Seit mehr als 16 Jahren, beginnend mit seinem Start im Jahr 2003, bietet uns das Spitzer-Weltraumteleskop, das Ende dieses Monats seinen Betrieb einstellen wird, einen beispiellosen Blick auf das Universum bei infraroten Wellenlängen, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Spitzers Forschungen — wie in über 8.600 referierten Arbeiten, Dutzenden von Doktorarbeiten, unzähligen Konferenz-Abstracts und Vorträgen und mehreren Büchern beschrieben – reichen von der Bestimmung der Größe erdnaher Asteroiden bis zur Messung der Masse und des Alters der Sterne in den entferntesten Galaxien. Spitzer hatte einen großen Einfluss auf nicht weniger als fünf Hauptbereiche der astronomischen Forschung:
Sonnensystemstudien. Zu den Höhepunkten von Spitzers Untersuchungen unseres eigenen Sonnensystems gehören die Entdeckung eines riesigen, bisher unbekannten Staubrings, der den Saturn umkreist, und die Bestimmung der Zusammensetzung des Staubes, der vom Kometen Tempel I ausgestoßen wurde, nachdem die Deep Impact-Raumsonde ein Projektil zum Absturz gebracht hatte. Diese Kometenmessungen sind eines von vielen Spitzer-Ergebnissen, die wichtige Verbindungen zwischen den Eigenschaften des Sonnensystems und denen exoplanetarer Systeme herstellen – die selbst auch von Spitzer ausführlich untersucht wurden.
Die Entstehung von Sternen und Planetensystemen. Spitzer-Beobachtungen haben gezeigt, dass bei der Bildung eines Sterns eine erhebliche Menge Materie in die Bildung einer Scheibe gelangt, die ihn umkreist. Spitzer hat die ersten Stadien der Planetenentstehung beobachtet, als der ultrafeine kosmische Staub in der Scheibe zu größeren Körpern zu verschmelzen beginnt und eine Kaskade auslöst, die häufig zur Bildung von Planeten führt. Diese frühen Stadien der Planetenentstehung sind in vollem Gange, nur wenige Millionen Jahre nachdem der Zusammenbruch einer dichten interstellaren Wolke den Sternentstehungsprozess ausgelöst hat — ein relativer Moment in kosmischer Hinsicht.
Exoplaneten. Selbst als sich die Spitzer-Mission entfaltete, stellten Studien von bodengestützten Teleskopen und vor allem von der NASA-Raumsonde Kepler fest, dass viele Sonnensterne Planetensysteme beherbergen, zu denen oft Planeten gehören, die nicht mehr als doppelt so groß sind wie die Erde. Spitzer ist zu einer Säule der aggressiven und aufschlussreichen Untersuchung dieser Exoplaneten durch die Wissenschaft geworden. Spitzer stellte fest, dass drei von sieben erdgroßen Planeten, die den nahegelegenen schwachen roten Stern Trappist-1 umkreisen, in oder in der Nähe der bewohnbaren Zone liegen – der Region um den Stern, in der Wasser auf der Planetenoberfläche flüssig sein würde.
Spitzer hat auch die Variation der Temperatur eines Planeten um seinen Umfang herum kartiert und in mehreren Fällen Beweise für atmosphärische Winde mit Geschwindigkeiten von Tausenden von Kilometern pro Stunde gefunden. Es ist erstaunlich für mich, dass Spitzers Messungen es mir ermöglichen, mit einiger Sicherheit über die Temperaturverteilung auf der Oberfläche eines Planeten zu schreiben, der einen Stern umkreist, der etwa 65 Lichtjahre von der Erde entfernt liegt.
Ferne Galaxien. Spitzer hat große Teile der Milchstraße und des Universums darüber hinaus untersucht. Eine solche Untersuchung, koordiniert mit dem Hubble-Weltraumteleskop, führte zur Identifizierung der bisher entferntesten Galaxie. Spitzer und Hubble sehen es so, wie es nicht lange nach dem Urknall war, der vor etwa 13, 8 Milliarden Jahren stattfand. Die Existenz massereicher Galaxien wie dieser so früh in der Entwicklung des Universums stellt unser Verständnis der Entstehung von Galaxien in Frage und wirft Fragen auf, mit denen sich das kommende James Webb Space Telescope der NASA befassen wird, das 2021 gestartet werden soll.
Das Wachstum von Sternen und Galaxien. Das Universum entstand aus dem Urknall als heiße Suppe aus Wasserstoff- und Heliumatomen, was uns hilft zu verstehen, warum Galaxien wie die oben beschriebene nur wenige und weit über 13 Jahre alt waren.vor 5 Milliarden Jahren. Sie sind heute jedoch üblich, was darauf zurückzuführen ist, dass die Anzahl der Sterne im Universum im Laufe der Zeit zugenommen hat, als sich Galaxien bildeten und wuchsen und immer mehr Material, das sie enthielten, zu Sternen zusammenbrach. Spitzer ist einzigartig in der Lage, dieses Wachstum über die kosmische Zeit zu messen, indem er feststellt, dass die Anzahl der Sterne in den ersten vier Milliarden Jahren des Lebens des Universums schnell gewachsen ist, in jüngerer Zeit jedoch langsamer zugenommen hat.
Kredit: NASA Wikimedia
So mächtig diese wissenschaftlichen Ergebnisse auch sind, sie sind nur ein Teil von Spitzers Vermächtnis. Andere Bereiche, in denen dieses Erbe von großer Bedeutung war und sein wird, sind die folgenden:
Die Großen Observatorien. Das Konzept der Great Observatories, das 1985 von der NASA und der wissenschaftlichen Gemeinschaft entwickelt wurde, sah vier leistungsstarke Weltraumteleskope vor, die das gesamte elektromagnetische Spektrum in Wellenlängen abdecken, die kürzer sind als von Radiowellen, die gleichzeitig arbeiten. Spitzer, ursprünglich als Space Infrared Telescope Facility (SIRTF) bekannt, war Gründungsmitglied dieser Elitegruppe und schloss sich dem Compton Gamma Ray Observatory, dem Hubble Space Telescope und der Advanced X-Ray Astrophysics Facility (AXAF) an., jetzt bekannt als Chandra X-Ray Observatory. Die Fertigstellung der Großen Observatorien mit dem Start von SIRTF im Jahr 2003 ist ein gefeierter Meilenstein in der Erforschung des Universums, der die Verwirklichung einer Vision darstellt, die vor etwa 20 Jahren entstanden ist. Die synergistische Wissenschaft dieser leistungsstarken Observatorien hatte weitaus größere Auswirkungen, als wir uns bei der Formulierung dieses Programms hätten vorstellen können.
Keine Mission ist eine Insel. Spitzers Beobachtungen haben die wissenschaftliche Rendite nicht nur von anderen NASA-Missionen, sondern auch von bodengestützten Instrumenten verbessert. Zum Beispiel haben Spitzer und Hubble ihre Kräfte zusammengeschlossen, um die Eigenschaften der entferntesten bekannten Galaxien zu bestimmen, und, viel näher an der Heimat, haben sie auch die Eigenschaften von Exoplanetenatmosphären stark eingeschränkt. Spitzer untersucht jetzt sogar Exoplaneten, die vom kürzlich gestarteten Transiting Exoplanet Survey-Satelliten identifiziert wurden, um die Temperaturen dieser neu entdeckten Welten zu bestimmen. Schließlich hat Spitzer die Folgen eines bemerkenswerten Neutronensternkoaleszenzereignisses beobachtet, das von Gravitationswellenobservatorien entdeckt wurde, und Modelle für die Synthese von Seltenerdelementen in den neutronenreichen Trümmern dieses katastrophalen Ereignisses verifiziert.
Den Tisch für zukünftige Missionen bereiten. Das IRAS der NASA und die ISO der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) halfen bei der Grundlagenarbeit für Spitzer; Spitzer wiederum bereitet den Weg für zukünftige NASA-Missionen vor. Am bemerkenswertesten ist das lang erwartete James Webb Telescope (JWST), das einige der von Spitzer untersuchten Wellenlängen abdecken wird, jedoch mit viel höherer Empfindlichkeit und spektraler und räumlicher Auflösung. Spitzer bereitet auch den Boden für andere bevorstehende NASA-Missionen vor, insbesondere Euclid (eine gemeinsame Mission mit der ESA) und Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST). In beiden Fällen werden Spitzers umfangreiche extragalaktische Vermessungen ein Infrarot-Gegenstück zu den optischen / Nahinfrarot-Weitfeld-Vermessungen Euclid und WFIRST liefern
Spitzer hat auch technologische Fortschritte vorangetrieben, die den Weg für zukünftige Missionen ebnen. Am bemerkenswertesten ist Spitzers umfangreicher Einsatz der Strahlungskühlung — die Wärme in die Schwärze des Weltraums abstrahlt —, um Temperaturen weit unter 50 Kelvin zu erreichen und aufrechtzuerhalten, die zuvor mit gespeicherten Kryogenen oder mechanischen Kühlern erreicht wurden. Zukünftige Missionen, allen voran JWST und auch der SPHEREx Explorer, der jetzt am JPL entwickelt wird, können nun eine Basis für die Strahlungskühlung mit viel mehr Sicherheit und Zuversicht schaffen, als dies bisher möglich war.
Die öffentliche Vorstellungskraft einfangen. Wie bei vielen anderen NASA-Missionen wurden die aufregendsten und zugänglichsten Ergebnisse von Spitzer der Öffentlichkeit zugänglich gemacht. Das bemerkenswerteste Ergebnis, die Analyse der Planeten um Trappist-1, brachte mehr als 17.000 Print- und Online-Artikel hervor; die Pressekonferenz, auf der das Ergebnis bekannt gegeben wurde, wurde fast fünf Millionen Mal angesehen, und die Geschichte erhielt mehr als 3,2 Milliarden nicht eindeutige Aufrufe über das Internet.
Eine große menschliche Errungenschaft. Es gibt eine menschliche Seite zu Spitzer, die besondere Betonung verdient. Tausende von Menschen arbeiteten vor und nach dem Start an Spitzer, um dieses leistungsstarke Observatorium vorzubereiten und zu warten und seine Nutzung durch eine große und energische Gemeinschaft von Astronomen zu erleichtern. Alle diese Menschen sollten stolz auf das sein, was sie erreicht haben, denn der Erfolg von Spitzer ist direkt auf ihre Fähigkeiten, ihren Einfallsreichtum und ihr Engagement zurückzuführen. Die technisch komplexe und innovative Spitzer-Anlage zeigt, was eine Gruppe qualifizierter und motivierter Menschen leisten kann, die richtig unterstützt und befähigt werden. Ich fühle, dass Spitzer ein Denkmal für die Kraft des menschlichen Geistes ist. Wir sollten uns von dieser wichtigen Komponente von Spitzers Vermächtnis leiten lassen, die in allen Bereichen des menschlichen Strebens gilt, wenn wir durch das Meer der Probleme navigieren, mit denen wir konfrontiert sind.
Was kommt als nächstes? Das Ende von Spitzers Beobachtungen Dies ist nicht das Ende von Spitzer, da alle Daten der Mission archiviert und in der IRSA-Einrichtung am Caltech verfügbar sind. Leser, die mehr über Spitzer erfahren möchten, sollten sich das Buch ansehen, das ich zusammen mit Peter Eisenhardt verfasst habe: More Things in the Heavens: How Infrared Astronomy is Expanding our View of the Universe, herausgegeben von Princeton University Press.
