Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck

Neuer Blick aufs Universum mit Herschel/Planck

Im Frühjahr 2009 sollen beide Teleskope laut ESA mit einer Ariane-5 Rakete ins Weltall gebracht werden.
 
Vom Entstehen ganzer Sterne und Planeten sieht die Wissenschaft bisher nur die Abfallprodukte – riesige Staubwolken im All. Ein neues europäisches Teleskop namens Herschel soll einen Blick dahinter möglich machen. Ein weiteres Teleskop – Planck – soll einen Rückblick in die Jugendjahre unseres Universums erlauben.
 
Anders als optische Teleskope fangen Herschel und Planck tiefes Infrarotlicht und Mikrowellen auf. Klicken Sie in der rechten Menüleiste auf die deutsche Sprachversion, um den auf EuroNews ausgestrahlten Fernsehbeitrag über Herschel und Planck zu sehen.  

Hierzu gibt es einen 8 Minuten-TV-Beitrag von "euronews" welche ESA zur Verfügung stellt: http://www.euronews.net/de/article/16/10/2008/viewing-the-universe-in-a-different-light/

Hansjürgen

Dazu gibt es bereits einen Thread hier:
https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=4228.msg78920#msg78920

Aus welchen Kompenenten das zukünftige Herschel-Teleskop besteht, ist auf nachfolgender Aufstellung zu sehen und zeigt wie komplex solch ein Teleskop aufgebaut ist:

Die thermische Balance und thermische Testkampagne im Vakuum (TBTV) für das Planck Raumfahrzeug ist abgeschlossen worden. Während dieser Kampagne wurden das Raumfahrzeug und die Nutzlast Raumflug Bedingungen innerhalb einer thermischen Unterdruckkammer an den Testanlagen Mitte Spatialede Liège (CSL) unterworfen.
Mehr darüber hier:http://www.spacedaily.com/reports/Planck_Reaches_01_K_999.html

Hansjürgen

Moin,

Okuro Oikawa hatte da mehrere Links eingebracht; ich habe die rausgenommen.

http://de.wikipedia.org/wiki/Herschel_(Teleskop)
http://de.wikipedia.org/wiki/Planck_(Teleskop)

Das können wir uns ersparen.

Jerry

Moin,

wenn etwas über die Startvorbereitungen und den Start geschrieben wird, dann bitte in den Thread *Weltraumteleskop *Herschel* / *Planck* >>>

Jerry

Okuro Oikawa hatte im Forumsbereich "Unbemannte Raumfahrt" folgendes geschrieben:

Hi!

Warum macht Herrschel eigentlich nur Aufnahmen von einem ziemlich *kleinen* Bereich am Himmel?
(Quelle kann ich leider noch nicht angeben, kommt aber noch.)

Hallo Okuro,

meinst du den Spektralbereich oder den Himmelsausschnitt?
Was den Himmelsausschnitt angeht, wüßte ich nicht, was für eine Beschränkung es dort geben sollte - das Teleskop ist jedenfalls ausrichtbar.

Natürlich muss man das Teleskop so ausrichten, dass weder "Licht" von der Sonne, noch Streulicht von der Erde die Beobachtungen stören.

Herschel soll ja auch alle möglichen Objekte ins Visier nehmen, angefangen von Körpern in unserem Sonnensystem bis hin zu Milliarden Lichtjahren entfernten Galaxienhaufen.

Erstrebenswert ist es darüber hinaus, Beobachtungen von Herschel mit denen von bespielsweise Spitzer zu kombinieren/ zu synchronisieren. Allein dafür wird man gelegentlich einen anderen Himmelsausschnitt ins Visier nehmen müssen.

Was die erste Beobachtungsphase angeht: Steht überhaupt schon fest, was nach Indienststellung des Teleskops genau gemacht wird? Ich könnte mir vorstellen, dass der Ausschreibungsprozess für die Beobachtungsfenster noch gar nicht abgeschlossen ist. Schließlich muß nach dem Eintreffen im Orbit um L2 noch ein paar Monate getestet werden, bevor es so richtig losgehen kann.

Hi!

In wie weit überschneiden sich Herschel und Spitzer? Es sind ja beides IR-Teleskope.
Herschel wird wohl eine höhere Auflösung haben.....

Nachdem die Testphasen abgeschlossen sind, werden dieser Tage Herschel/Planck nach Kourou geflogen um am 16.April 2009 ins All zu fliegen.
Mehr darüber hier: http://www.esa.int/esaCP/SEMI0D05VQF_index_0.html

Hansjürgen

Moin Hansjuergen,

alle Infos zu Start und Startkampagne bitte in den entsprechenden Thread im Unbemannten:

https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=4228.msg78929#msg78929

Hier geht es um Herschel und Planck als wissenschaftliche Instrumente, deren Aufgabe, Funktionsweise usw.

Gruß,
Timo

Hi!

In wie weit überschneiden sich Herschel und Spitzer? Es sind ja beides IR-Teleskope.
Herschel wird wohl eine höhere Auflösung haben.....

Spitzer:
Wellenlänge 3 - 180 µm
0.85 m Teleskop
Heliozentrischer Orbit
Kühlung auf <5.5 K

Herschel:
Wellenlänge 55 - 672 µm
Teleskop: Cassegrain, 3,5 m primär and 0.3m Sekundär-Spiegel
Besser abgeschirmt am L2-Punkt
Kühlung bis zu 0.3 K

Ergo: Spitzer hat ein deutlich kleineres Teleskop, wird weniger effektiv gekühlt (es misst ja Wärmestrahlung) und ist auf einem Orbit, der mehr Wärmestörung zulässt. Herschel macht durch seinen Spiegeldurchmesser, seine aufwendige Heliumkühlung und seinen praktischeren Orbit am Lagrange 2-Punkt eine deutlich höhere Auflösung. Allerdings unterscheiden sich die beobachteten Wellenlängen beider Teleskope, so dass sie sich dennoch ergänzen. Die Breite der Wellenlänge bei Herschel ist aber größer, 672 µm ist nahe an den Mikrowellen, die bei ~1 mm anfangen.

Um welchen Faktor Herschel besser auflöst als Spitzer, kann ich aber nicht sagen. Zumindest bei der ESA hab ich dergleichen Informationen nicht gefunden. Vielleicht halten sie sich damit bedeckt, um sicherzugehen, dass man ihnen später keinen Strick draus dreht (siehe MEX).

EDIT: Spitzer sollte übrigens auch mal größer werden:


(Bild: NASA)

Ich habe mich eben von einer Physikerin belehren lassen. Für die Hauptinstrumente für Herschel heißt es:

Kühlung bis zu 0,3 K

Der Siedepunkt für Helium liegt aber bei lauwarmen 4,2 K. Es gibt diverse andere Kühlmechanismen, u.a. Laserkühlung etc. Das ist auch in irdischen Physiklaboren relativ aufwendig und taugt eher für die Kühlung weniger Atome.

Weiß jemand, wie so niedrige Temperaturen des Kühlmittels bei Herschel realisiert werden?

Ich habe nun selbst nachrecherchiert und die Fakten zur Kühlung in diesen Artikel eingearbeitet:
http://www.raumfahrer.net/raumfahrt/raumsonden/herschelplanck.shtml

Während das High Frequency Instrument (HFI) im Radiowellenbereich arbeitet, wird das Low Frequency Instrument (LFI) Mikrowellenstrahlung detektieren, die beide zum kosmischen Strahlungshintergrund gehören. Das Problem seiner exakten Vermessung sind die effektive Abschirmung und Kühlung der sensiblen Detektoren. Bereits durch seinen Aufbau ist Planck passiv gekühlt: Die Abwärme der Instrumentensektion wird durch Radiatoren ins All abgeführt, so dass sich die Temperatur bei rund 50 K halten kann. Die Instrumente werden von den beheizten Komponenten des Servicemoduls abgeschirmt, das Systeme zur Datenverarbeitung, Kommunikation und Steuerung der Instrumente enthält.

Zwei weitere Kryosysteme kühlen HFI und LFI weiter herunter: mit flüssigem Wasserstoff auf 20 K, während die Strecke zwischen Teleskop und Wärme messenden Bolometern des HFI mit flüssigem Helium auf 4 K gebracht wird, dem Siedepunkt von Helium. Der technologische Gral sitzt jedoch im dritten Kühlkreislauf: Damit werden Thermometer, Bolometer und Filter auf Temperaturen zwischen 1,6 und 0,1 K gebracht. Das System setzt auf die Lösung des Helium-Isotops 3He in 4He, die in superfluidem Zustand vorliegen. In diesem Zustand unter extrem niedrigen Temperaturen und hohem Druck wirken keine internen Reibungskräfte mehr und Lösungsvorgänge können auch in Schwerelosigkeit funktionieren.

Das Ganze geht also vor allem über das Prinzip der Superfluidität sowie der Mischung verschiedener Heliumisotope ([tex]^3He[/tex] / [tex]^4He[/tex]). Damit kommt man auch unter die Siedetemperatur von Helium bei 4,2 K.

Mehr zum Kühlsystem von Planck gibts auch hier bei der ESA:
http://www.rssd.esa.int/SA/PLANCK/include/payl/node8.html

Interessant find ich auch, dass beide Missionen zwar ungefähr die gleichen Mengen Flüssighelium mitführen, der weitaus größere Herschel aber zwei Jahre länger arbeiten kann, obwohl beide Missionen das Kühlmittel begrenzt. Ich denke, das liegt vor allem an der notwendigen höheren Sensibilität von Planck.

Kann Planck eigentlich die Polarisation von Mikrowellen messen?

Dieses Zitat aus einer ESA-Meldung zu Herschel lässt einen doch schmunzeln:

Indeed, throughout the mission, the coldest points of the Universe may well be inside its payload.

Der kälteste Punkt des Universums könnte während der Mission tatsächlich im Inneren des Satelliten liegen.

Das würde ich so nicht unterschreiben. Die Physiker an unserer Uni haben ein milli-Kelvin-Labor. Die Kühlung der kältesten Planck-Instrumente kommt auf 0,1 K, also 100 mK.

Heidelberger Forscher am größten Weltraumteleskop beteiligt

Heute soll das Infrarot-Observatorium HERSCHEL ins All starten

Der Countdown für den Start des europäischen Astronomie-Satelliten HERSCHEL läuft: Heute nachmittag um 15:12 soll der mehr als sieben Meter hohe und drei Tonnen schwere Satellit der europäischen Raumfahrtagentur ESA auf einer ARIANE-5-Rakete ins All starten. Mit einem mächtigen 3,5-Meter-Spiegel ausgestattet, ist er das größte jemals gebaute Weltraumteleskop. An Bord trägt HERSCHEL auch das Instrument PACS, an dessen Entwicklung Forscher vom Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) auf dem Königstuhl einen bedeutenden Anteil haben.

Am kommenden Sonntag, den 17. Mai von 10 – 17 Uhr ist am Max-Planck-Institut auf dem Königstuhl »Tag der offenen Tür« – dann besteht die Möglichkeit, diese und andere Forschungsarbeiten der Astronomen hautnah zu erleben.

Weiter geht die Pressemitteilung des MPI-Heidelberg hier: http://www.mpia.de/Public/menu_q2.php?Aktuelles/PR/2009/PR090512/PR_090512_de.html

Das würde ich so nicht unterschreiben. Die Physiker an unserer Uni haben ein milli-Kelvin-Labor. Die Kühlung der kältesten Planck-Instrumente kommt auf 0,1 K, also 100 mK.

Im Herschel-Blog schreiben sie was vom kältesten Punkt im All, schließen also irdische lasergekühlte Labore implizit aus. Der kälteste Punkt im All ist SPIRE an Bord von Herschel (293 mK) - so lange wie das Planck-HFI seine 100 mK noch nicht erreicht hat.

Lasergekühlte Labore arbeiten mit Stickstoff und (wie Planck) mit Helium, weiter runter kühlen sie mit Lasern, die die Atome in hoch und niederenergetische sortieren. So kommt man auf ~300 nK (d.h. 0,3 mK, 30 mal kälter als HFI von Planck). (Quelle)

Die Abkühlung der Planck-Instrumente schreitet voran, teilweise aber etwas langsamer als gewollt:
http://planck.cf.ac.uk/node/61

Herschel hat seine erste Aufnahme von einem astronomischen Objekt gemacht, der Spiralgalxie M51 in Sternbild Jagdhunde. Noch erreicht das Teleskop nicht seine volle Leistungsfaehigkeit, uebertraefe allerdings jetzt schon alle Erwartungen.

http://astronews.com/news/artikel/2009/06/0906-028.shtml

Hallo,

zu der Qualität und Bedeutung dieser ersten Aufnahme von Herschel auch noch dieser Artikel : 
http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2009/06/warum-herschel-tatsachlich-toll-ist.php 

Hier wird gut auf die Unterschiede der Aufnahmen von Herschel und z.B. Hubble eingegangen.

Schöne Grüße aus Hamburg und bis nächsten Freitag in Berlin - Mirko

Sowohl Herschel als auch Planck haben ein Instrument zur Messung der Strahlungsumgebung an Bord: einen so genannten Standard Radiation Environment Monitor (SREM).

Unten ist eine Graphik zu sehen auf der die Anzahl der gemessenen Protonen und Elektronen über die Zeit dargestellt ist. Man sieht deutlich, wie die Teilchenflussdichte außerhalb der irdischen Strahlungsgürtel abnimmt und sich auf einem niedrigen Niveau einpendelt. Die unterschiedlichen Farben der Plots symbolisieren verschiedene Energieniveaus der von der Sonne emittierten Teilchen (alle im MeV-Bereich).

Genaueres: http://www.esa.int/esaTQM/SEMM961OWUF_index_0.html#subhead1

Planck zwitscherte mir gerade, dass es mittlerweile seine 4 und 1,6 Kelvin-Kühlkreisläufe am Laufen hat. Die letzte Hürde ist der 100 Millikelvin-Kreis, der mit der Mischung von zwei Heliumisotopen arbeitet.

Everything is still following closely what was seen in ground tests.

Sowas wollen wir hören.

So, die 100 mK sind auch erreicht. Laut Twitter ziemlich ziemlich kalt:

My coldest parts are now at 0.1 K (that's -273.05°C or -459.49°F). Brrrr.

Neue Herschel Bilder:
http://www.esa.int/SPECIALS/Herschel/SEMAYT6CTWF_0.html