SOFIA

Akron. für Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie; SOFIA (englisch Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy, SOFIA) war ein fliegendes Teleskop, das die NASA gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) für Infrarotastronomie entwickelte. Die Plattform für das 2,7 Meter-Infrarot-Teleskop von SOFIA war ein gebrauchtes Boeing 747SP-Verkehrsflugzeug, das in Flughöhen über zwölf Kilometern operieren wird. Unterhalb dieses Bereichs behindert der absorbierende Wasserdampf in der Troposphäre Beobachtungen im Infrarotbereich, was dazu führt, dass Bodenteleskope Infrarotstrahlung von Himmelsobjekten nur in engen Wellenlängenfenstern empfangen können. SOFIA war von November 2010 bis September 2022 im Einsatz. Dann wurde das Projekt mit Verweis auf die hohen Unterhaltskosten eingestellt.

Bis Mitte der 90er Jahre haben Astronomen das flugzeuggetragene 91 Zentimeter-Teleskop des Kuiper Airborne Observatory (KAO) der NASA benutzt, um astronomische Daten im Infrarot-Bereich zu erhalten. Dieser Teil des elektromagnetischen Spektrums ist für Bodenobservatorien weitgehend unzugänglich. Ein herausragendes Ergebnis der KAO-Messungen war die Entdeckung der Uranus-Ringe.

Ende 1996 haben sich die amerikanische NASA und das DLR darauf verständigt, gemeinsam dieses neue Observatorium mit der Bezeichnung SOFIA (Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie) zu entwickeln und zu betreiben. Nach Integration des Teleskops und Abschluss der strukturellen Modifikationen des Flugzeugs begannen im April 2007 die Flugtests des Observatoriums. Seit Anfang 2008 befindet sich SOFIA an seinem endgültigen Standort in einem Hangar des NASA Armstrong Flight Research Center in Palmdale, Kalifornien.

Mit dem in eine modifizierte Boeing 747SP integrierten 2,7 Meter-Teleskop werden astronomische Beobachtungen im Infrarot- und Submillimeter-Wellenlängenbereich weitgehend oberhalb der störenden irdischen Lufthülle durchgeführt. Schwerpunkt der wissenschaftlichen Zielsetzung ist die Erforschung der Entwicklung von Milchstraßensystemen sowie die Entstehung und Entwicklung von Sternen und Sonnensystemen aus interstellaren Molekül- und Staubwolken.

Für den teils immer noch unerforschten Infrarot-Bereich haben Wissenschaftler der Vereinigten Staaten von Amerika und aus Deutschland den Bedarf für die Entwicklung eines neuen Infrarotastronomie-Observatoriums als modernen Nachfolger des KAO aufgezeigt: Mit höherer Winkelauflösung, gesteigerter Empfindlichkeit und höherer spektraler Auflösung konnte dieses neue flugzeuggetragene Observatorium fundamentale Fragen der galaktischen und extragalaktischen Astronomie und des Ursprungs und der Entwicklung des Sonnensystems beantworten.

Von deutscher Seite sind für SOFIA zwei Instrumente entwickelt worden:

• Das hochauflösende Heterodyn-Spektrometer GREAT (German Receiver at Terahertz Frequencies) unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie in Bonn und
• das abbildende Linienspektrometer FIFI-LS (Far Infrared Field Imaging Line Spectrometer) unter der Leitung des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik in Garching.

Die Finanzierung beider Instrumente erfolgte durch die beteiligten Max-Planck- und Universitäts-Institute, letztere mit Fördermitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Stratosphären-Observatorium für Infrarot-Astronomie Blick in das Innere von Sofia Quelle: DSI Stuttgart

SOFIA sollte für 20 Jahre in Betrieb sein und dabei pro Jahr etwa 160 astronomische Messflüge durchführen. Jeder Flug dauerte jeweils etwa sechs bis acht Stunden. SOFIA wurde von etwa 50 Wissenschaftlergruppen genutzt, die durch ein jährliches wissenschaftliches Gutachtergremium (Peer Review) ausgewählt wurden.

Die häufigen Fluggelegenheiten mit Instrumenten jeweils neuester Technologie ermöglichten eine vielfältige Nutzung durch die Wissenschaftler. Durch den direkten Zugang zum Instrument während des Fluges hatten junge Wissenschaftler die Chance, ihre Messungen hautnah mitzuerleben und rasch in wissenschaftliche Veröffentlichungen umzusetzen. Die Flexibilität von SOFIA ermöglichte weltweiten Zugang zu kurzfristig auftauchenden Beobachtungsobjekten (so genannten Targets of Opportunity). Dank der vergleichsweise kurzen Zyklen der Instrumenten-Entwicklung bot SOFIA darüber hinaus eine ausgezeichnete Testplattform für spätere satellitengetragene Instrumente.

NASA und DLR haben Industrieverträge für die Erfüllung ihrer Aufgaben vergeben. Das SOFIA-Teleskop wurde im Auftrag des DLR von den Firmen MT-Mechatronics (früher: MAN) und Kayser-Threde entwickelt, gebaut und mit einem Airbus-Großraumflugzeug Beluga an den Integrationsort Waco in Texas geliefert. Dutzende von weiteren Firmen aus Europa haben im Unterauftrag von MT-Mechatronics/Kayser-Threde an der Entwicklung des Teleskops mitgearbeitet.

Ende der Mission

Die US-Raumfahrtbehörde NASA und die Deutsche Raumfahrtagentur im DLR haben im April 2022 die Einstellung des Flugbetriebs des fliegenden Infrarot-Observatoriums SOFIA ab September 2022 beschlossen. Basis für diese Entscheidung war die Einschätzung der "National Academy" in den USA, dass der wissenschaftliche Output des Stratosphären-Observatoriums für Infrarot-Astronomie nicht mehr die Betriebskosten rechtfertige.

Das hat wahrscheinlich auch damit zu tun, dass viele von SOFIAs Aufgaben von einem anderen technischen Wunderwerk übernommen werden können, nämlich vom James Webb Weltraumteleskop. Dabei handelt es sich um ein amerikanisch-kanadisch-europäisches Projekt, gestartet an den Weihnachtsfeiertagen 2021. Es hat seine geplante Umlaufbahn im All schon länger erreicht und Mitte Juni 2022 erste Bilder geliefert. Wie SOFIA kann es das Weltall nach Wärmestrahlung durchforsten und beispielsweise noch tiefer in die Geburtswolken von Galaxien, jungen Sternen und Planeten schauen.

Weitere Informationen:

• Sofia - das fliegende Infrarot-Observatorium (DLR)
• Deutsches SOFIA Institut
• SOFIA Mission (NASA)