Start des Nancy Grace Roman Space Telescope: Ein Meilenstein der Astronomie

Das gab es noch nie: Das Weltraumteleskop, das am Sonntag um 7:26 Ortszeit, 13:26 in Mitteleuropa, vom Startplatz 39A des Kennedy Space Centers in Florida abhob, war neun Monate früher startbereit als vorgesehen – und blieb im vorgesehenen Kostenrahmen. Der beläuft sich auf rund 4,3 Milliarden Dollar für Entwicklung, Bau, Start und Betrieb der fünfjährigen Primärmission des neuen „Nancy Grace Roman Space Telescope“.

Das klingt nach viel, aber nur, bis man sich an die 9,7 Milliarden Dollar für das Ende 2021 mit insgesamt 15 Jahre Verspätung gestartete James-Webb-Teleskop erinnert. Von den 4,3 Milliarden für Roman, wie der Name des neuen Instruments auch offiziell abgekürzt werden wird, gehen 255 Millionen Dollar an Elon Musks Firma SpaceX für den Start. Der erfolgte auf einer Falcon Heavy, der derzeit leistungsfähigsten einsatzbereiten kommerziellen Trägerrakete.

Es war der bislang dreizehnte Flug einer Falcon Heavy, während die leichtere Falcon 9 bereits 683 Mal gestartet ist. Beide Raketenmodelle wird SpaceX aber vermutlich nicht mehr anbieten, wenn einmal das Starship einsatzbereit sein wird, Musks in der Erprobung befindliche Superrakete, von der beide Stufen wiederverwendbar sein werden. Insofern könnte der heutige Start einer der letzten einer Falcon Heavy gewesen sein.

Von den Falcon-Raketen sind nur die Unterstufen wiederverwendbar und bei einer Falcon Heavy im Prinzip alle drei der parallel arbeitenden Unterstufen, auch Booster genannt. Mit einem Gewicht von 10,5 Tonnen ist Roman allerdings so schwer, dass nur die beiden seitlichen Booster zur Erde zurückkehren können. Der mittlere braucht seinen gesamten Treibstoff, um das Teleskop auf die Bahn zu seinem Ziel zu bringen.

Denn das liegt in der Umgebung des sogenannten zweiten Lagrange-Punkts oder L2 in 1,5 Millionen Kilometer Entfernung, wo die kombinierten Schwerefelder der Sonne und der Erde, die Fliehkraft eines Objekts gerade so kompensieren, sodass es praktisch synchron mit der Erde um die Sonne kreist. Anders als im niedrigen Erdorbit des 1990 gestartete Hubble Space Telescope wird am L2 der Blick ins Universum nicht von der riesigen Scheibe unseres Planeten behindert.

Wie Hubble, das nach dem amerikanischen Astronomen Edwin Hubble benannt wurde, trägt auch das neue Instrument den Namen einer Forscherpersönlichkeit aus der Astronomie. Nancy Grace Roman (1925 bis 2018) war von 1959 an bei der NASA für die Entwicklung von Beobachtungsmöglichkeiten aus dem Weltall verantwortlich und hatte schließlich entscheidenden Anteil an der Verwirklichung eines großen Spiegelteleskops im Erdorbit, eben des Hubble Space Telescope.

Auch Roman ist ein Spiegelteleskop im All und hat mit 12,70 Meter Länge und 4,4 maximaler Breite sehr ähnliche Abmessungen wie Hubble. Das optische Herzstück, der Hauptspiegel, ist bei beiden Instrumenten sogar genau gleich groß: 2,4 Meter. Allerdings ist Romans Sensortechnik 36 Jahre weiter als die in Hubble verbaute. Zudem ist es mit einem neuartigen sogenannten Coronagraphen ausgestattet, der es erlaubt, das Licht eines Sternes optisch zu „canceln“, um etwa Planeten in seinem Orbit hervortreten zu lassen – nach einem Prinzip nicht unähnlich dem, das in modernen Kopfhörern unerwünschte Umgebungsgeräusche entfernt.

In einer Hinsicht ist das neue Weltraumteleskop hundertmal leistungsfähiger als Hubble, in einer anderen sogar um das Tausendfache. Romans Kamerasensor verfügt über 300 Megapixel. Hubble dagegen hat nur ein Megapixel und auch das James Webb Space Telescope nur 34 Megapixel.

Das Entscheidende ist aber das enorme Gesichtsfeld, das Romans Kamera in einer Aufnahme abzudecken vermag. Es erfasst einen im Vergleich zu Hubble zweihundertmal größeren Ausschnitt des Firmaments. Da sich Roman darüber hinaus rascher schwenken lässt und seine Elektronik schneller zurücksetzen kann, ist es in der Lage, Himmelsdurchmusterungen tausendmal schneller durchzuführen als das mit Hubble möglich wäre. Für das Himmelsareal, das Roman innerhalb eines Monats absuchen kann, würde Hubble ein ganzes Jahrhundert brauchen.

Himmelsdurchmusterungen, sogenannte Surveys, sind daher auch genau die Aufgabe, die Roman hauptsächlich eingesetzt werden wird, womit es das James Webb Space Telescope optimal ergänzt. Letzteres zieht seine Bahnen übrigens ebenfalls um den zweiten Lagrange-Punkt herum – allerdings immer in einigen Hunderttausend Kilometer Entfernung von Roman.

James Webb sieht mit seinem segmentierten 6,6-Meter-Spiegel noch viel lichtschwächere Quellen und macht deutlich höher aufgelöste Bilder als Nancy Grace Roman es können wird, aber Webb ist eben kein Survey-Instrument. Indem Roman die gleichen Himmelsregionen wiederholt beobachtet, kann es Phänomene entdecken, die plötzlich auftreten und wieder verschwinden, Supernova-Explosionen zum Beispiel, die sich dann anschließend mit Webb genauer untersuchen lassen.

Als Survey-Instrument wird Roman jeden Tag rund 1,4 Terabyte an Beobachtungsdaten zur Erde funken. Von James Webb kommen demgegenüber lediglich 60 Gigabyte und von Hubble sogar nur drei Gigabyte am Tag. Und im Gegensatz zu den anderen beiden Weltraumteleskopen, deren Daten zunächst nur bestimmten Wissenschaftlern zur Verfügung stehen, werden Romans Daten komplett öffentlich gemacht.

Während der Primärmission kommen damit mehr als fünf Petabyte zusammen, das Datenvolumen von 26.000 Spielfilmen in 4K-Bildqualität. Wenn nichts dazwischenkommt, dürfte die Mission dann aber um weitere fünf Jahre verlängert werden. Denkbar ist sogar eine noch längere Lebensdauer, denn Roman wurde als betankbares Raumfahrzeug ausgelegt. Im Prinzip könnte die NASA einen Raumtanker mit dem für die Lageregelung benötigten Treibstoff Hydrazin starten und zum L2 schicken. Allerdings ist eine solche Tankmission bislang weder entwickelt noch finanziert. Sie wäre technisch auch überaus anspruchsvoll.

Der Punkt L2 ist nämlich so weit von der Erde entfernt, dass Roman nach dem heutigen Start dreißig Tage benötigen wird, um in seine Nähe zu gelangen. Der wissenschaftliche Betrieb wird dann voraussichtlich Ende November beginnen. Schon jetzt aber freuen sich die Astronomen auf ihr neues Instrument – und darüber, das es so schnell und günstig verwirklicht werden konnte. Allerdings darf man daraus nicht schließen, dass dies auch bei künftigen Projekten nun häufiger gelingen wird.

Roman hatte den großen Vorteil, dass es den Hauptspiegel schon gab, bevor die Planungen für ein „Wide Field Infrared Space Telescope“ (WFIRST), wie es zunächst hieß, begannen. Diese kritische und teure Komponente hatte nämlich das amerikanische National Reconnaisance Office der NASA geschenkt. Es handelt sich um den überzähligen Spiegel eines Spionagesatelliten.