße relativ zum Mikrowellenhintergrund verursacht. Bei zirka 0,001 Prozent Abweichung und weniger beobachtet man Strukturen, deren Ursprung in der frühen, heißen Phase der kosmologischen Entwicklung liegt.

Ihre Entdeckung mit dem Satelliten COBE bedeutete einen Durchbruch für die Kosmologie, und wurde daher 2006 mit dem Physik-Nobelpreis für John Mather und George Smoot belohnt. Auch der Entdeckung der Hintergrundstrahlung im Jahre 1964 durch Arno Penzias und Robert Wilson war bereits der Physik-Nobelpreis (1978) zugesprochen worden.

 Die beiden Experimente in der Fokalebene des Planck-Satelliten
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Zur genaueren Messung der Temperaturfluktuationen in Abhängigkeit von ihrer Winkelausdehnung hat besonders das Satellitenteleskop WMAP beigetragen, das 2001 gestartet wurde.

Die Beobachtungsergebnisse flossen ein in ein Standardmodell für die Zusammensetzung des Universums: Man nimmt heute an, dass dessen Energiedichte dominiert wird von der Dunklen Energie (mehr als 70 Prozent), etwa 23 Prozent trägt die Dunkle Materie bei, und nur etwa vier Prozent sind Atome, aus denen das uns bekannte Universum zusammengesetzt ist.

Wissenschaftliche Ziele

Planck soll diese Messungen noch wesentlich verbessern und eine Karte des gesamten Himmels erstellen. Dabei wird die Winkelauflösung besser als zehn Bogenminuten sein (60 Bogenminuten entsprechen einem Grad) und noch Temperaturunterschiede von zirka 10 hoch -6 aufzeigen. Messungen bei verschiedenen Frequenzen ermöglichen die Trennung von galaktischen und extragalaktischen Vordergrundquellen und der gesuchten kosmologischen Strahlung.

Durch diese Messungen lassen sich fundamentale Fragen beantworten wie: Wie sah die Frühphase unseres Universums aus? Wie entwickelte es sich bis zu seinem heutigen Zustand? Wie wird die zukünftige Entwicklung aussehen? Die Missionsziele im Einzelnen sind:

  • Messung der Anisotropien in der kosmischen Hintergrundstrahlung, um die Parameter des kosmologischen Modells, das unser Universum beschreibt, mit höchster Genauigkeit zu bestimmen
  • Tests von Inflationsmodellen für das frühe Universum
  • Untersuchung von Keimzellen für die heute beobachteten Materie-Strukturen (Galaxien, Galaxienhaufen)
  • Messungen des Sunyaev-Zeldovich-Effektes, einer Modifikation der Hintergrundstrahlung durch Galaxienhaufen.

Aber auch die Vordergrundquellen sind Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen. So wurden zum Beispiel bereits ein Katalog von Galaxienhaufen erstellt sowie der durch Sternentstehung im frühen Universum erzeugte Infrarot-Hintergrund untersucht. Während die Forschungsergebnisse zu den Vordergrundquellen laufend veröffentlicht werden, ist mit kosmologischen Ergebnissen aufgrund der sehr komplexen Analyse erst ab 2013 zu rechnen.

Wissenschaftliche Nutzlast

Der Planck-Satellit (früher COBRAS/SAMBA genannt) trägt ein Teleskop mit einem Spiegeldurchmesser von 1,5 mal 1,75 Metern und mit zwei Instrumenten, die die Mikrowellenstrahlung in unterschiedlichen Frequenzbändern messen.

Instrument Kurzbeschreibung Federführendes Institut


HFI
(High Frequency Instrument)


83 Gigahertz - 1 Terahertz Bolometrischer Detector Array, betrieben bei 0.1 Kelvin

Institut d'Astrophysique Spatiale (Orsay, Frankreich)


LFI
(Low Frequency Instrument)


27 - 77 Gigahertz High Electron Mobility Transistor (HEMT) Radio Receiver Array, betrieben bei 20 Kelvin


Istituto di Tecnologie e Studio delle Radiazioni Extraterrestri (Bologna, Italien)

Nachdem das Kühlmittel für das HFI Mitte Januar 2012 aufgebraucht war, wurde dieses Instrument abgeschaltet. Das LFI soll noch etwa ein Jahr länger in Betrieb bleiben. Beide Instrumente haben circa 30 Monate parallel Daten geliefert, etwa doppelt so lange wie ursprünglich gefordert, und dabei fünfmal den gesamten Himmel abgescannt.

Deutscher Beitrag zu Planck

In Deutschland beteiligt sich das Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) in Garching an diesem Projekt. Wissenschaftler des MPA entwickeln Software für die Datenverarbeitung und den Informationsaustausch innerhalb der beiden Instrument-Konsortien. Sie schreiben Simulationsprogramme, die zum Testen der Datenverarbeitungsroutinen und später zur Analyse der Beobachtungsdaten benötigt werden. Das MPA liefert weiterhin Beiträge für ein Datenzentrum, wo die aufbereiteten Daten für die Astronomen bereitgestellt werden.

Allgemeine Parameter des Planck-Satelliten und der Mission:

Start: 14. Mai 2009 von Kourou, Franz. Guayana
Trägerrakete: Ariane 5 ECA (zusammen mit dem Herschel-Satelliten)
Orbit: Lissajous-Orbit um den Lagrange-Punkt L2, ca. 1,5 Millionen km von der Erde entfernt
Missionsdauer: bis Ende 2012
Gesamtmasse des Satelliten beim Start: ca. 1.800 Kilogramm
Teleskop-Parameter: Hauptspiegel-Durchmesser: 1,5 Meter x 1,75 Meter
(weitere Parameter bei ESA)
Äußere Abmessungen des Satelliten: Höhe: 4,2 Meter
Durchmesser: max. 4,2 Meter
Bodenstation: Perth, Australien
Missionsbetriebszentrum: ESOC, Darmstadt, Deutschland

Contact
Josef Hoell
German Aerospace Center

Space Administration
, Space Science
Tel: +49 228 447-381

Fax: +49 228 447-745

E-Mail: Josef.Hoell@dlr.de
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Links zu diesem Artikel
http://www.esa.int/ger/ESA_in_your_country/Germany/Planck_offenbart_uns_ein_fast_perfektes_Universum
http://www.mpg.de/7042307/kartierung_planck?filter_order=L
http://www.esa.int/esaSC/120398_index_0_m.html
http://planck.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=17
http://www.rssd.esa.int/index.php?project=Planck
http://planck.mpa-garching.mpg.de/
http://www.planck.fr/
http://www.satellite-planck.it/
Texte zu diesem Artikel
Herschel - Das europäische Infrarot-Observatorium (http://www.dlr.de/rd/en/desktopdefault.aspx/tabid-2448/3635_read-5477/usetemplate-print/)
Downloads zu diesem Artikel
Planck Datenblatt (http://www.dlr.de/rd/en/Portaldata/28/Resources/dokumente/rx/Planck_D_12_01.pdf)