Lexikon der Fernerkundung

Planck (Surveyer)

Europäische Satellitenmission zur Untersuchung der kosmischen Hintergrundstrahlung, sie ist inzwischen beendet. Plancks Detektoren sind so konstruiert, dass sie über einen weiten Frequenzbereich die kosmologischen Temperaturunterschiede, die erst auf der fünften, sechsten Nachkommastelle auftreten, in Abhängigkeit von der Winkelskala messen können. Das heißt, der Satellit ermittelt Temperaturfluktuationen der Hintergrundstrahlung im Bereich von einem Millionstel Grad.

Da die Strahlung vorher in Wechselwirkung mit der Materie (Protonen, Elektronen) stand, können Rückschlüsse auf die frühe Materieverteilung gezogen und die Parameter, die die kosmische Entwicklung beschreiben, mit großer Genauigkeit bestimmt werden.

Planck-build-up Planck - Aufbau des Raumfahrzeugs

Das Bild zeigt von oben links nach unten rechts den detaillierten Aufbau der Focal Plane Units (FPUs) des Hochfrequenzinstruments (HFI) und des Niederfrequenzinstruments (LFI) sowie des Planck-Kühlsystems und der Hauptkomponenten des Raumfahrzeugs, von der Nahaufnahme in der Brennebene bis hin zum gesamten Raumfahrzeug mit Teleskop, Baffle und Servicemodul.

Quelle: ESA

Zur Beobachtung der Strahlung besitzt der Satellit zwei verschiedene Instrumente, das "High Frequency Instrument" (HFI) für den höheren und das "Low Frequency Instrument" (LFI) für den niedrigeren Frequenzbereich. Nachdem die Instrumente kalibriert worden waren, fing das Teleskop am 13. August 2009 mit der regelmäßigen Beobachtung an. Die erste vollständige Aufnahme des Himmels wurde Juni 2010 fertiggestellt, um jedoch die volle Genauigkeit zu erreichen, war eine Nachbearbeitung nötig. Erste Ergebnisse wurden im Januar 2011 veröffentlicht.

Ziel von Planck war die Erfassung der schwächsten Reststrahlung des Urknalls, der sogenannten kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung parallel bei neun Frequenzen zwischen 30 und 857 GHz. Diese Hintergrundstrahlung veranschaulicht das Universum in seinem Zustand rund 380 000 Jahre nach dem Urknall und liefert Einzelheiten zu den Ursprungsbedingungen, die zu dem Universum geführt haben, in dem wir heute leben.

Nur hat sich aufgrund der kosmischen Expansion die Energie der Photonen soweit verringert, dass sie heute im Mikrowellenbereich mit einer Temperatur von nur noch etwa 2,7 Kelvin empfangen werden. Diese Strahlung bietet aber auch heute noch ein getreues Bild des Universums, wie es vor etwa 13,4 Milliarden Jahren aussah – genau zu der Zeit, als es durchsichtig wurde. Mit Plancks Fähigkeit, die Temperatur der kältesten Staubteilchen zu messen, erhält man einen wichtigen Indikator für diese physikalischen Prozesse und auch ein besseres Verständnis der Sternentwicklung.

Die Winkelauflösung von Planck ist mit Werten zwischen 4 Bogenminuten für die höchsten und 33 Bogenminuten für die niedrigsten Frequenzen wesentlich besser als bei den vergleichbaren früheren Projekten COBE und WMAP.

Gleichzeitig werden Beobachtungen der Vordergrundstrahlung der Milchstraße und von Galaxien gewonnen. Diese Störeffekte müssen zum einen zur Ermittlung der Hintergrundstrahlung sehr gut bekannt sein, sind aber auch von eigenem wissenschaftlichem Interesse z. B. zum tieferen Verständnis der Sternentwicklung.

P545-P857-I100_410px Planck bildet ein galaktisches Netz kalten Staubes ab

Das Bild links zeigt einen Teil des Himmels, ca. 55° umfassend. Es ist ein Dreifarbenkomposit, hergestellt aus Plancks zwei höchsten Frequenzkanälen (557 und 857 GHz, entsprechend 540 und 350 µm Wellenlänge) und einem Bild mit kürzerer Wellenlänge (100 µm), aufgenommen mit dem Infrared Astronomical Satellite (IRAS).

Diese Kombination spürt auf effektive Weise dem Staub nach: rötliche Töne entsprechen Temperaturen von 13 Grad über dem absoluten Nullpunkt, und weiße Töne entsprechen deutlich wärmeren (Größenordnung einige Zehner von Grad) in Gebieten wo Riesensterne sich gerade bilden. Insgesamt zeigt das Bild lokale Staubstrukturen innerhalb einer Distanz von 500 Lichtjahren von der Sonne.

Quelle: ESA

Das 1921 kg schwere Planck-Teleskop wurde am 14. Mai 2009 zusammen mit dem Infrarotteleskop Herschel durch eine Ariane 5 ECA von Kourou aus in den Weltraum gebracht. Nach dem Brennschluss der Oberstufe wurden der Planck-Satellit um 13:40 UTC wenige Minuten nach dem Herschel-Teleskop auf einer hochelliptischen Erdumlaufbahn zwischen 270 und 1.197.080 km Höhe, die 5,99° zum Äquator geneigt ist, ausgesetzt, von der aus er mit einem kleinen Bahnmanöver seine Lissajous-Bahn um den Lagrange-Punkt L2 des Erde-Sonne-Systems erreichte.

Die ESA-Mitgliedstaaten hatten Schlüsseltechnologien wie den innovativen Kühlmechanismus bereitgestellt, der die ständige Kühlung der Missionsinstrumente auf lediglich ein Zehntel Grad über dem absoluten Nullpunkt des Universums von -273,15 °C ermöglichte, so dass die empfangenen Signale nicht durch die Eigenwärme des Satelliten verzerrt wurden. Auf diese Weise konnten in der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung Temperaturschwankungen von wenigen Millionstel Grad erfasst werden.

Die Kühlung von Instrumenten auf diese Extremtemperaturen kann jedoch nicht unbegrenzt fortgesetzt werden, und so ging denn auch der Flüssighelium-Kühlmittelvorrat des Hochfrequenzinstruments (HFI) wie erwartet im Januar 2012 zur Neige.

Am 14. August 2013 wurde das Teleskop nach 1554 Tagen Betrieb vom L2-Punkt abgezogen und in eine Bahn gebracht, die sicherstellt, dass es für die nächsten 300 Jahre nicht durch die Erde eingefangen wird. Am 23. Oktober wurde der letzte Befehl zu Planck geschickt.

Als ursprüngliches Ziel der Mission waren zwei vollständige Himmelsdurchmusterungen geplant. Tatsächlich konnten mit beiden Instrumenten fünf komplette Durchmusterungen vorgenommen werden, wobei das LFI Mitte August seine achte Durchmusterung des gesamten Himmels abgeschlossen hat.

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