Wir Menschen haben einen unstillbaren Hunger, das Universum zu verstehen. Wie Carl Sagan sagte: „Verstehen ist Ekstase.“ Aber um das Universum zu verstehen, brauchen wir immer bessere Möglichkeiten, es zu beobachten. Und das bedeutet eines: große, riesige, riesige Teleskope.

In dieser Serie schauen wir uns die kommenden Superteleskope der Welt an:

• Das Riesen-Magellan-Teleskop
• Das überwältigend große Teleskop
• Das 30-Meter-Teleskop
• Das European Extremely Large Telescope
• Das große synoptische Vermessungsteleskop
• Das James Webb Weltraumteleskop
• Das Weitfeld-Infrarot-Vermessungsteleskop
• Der große optische UV-Infrarot-Vermesser (LUVOIR)

Das Large UV Optical Infrared Surveyor Telescope (LUVOIR)

Es gibt eine ganze Generation von Menschen, die mit aufgewachsen sind Bilder vom Hubble-Weltraumteleskop . Nicht nur in Zeitschriften, sondern im Internet und auf YouTube. Aber innerhalb von ein oder zwei Generationen wird das Hubble selbst urig erscheinen, und Wendeereignisse unserer Zeit, wie die Mondlandung, werden nur schwarze und weiße Relikte einer unmöglich fernen Zeit sein. Die nächsten Generationen werden mit Bildern und Entdeckungen der Superteleskope ernährt. Und der LESEN wird unter diesen „Umfängen“ an vorderster Stelle stehen.

Wenn Sie noch nicht von LUVOIR gehört haben, ist es verständlich; LUVOIR befindet sich in der Anfangsphase der Definition und Entwicklung. Aber LUVOIR repräsentiert die nächste Generation von Weltraumteleskopen, und seine Leistung wird die seines Vorgängers, des Hubble, in den Schatten stellen.

LUVOIR (so sein vorläufiger Name) wird ein Weltraumteleskop sein, und es wird seine Arbeit am LaGrange 2 Punkte , derselbe Ort, an dem JWST sein wird. L2 ist ein natürlicher Standort für Weltraumteleskope. Das Herzstück von LUVOIR wird ein 15 m segmentierter Hauptspiegel sein, der viel größer ist als der Hubble-Spiegel, der nur 2,4 m im Durchmesser hat. Tatsächlich wird LUVOIR so groß sein, dass der Hubble direkt durch das Loch in seiner Mitte fahren könnte.

Dieses nicht maßstabsgetreue Bild des Sonnensystems zeigt die LaGrangeschen Punkte. LUVOIR wird sich zusammen mit dem JWST in einer Halo-Umlaufbahn auf L2 befinden. Bild: Von Xander89 – Datei:Lagrange_points2.svg, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=36697081

Während James Webb Weltraumteleskop wird viel früher als LUVOIR in Betrieb sein und auch erstaunliche Arbeit leisten, es wird hauptsächlich im Infraroten beobachten. LUVOIR wird, wie der Name schon sagt, ein breiteres Beobachtungsspektrum haben, das eher dem von Hubble ähnelt. Es wird im Ultraviolett-Spektrum, dem Optischen Spektrum und dem Infrarot-Spektrum sehen.

Vor kurzem sprach Brad Peterson mit Fraser Cain bei einem wöchentlichen Space Hangout, in dem er die Pläne für das LUVOIR skizzierte. Brad ist ein kürzlich pensionierter Professor für Astronomie an der Ohio State University, wo er 9 Jahre lang als Vorsitzender der Astronomie-Abteilung tätig war. Derzeit ist er Vorsitzender des Wissenschaftsausschusses des Advisory Council der NASA. Peterson ist außerdem Distinguished Visiting Astronomer am Space Telescope Science Institute und Vorsitzender der Astronomie-Sektion der American Association for the Advancement of Science.

Es wurden verschiedene Designs für LUVOIR diskutiert, aber wie Peterson im obigen Interview betont, scheint sich der Plan auf einen 15-m-Segmentspiegel festgelegt zu haben. Ein 15-Meter-Spiegel ist größer als jedes optische Lichtteleskop, das wir auf der Erde haben, obwohl die Dreißig-Meter-Teleskop und andere werden bald größer sein.

„Segmentierte Teleskope sind die Technologie von heute, wenn es um bodengestützte Teleskope geht. Das JWST hat diese Technologie in den Weltraum gebracht, und das LUVOIR wird das segmentierte Design noch einen Schritt weiterführen“, sagte Peterson. Das segmentierte Design von LUVOIR unterscheidet sich jedoch in mehreren Punkten vom JWST.

„…das LUVOIR wird das segmentierte Design noch einen Schritt weiterführen.“ – Brad Peterson

Die Spiegel von JWST bestehen aus Beryllium und sind mit Gold beschichtet. LUVOIR erfordert nicht das gleiche exotische Design. Aber es hat andere Anforderungen, die die Grenzen des segmentierten Teleskopdesigns überschreiten. LUVOIR wird eine riesige Auswahl an CCD-Sensoren haben, deren Betrieb eine enorme Menge an elektrischer Leistung erfordert.

Das Hubble-Weltraumteleskop auf der linken Seite hat einen 2,4-Meter-Spiegel und das James-Webb-Weltraumteleskop hat einen 6,5-Meter-Spiegel. LUVOIR, nicht gezeigt, wird sie beide mit einem massiven 15-Meter-Spiegel in den Schatten stellen. Bild: NASA

LUVOIR wird nicht wie das JWST kryogen gekühlt, da es sich nicht in erster Linie um ein Infrarot-Observatorium handelt. LUVOIR wird auch so konzipiert sein, dass es gewartet werden kann. Tatsächlich verlangt der US-Kongress nun, dass alle Weltraumteleskope betriebsbereit sind.

„Der Kongress hat vorgeschrieben, dass alle zukünftigen großen Weltraumteleskope, wenn möglich, betriebsbereit sein müssen.“ – Brad Peterson

LUVOIR ist auf eine lange Lebensdauer ausgelegt. Seine zahlreichen Instrumente werden austauschbar sein, und die Hoffnung ist, dass es 50 Jahre im Weltraum hält. Ob es von Robotern oder von Astronauten bedient wird, steht noch nicht fest. Es kann sogar so ausgelegt sein, dass es zur Wartung von L2 zurückgebracht werden kann.

LUVOIR wird zur Suche nach Leben auf anderen Welten beitragen. Eine wesentliche Voraussetzung für LUVOIR ist, dass es Spektroskopie an den Atmosphären entfernter Planeten durchführt. Wenn Sie Spektroskopie durchführen können, können Sie die Bewohnbarkeit bestimmen und möglicherweise sogar, ob ein Planet bewohnt ist. Dies ist die erste große technologische Herausforderung für LUVOIR. Diese Spektroskopie erfordert einen leistungsstarken Koronagraphen, um das Licht der Sterne zu unterdrücken, die Exoplaneten umkreisen. Der Koronagraph von LUVOIR wird sich darin auszeichnen, mit einem Verhältnis der Sternenlichtunterdrückung von 10 Milliarden zu 1. Mit dieser Fähigkeit sollte LUVOIR in der Lage sein, Spektroskopie an den Atmosphären kleiner, terrestrischer Exoplaneten und nicht nur an größeren Gasriesen durchzuführen.

„Dieses Teleskop wird bemerkenswert sein. Die wichtigste Wissenschaft, die es leisten kann, ist die Spektroskopie von Planeten in der bewohnbaren Zone um nahegelegene Sterne.“ – Brad Peterson

Dieses Video vom Goddard Space Flight Center der NASA spricht über die Suche nach Leben und wie Teleskope wie LUVOIR zur Suche beitragen werden. Um 15:00 Uhr spricht Dr. Aki Roberge darüber, wie Spektroskopie der Schlüssel zum Auffinden von Lebenszeichen auf Exoplaneten ist und wie LUVOIR diese Suche noch einen Schritt weiter gehen wird.

Die Spektroskopie zur Suche nach Lebenszeichen auf Exoplaneten ist nur eines der wissenschaftlichen Ziele von LUVOIR.

LUVOIR hat auch andere Herausforderungen, darunter:

• Kartierung der Verteilung der Dunklen Materie im Universum.
• Die Quelle der Gravitationswellen isolieren.
• Abbildung zirkumstellarer Scheiben, um zu sehen, wie sich Planeten bilden.
• Das erste Sternenlicht im Universum identifizieren, frühe Galaxien untersuchen und die ersten Schwarzen Löcher finden.
• Untersuchung der Oberflächenmerkmale von Welten in unserem Sonnensystem.

Um all diese Herausforderungen zu bewältigen, muss LUVOIR weitere technologische Hürden nehmen. Eine davon ist die Forderung nach langen Belichtungszeiten. Dies schränkt die Stabilität des Zielfernrohrs enorm ein, da sein Spiegel so groß ist. Ein System von aktiven Stützen für die Spiegelsegmente hilft bei der Stabilität. Dies ist eine Eigenschaft, die es mit anderen terrestrischen Superteleskopen wie dem teilt Dreißig-Meter-Teleskop und der Europäisches extrem großes Teleskop . Jeder von ihnen hatte Hunderte von Segmenten, die mit Computern präzise gesteuert werden müssen.

Eine zirkumstellare Trümmerscheibe um ein ausgereiftes Sternsystem kann darauf hinweisen, dass sich darin erdähnliche Planeten befinden. LUVOIR wird in der Lage sein, in das Innere der Scheibe zu sehen, um die Planetenbildung zu beobachten.
Bildnachweis: NASA

Die Konstruktion von LUVOIR und wie es in die Umlaufbahn gebracht wird, sind ebenfalls wichtige Überlegungen.

Laut Peterson könnte LUVOIR mit jeder der in Entwicklung befindlichen Schwerlastraketen gestartet werden. Die Falke Heavy wird in Betracht gezogen, ebenso wie die Weltraumstartsystem . Der SLS Block 1B könnte dies tun, abhängig von der endgültigen Größe von LUVOIR.

'Ich brauche ein Schwerlastfahrzeug.' – Brad Peterson

Oder LUVOIR wird möglicherweise nie in den Weltraum geschossen. Es könnte im Weltraum mit vorgefertigten Komponenten zusammengebaut werden, die einzeln gestartet werden, genau wie die Internationale Raumstation. Das hat mehrere Vorteile.

Bei der Montage im Weltraum muss das Teleskop nicht so gebaut sein, dass es der enormen Kraft standhält, die erforderlich ist, um etwas in die Umlaufbahn zu bringen. Es ermöglicht auch das Testen, wenn es abgeschlossen ist, bevor es an L2 gesendet wird. Sobald das Zielfernrohr zusammengebaut und getestet war, konnte ein kleiner Ionenantrieb verwendet werden, um es auf L2 anzutreiben.

Es ist möglich, dass die Infrastruktur für den Bau von LUVOIR im Weltraum in ein oder zwei Jahrzehnten existiert. Das Deep Space Gateway der NASA im cis-lunaren Raum ist für Mitte der 20er Jahre geplant. Es würde als Ausgangspunkt für Weltraummissionen und für Missionen zur Mondoberfläche dienen.

LUVOIR steht noch am Anfang. Die Menschen dahinter entwerfen es, um möglichst viele wissenschaftliche Ziele zu erreichen, und das alles innerhalb der technologischen Grenzen unserer Zeit. Die Planung muss irgendwo beginnen, und die von Brad Peterson präsentierten Pläne repräsentieren die aktuelle Denkweise hinter LUVOIR. Aber es gibt noch viel zu tun.

„Der typische Zeitraum von der Auswahl bis zum Start einer Flaggschiff-Mission beträgt etwa 20 Jahre.“ – Brad Peterson

Wie Peterson erklärt, muss LUVOIR während der Decadal Survey 2020 als höchste Priorität der NASA ausgewählt werden. Sobald dies geschieht, werden noch ein paar Jahre benötigt, um das Design der Mission wirklich zu konkretisieren. Laut Peterson beträgt „der typische Zeitraum von der Auswahl bis zum Start einer Flaggschiff-Mission etwa 20 Jahre.“ Das bringt uns zu einer möglichen Markteinführung Mitte der 2030er Jahre.

Unterwegs wird LUVOIR ein passenderer Name gegeben. James Webb, Hubble, Kepler und andere haben alle wichtige Missionen nach ihnen benannt. Vielleicht ist Carl Sagan an der Reihe.

„The Carl Sagan Space Telescope“ hat einen schönen Klang, nicht wahr?