FIA ist - nach 2013 und 2015 - zum dritten Mal in Neuseeland unterwegs: Am 6. Juni 2016 um 1.37 Uhr mitteleuropäischer Sommerzeit (11.37 Uhr Ortszeit) ist die fliegende Sternwarte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA am Flughafen von Christchurch gelandet. Bereits am 9. Juni startet SOFIA (Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie) zum ersten Wissenschaftsflug der diesjährigen Kampagne in der Südhemisphäre. Noch bis zum 20. Juli 2016 sollen in insgesamt 25 Beobachtungsflügen die in Deutschland gebauten Ferninfrarotspektrometer GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) und FIFI-LS (Field-Imaging Far-Infrared Line Spectrometer) sowie das US-amerikanische Instrument FORCAST (Faint Object InfraRedCAmera for the SOFIA Telescope) zum Einsatz kommen.

Mit diesen Instrumenten lassen sich insbesondere Molekül- und Staubwolken in Gebieten erforschen, in denen neue Sterne und Planetensysteme entstehen. Dabei werden die Wissenschaftler vor allem die - nur am Südhimmel - sichtbaren "Zwerggalaxien"- die Große und Kleine Magellansche Wolke - sowie die Materiebewegungen im Zentrum unserer Milchstraße ins Visier nehmen, um die Sternentstehungsgebiete dieser unterschiedlich strukturierten Galaxien zu vergleichen.

"In diesem Jahr kommen während der Forschungskampagne erstmals drei Beobachtungsinstrumente zum Einsatz. Für die Wissenschaftler bietet das große Vorteile, da so Sternentstehungsgebiete in den verschiedensten Stadien ihrer Entwicklung beobachtet werden können", erklärt Alois Himmes, SOFIA-Projektleiter im DLR Raumfahrtmanagement. So können beispielsweise die spektralen "Fingerabdrücke" von Atomen und Molekülen gemessen werden, um Gasdichten, Temperaturen und Geschwindigkeiten der Wolken zu ermitteln. "Damit lässt sich die Gesamtdynamik der Sternentstehung im Detail untersuchen, angefangen von riesigen aber weniger dichten Molekülwolken über kleinere aber kompakte Wolken bis hin zu den so genannten protoplanetaren Scheiben, in deren Zentrum bereits ein neuer Stern zu leuchten beginnt", ergänzt Himmes.

SOFIA ist am 4. Juni 2016 von ihrer Heimatbasis in Palmdale in Kalifornien gestartet und nach einem Zwischenstopp zum Auftanken auf Hawaii in Christchurch in Neuseeland gelandet. Während dieses Überführungsflugs waren FIFI-LS und FORCAST in speziellen Transportvorrichtungen im Rumpf der Boeing 747SP verstaut. GREAT war bereits am Instrumentenflansch des in den Jumbo-Jet eingebauten Teleskops montiert, das einen Spiegeldurchmesser von 2,7 Metern hat. "GREAT war bei den letzten Forschungsflügen von Palmdale aus im Einsatz und wird auch die ersten acht Flüge in Neuseeland beginnen", erklärt Himmes.

Mehr als 100 Mitarbeiter, darunter Wissenschaftler, Piloten, Ingenieure, Wartungs- und Sicherheitspersonal, sind nun bis Ende Juli in Christchurch. SOFIA nutzt die langen Winternächte in Neuseeland, da während dieser Zeit die Wasserdampfkonzentration in der irdischen Atmosphäre sehr viel geringer ist als in unserem Sommer auf der Nordhalbkugel. Denn schon kleinste Mengen an Wasserdampf in der Luft können die Infrarotstrahlung aus dem All "verschlucken", sodass diese nicht mehr von den Spektrometern gemessen werden kann.

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Mit GREAT ausgedehnte Molekülwolken erkunden

Erstmals fliegt in Neuseeland neben GREAT auch eine verbesserte Version des Instruments: upGREAT betreibt statt einem Detektor, wie bei Great, 14 Detektoren gleichzeitig. Diese sind auf zwei Arrays verteilt und können daher wesentlich schneller eine Molekülwolke abscannen. "Mit upGREAT erhöht sich die Leistungsfähigkeit und die Beobachtungseffizienz unseres Instruments in etwa um das Zehnfache, und neue bislang unerforschte Frequenzbereiche werden erschlossen ", erläutert Dr. Rolf Güsten, der Leiter des GREAT- und upGREAT-Instruments vom Max-Planck Institut für Radioastronomie in Bonn. "Dieses Jahr reichen die Untersuchungen von der Kartierung des atomaren Sauerstoffs in den Magellanschen Wolken und im Galaktischen Zentrum über Studien der Chemie protoplanetarer Scheiben und Planetarischer Nebel bis hin zur Jagd nach im Weltall bislang nicht nachgewiesener Molekülen", ergänzt Dr. Güsten.

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FIFI-LS misst Daten zur Sternentstehung

Zum ersten Mal erkundet FIFI-LS die Südhemisphäre. Dieses Instrument mit zwei Detektorarrays misst bei deutlich mehr Wellenlängen als GREAT und kann schneller großflächige Kartierungen ausgedehnter Molekülwolken vornehmen. FIFI-LS wird diesmal insbesondere die Elemente Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoff in Sternentstehungsgebieten und im interstellaren Medium, dem Raum zwischen den Sternen, sowohl in unserer Milchstraße aber auch in anderen entfernteren Galaxien beobachten. "Damit können wir erstmals eine detailgetreue Inventur der Materie in der Umgebung des galaktischen Zentrums durchführen", erläutert Prof. Alfred Krabbe, Leiter des FIFI-LS-Instruments und des Deutschen SOFIA Instituts (DSI) an der Universität Stuttgart. "Außerdem werden wir das riesige Sternentstehungsgebiet in der Großen Magellanschen Wolke untersuchen. Das geht nur von Neuseeland aus."

Kampagnen-Abschluss mit Instrument FORCAST

Bei seinen neun Einsätzen misst FORCAST bei kürzeren Wellenlängen als FIFI-LS und beobachtet insbesondere Staubscheiben um neu entstandene Sterne, aber auch die von alten Sternen und Supernovae ins Weltall zurückgeschleuderten Staubmassen. Am 25. Juli soll SOFIA wieder nach Palmdale zurückfliegen. Nach einer Wartung des Flugzeugs und des Teleskops sollen dann ab Mitte August bis Ende 2016 weitere 40 Wissenschaftsflüge von Kalifornien aus durchgeführt werden.

SOFIA

SOFIA, das "Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie" ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird vom DLR Raumfahrtmanagement mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie, des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA-Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA).