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Astrophysik: Blick ins All

Die Astronomie zieht die Menschen in ihren Bann

ESO Antennen unter der Milchstraße©ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org) Schon die frühesten menschlichen Kulturen waren fasziniert vom Sternenhimmel und errichteten zur Himmelsbeobachtung genutzte religiöse Kultstätten - heute vielfach zum Weltkulturerbe erklärt - , die die Grundlage von Kalendern bildeten und damit ein Fundament unserer heutigen Zivilisation sind. 

Von der Anziehungskraft auf die Menschen hat die Astronomie bis heute nichts verloren - sie zieht über alle Grenzen hinweg wie keine andere Naturwissenschaft Menschen aller Altersgruppen in ihren Bann und berührt durch ihre Interdisziplinarität verschiedenste Gebiete: Physik, Chemie, Biologie, Geowissenschaften und sogar Theologie und Philosophie. Die Astronomie trägt ganz wesentlich dazu bei, dass Menschen sich generell für (Natur-)wissenschaften interessieren und ist damit eine Zukunftsinvestition.

Das Weltall als kosmisches Labor

Die Astrophysik untersucht das Universum als Ganzes und sämtliche seiner Konstituenten, also die Sterne, die Planeten und die Galaxien. Wie sind sie entstanden? Wie haben sie sich entwickelt? Dabei bedient sich die Astrophysik Methoden anderer Natur- und Geisteswissenschaften, vornehmlich der Mathematik, der Chemie und der Biologie. Astrophysik ist eine fundamentale Wissenschaft: im Weltraum finden wir extreme Bedingungen hinsichtlich Temperaturen, Magnetfeldern, Massen, Ausdehnungen und Dichten. Damit ist das Weltall ein kosmisches Labor, in dem sich Phänomene und Zustände der Materie untersuchen lassen, die sich in irdischen Laboratorien prinzipiell, auch mit größtem technischen Aufwand, nicht erzeugen lassen.

Was zu erforschen ist

Die grundlegenden wissenschaftlichen Fragestellungen der Astrophysik in den kommenden zwanzig Jahren sind 2007 in der Denkschrift von ASTRONET "A Science Vision for European Astronomy" und zuvor auch in der Denkschrift der DFG zu "Status und Perspektiven der Astronomie in Deutschland 2003 - 2016" dargelegt worden.

Die wichtigsten lauten:

. Wie ist das Universum als Ganzes entstanden und welche Werte haben die kosmologischen Parameter?
. Welcher Natur sind die Dunkle Materie und die Dunkle Energie im Kosmos?
. Gibt es bislang unbekannte Materiezustände extremer Dichte und Temperatur?
. Wie bilden sich extrem massereiche Schwarze Löcher?
. Was sind die Funktionsprinzipien kosmischer Teilchenbeschleuniger und die Quellen höchstenergetischer kosmischer Strahlung?

und:

. Gibt es neue fundamentale Prinzipien in der Natur, unentdeckte Symmetrien oder physikalische Gesetzmäßigkeiten?
. Wie hat sich die großräumige Struktur des Universums gebildet?
. Welchen Einfluss haben Neutrinos auf die kosmische Entwicklung, wie groß ist ihre Masse und welche Natur haben sie?
. Wie sind Galaxien entstanden und wie entwickeln sie sich weiter? Wie sind Struktur, Dynamik und die chemische Entwicklung unserer Milchstraße beschaffen?
. Wie funktioniert der Materiekreislauf? Welche Prozesse liegen der Wechselwirkung zwischen Sternen, Supernovae und dem interstellaren Medium zugrunde?

und nicht zuletzt:

. Wie entstehen Sterne und wie entwickeln sie sich? Welche Eigenschaften hat die erste Generation von Sternen? Wie und wann ist sie entstanden?
. Welche Prozesse liegen der Entstehung von Planeten zugrunde? Welche Eigenschaften haben extrasolare Planeten und deren Atmosphären? Gibt es Signaturen biologischer Aktivität?

Keine Experimente

In einer Eigenschaft unterscheidet sich die Astrophysik von allen anderen Naturwissenschaften: es können keine Experimente durchgeführt werden. Sieht man einmal ab von den Mondlandungen, von in-situ-Untersuchungen in unserem Sonnensystem durch Raumsonden und Untersuchungen von Staub im Labor sowie von Material, welches auf die Erde fällt (Meteoriten und Kleinkörper, vornehmlich aus unserem Sonnensystem) -  so ist die Astrophysik auf die Untersuchung elektromagnetischer Strahlung sowie auf kosmische Teilchen angewiesen, die uns aus dem Weltall erreichen.

Vom BMBF geförderte Großgeräte

 Diesen Forschungsthemen gehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit folgenden, vom BMBF geförderten, erdgebundenen Großgeräten nach:

Europäische Südsternwarte (ESO):

• Paranal-Observatorium, Very Large Telescope (VLT): 4 Teleskope mit je 8,2 m Spiegeldurchmesser, Standort: Chile,
• La Silla-Observatorium, Standort: Chile,
• Atacama Large Millimeter Array (ALMA), Standort: Chile
• Vorbereitende Arbeiten zum geplanten European Extremely Large Telescope (E-ELT), Standort: Chile

Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP):

• Large Binocular Telescope (LBT): zwei Spiegel mit je 8,4 m Durchmesser; Standort: Mount Graham, Arizona, USA.

Max-Planck-Gesellschaft (MPG):

• Calar Alto - Observatorium, Standort: Spanien,
• Institut für Radioastronomie im Millimeterbereich (IRAM), Standort: Frankreich.

Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP):

• STELLA, Standort: Teneriffa, Spanien

Kiepenheuer - Institut für Sonnenphysik (KIS), Astrophysikalisches Institut Potsdam (AIP) und Max-Planck-Gesellschaft (MPG):

• Sonnenteleskop GREGOR, Standort: Teneriffa, Spanien

Forschungszentrum Jülich (FZJ), Max-Planck-Gesellschaft (MPG), Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP)

• Low Frequency Array (LOFAR) Standort: Niederlande, 5 Stationen in Deutschland

Beteiligte Forschungseinrichtungen

Hightech-Herausforderung für den Innovationsstandort Deutschland

Die Werkzeuge der Astronomie - Großteleskope, Satelliten, Raumsonden, Computercodes  - gehören zu den kompliziertesten, größten und aufwändigsten Infrastrukturen, die die Menschheit entwickelt. Hierbei nimmt Deutschland weltweit eine führende Rolle ein. Durch die dabei notwendigen Entwicklungsarbeiten und Schlüsseltechnologien wird die Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft gesteigert und qualifizierte Arbeitsplätze werden geschaffen und erhalten. Damit leistet die Astronomie einen wichtigen Beitrag zur Innovationsinitiative der Bundesregierung und stärkt das internationale Renommee der Wissenschaft in Deutschland. Immer wieder haben Methoden und Technologien, die im Zusammenhang mit astrophysikalischer  Grundlagenforschung entwickelt wurden, als "Spin-Offs" Einzug ins tägliche Leben gehalten - Cerankochfelder, Bifokalgläser für Brillen, die mathematischen Grundlagen des Global Positioning Systems (GPS) sowie Bildgebungsverfahren in der Medizin sind nur einige Beispiele, durch die aufgewendete Gelder vielfach in die deutsche Industrie zurückfließen.