Weltall: Einblicke in den Kosmos

Der Blick ins Weltall fasziniert die Menschheit schon seit Anbeginn. Heute forscht die Astrophysik mit riesigen, zum Teil über Kontinente zusammengeschalteten Teleskopen oder mit lichtempfindlichen Sensoren in den entlegensten Gebieten der Erde.

Antennen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) auf der Chajnantor-Hochebene in Chile.
Antennen des Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) auf der Chajnantor-Hochebene in Chile. © ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

Astrophysikerinnen und Astrophysiker erforschen das Universum und seine Bestandteile und verknüpfen dieses Wissen von den größten Strukturen im Universum mit dem über seine kleinsten Bausteine. Das Bundesforschungsministerium fördert die Entwicklung und den Bau von Beobachtungsinstrumenten, Detektorsystemen und Auswertungsmethoden – und ermöglicht damit neue Einblicke in den Kosmos.

In einer Eigenschaft unterscheidet sich die Astrophysik von allen anderen Naturwissenschaften: Es können – bis auf wenige Ausnahmen – keine Experimente durchgeführt werden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind auf elektromagnetische Strahlung sowie auf kosmische Teilchen angewiesen, die uns aus dem Weltall erreichen. Waren vor hundert Jahren noch viele Sternwarten in der Nähe von großen Universitäten zu finden, entstehen die großen Teleskope seit über fünfzig Jahren nur noch in entlegenen Gegenden mit zuverlässig gutem Wetter und dunklem Nachthimmel.

An solchen Observatorien, wie etwa dem Very Large Telescope (VLT) in Chile, wird die wertvolle Beobachtungszeit für wissenschaftlich exzellente Fragestellungen vergeben. Das sichtbare Licht aus den Tiefen des Kosmos ist nur ein kleiner Teil des gesamten elektromagnetischen Spektrums, das in der Astronomie vermessen wird. So empfangen die 66 Antennen von ALMA in der chilenischen Atacamawüste elektromagnetische Wellen, die viel langwelliger sind als Infrarotlicht. In diesem Spektralbereich leuchten Staub und kühles Gas im Weltall – Zutaten für die Entstehung von Sternen und Planeten.

Energiereiche Teilchen entstehen beispielsweise in Sternexplosionen oder in der Umgebung Schwarzer Löcher. Treffen die Teilchen auf die Erdatmosphäre, lösen sie ein Leuchten aus, das spezielle Teleskope nachweisen können. Gleichzeitig verursachen die kosmischen Teilchen auch einen Schauer von weiteren Teilchen, die sich ebenfalls mit speziellen Detektoren vermessen lassen.

Mit dem riesigen Teilchendetektor IceCube suchen Forscherinnen und Forscher in der Antarktis nach besonders energiereichen Neutrinos aus dem Weltall.
Mit dem riesigen Teilchendetektor IceCube suchen Forscherinnen und Forscher in der Antarktis nach besonders energiereichen Neutrinos aus dem Weltall. © IceCube Neutrino Observatory

Technologietreiber aus der Astronomie

Die Werkzeuge der Astronomie – Großteleskope, Satelliten, Raumsonden, Computercodes – gehören zu den kompliziertesten, größten und aufwendigsten Geräten und Verfahren, die jemals entwickelt wurden. Hierbei nimmt Deutschland weltweit eine führende Rolle ein. Durch die notwendigen Entwicklungsarbeiten und Schlüsseltechnologien werden Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskraft gesteigert.

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.