NASA wählt neues Weltraumteleskop PRIMA aus – MPIA liefert zentrale Hardware

Als erstes Teleskop einer neuen Missionsklasse erreicht PRIMA die nächste Entwicklungsstufe zur Ausarbeitung eines detaillierten Konzeptentwurfs.

Auf den Punkt gebracht

• PRIMA-Mission, NASA, Ferninfrarot-Teleskop: Die NASA hat das Weltraumteleskop PRIMA für die nächste Entwicklungsphase ausgewählt. Es soll die Geschichte und Entwicklung des Universums im ferninfraroten Licht erforschen. Der Start ist für 2033 geplant.
• MPIA-Beteiligung, Hardware, Instrumente: Das Max-Planck-Institut für Astronomie (MPIA) entwickelt und baut entscheidende optomechanische Komponenten samt der zugehörigen Steuerungselektronik.
• Wissenschaftliche Ziele, Erforschung des Universums: PRIMA untersucht die Entstehung von Sternen und Planeten, die Entwicklung von Galaxien, supermassereiche Schwarze Löcher sowie kosmischen Staub. Die Mission schließt damit die Beobachtungslücke zwischen bestehenden Infrarot- und Radioteleskopen.

Die NASA gab am Mittwoch bekannt, dass PRIMA (PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics) in die nächste Entwicklungsphase geht. Das geplante Weltraumteleskop soll die Geschichte und Entwicklung des Universums erforschen. PRIMA entspringt einer neuen NASA-Missionsklasse für die Astrophysik, den sogenannten Probe Explorers, die im Rahmen des langjährigen Explorers-Programms der Weltraumbehörde entwickelt werden. Die Rolle des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in diesem Projekt besteht in der Lieferung von optomechanischen Elementen einschließlich der benötigten Steuerungselektronik.

„Die PRIMA-Mission eröffnet der Menschheit ein neues Fenster in die Tiefen des Alls. Sie wird bisher verborgene Bereiche der kosmischen Geschichte enthüllen. So wollen wir besser verstehen, wie Planeten, Sterne und Schwarze Löcher entstehen – und sogar der Frage nachgehen, wie das Wasser auf die Erde kam“, erklärt Nicky Fox, Leiterin des Wissenschaftsdirektorats im NASA-Hauptquartier in Washington.

Die NASA hat PRIMA für die sogenannte Phase B ausgewählt. In dieser Entwicklungsstufe werden das genaue Design des Teleskops und die benötigten Technologien vertieft ausgearbeitet. Anschließend prüft die NASA in einer umfassenden Begutachtung die technischen, zeitlichen und finanziellen Fortschritte. Erst danach wird endgültig entschieden, ob die Hauptentwicklungsphase (Phase C) und der eigentliche Bau beginnen. Im Falle des Erfolgs sind die Projektkosten für PRIMA auf 1,2 Milliarden US-Dollar gedeckelt – Ausgaben für den Raketenstart und weitere übergreifende Kosten sind nicht mitgerechnet. Der Start des Weltraumobservatoriums ist für 2033 vorgesehen; die geplante Missionsdauer beträgt zunächst fünf Jahre.

Ausgestattet mit einem 1,8-Meter-Spiegel wird PRIMA tiefe, hochempfindliche Beobachtungen im ferninfraroten Licht durchführen. Damit schließt das Teleskop eine wichtige Beobachtungslücke zwischen bestehenden Infrarot-Observatorien wie dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) der NASA und großen Radioteleskopen auf der Erde. Durch die Messung von Wärmestrahlung, die nur im Ferninfrarotbereich sichtbar ist, widmet sich PRIMA grundlegenden Fragen der Kosmologie und der Astronomie. Dazu zählen die Entstehung von Exoplaneten außerhalb unseres Sonnensystems, das Wachstum von Galaxien und deren zentralen Schwarzen Löchern sowie die Anreicherung von kosmischem Staub und schweren Elementen über große Zeiträume hinweg. All das hilft Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, ein genaueres Bild davon zu zeichnen, wie unser Universum zu dem wurde, was es heute ist.

Beteiligung des MPIA

„Wir sind stolz darauf, dass das MPIA mit seiner Expertise erneut zu einem wegweisenden NASA-Weltraumteleskop beitragen kann, das nun die nächste Entwicklungsstufe erreicht hat“, sagt Oliver Krause, der die technischen Beiträge des MPIA für die PRIMA-Mission verantwortet. Er leitet die Forschungsgruppe Infrarot-Weltraumastronomie, die an der Abteilung Planetenentstehung und Exoplaneten angesiedelt ist.

„PRIMA wird wertvolle Beobachtungen für wichtige Forschungsschwerpunkte unseres Instituts liefern, etwa zur Entstehung von Planeten und Sternen. Durch unsere geplanten Hardware-Beiträge sichern wir uns den direkten Zugang zu diesen Daten“, erläutert der emeritierte MPIA-Direktor Thomas Henning. Er hat das wissenschaftliche Programm der Mission mitgestaltet und die Festlegung der Anforderungen für das Erreichen der wissenschaftlichen Ziele mitgeprägt.

Gemäß Projektplan entwickelt das MPIA zwei hochpräzise, aktiv gesteuerte Spiegel zur Strahlführung, sogenannte zweiachsige Fokalebenen-Chopper. Sie versorgen je eines der beiden Hauptinstrumente des Teleskops: die Kamera PRIMAger (PRIMA Imager) und das Spektrometer FIRESS (Far-InfraRed Enhanced Survey Spectrometer). Ihre Aufgabe ist es, das Sichtfeld der Instrumente durch das Teleskop schnell und punktgenau auf wechselnde Himmelsregionen auszurichten und zu stabilisieren.

„Nach unseren Beiträgen zu zahlreichen erfolgreichen Weltraumteleskopen ist PRIMA der logische nächste Schritt“, sagt MPIA-Direktorin Myriam Benisty, die die Abteilung Planetenentstehung und Exoplaneten leitet. Das MPIA hat bereits bei wegweisenden Projekten Schlüsselrollen übernommen – etwa bei den Weltraumobservatorien ISO, Herschel und Euclid der Europäischen Weltraumorganisation ESA sowie bei den NASA-Teleskopen JWST und Nancy Grace Roman.

Das Engagement der NASA für die Weltraumforschung

Eine einzelne Mission allein kann nicht alle Rätsel des Universums ergründen. Indem PRIMA jedoch die Beobachtungsmöglichkeiten der Flotte von Weltraumteleskopen in den ferninfraroten Wellenlängenbereich erweitert, gewinnt die Wissenschaft einen umfassenden Blick auf den Kosmos. Mit dem James-Webb-Weltraumteleskop (JWST) und dem Nancy-Grace-Roman-Weltraumteleskop hat die NASA den Takt vorgegeben, in beiden Hälften dieses Jahrzehnts Missionen der Spitzenklasse zu starten. PRIMA bildet nun den Auftakt für das nächste Jahrzehnt als Teil einer Reihe zukünftiger Projekte.

Die NASA wählte PRIMA nach einer eingehenden Bewertung von Konzeptstudien für Probe-Explorer-Missionen aus. Die Entscheidung basierte auf deren wissenschaftlicher Relevanz, der Machbarkeit der Entwicklungspläne hinsichtlich Kosten und Zeitplan sowie dem Einsatz von Technologien, die auch die Entwicklung künftiger Großmissionen unterstützen können.

Das Jet Propulsion Laboratory (JPL) der NASA in Südkalifornien, das vom Caltech verwaltet wird, übernimmt das Projektmanagement der PRIMA-Mission. Weitere Partner sind das Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt (Maryland) und das Marshall Space Flight Center der NASA in Huntsville (Alabama). An der PRIMA-Mission beteiligen sich zudem internationale Partner: die französische Raumfahrtagentur CNES (Centre National d’Études Spatiales), die italienische Raumfahrtagentur ASI (Agenzia Spaziale Italiana), das DLR (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt) als unmittelbare Förderagentur des MPIA, die kanadische Raumfahrtagentur CSA (Canadian Space Agency), das Koreanische Astronomie- und Weltraumforschungsinstitut KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute), die japanische Raumfahrtagentur JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency) und die Raumfahrtagentur des Vereinigten Königreichs (UK Space Agency).

Das Explorers-Programm ist das älteste durchgehend betriebene Programm der NASA. Es bietet regelmäßigen, kostengünstigen Zugang zum Weltraum für wissenschaftliche Untersuchungen, die für die Astrophysik- und Heliophysikprogramme des Wissenschaftsdirektorats relevant sind. Seit dem Start von Explorer 1 im Jahr 1958, der die Strahlungsgürtel der Erde entdeckte, wurden im Rahmen des Explorers-Programms mehr als 100 Missionen gestartet – darunter die Missionen Uhuru und Cosmic Background Explorer (COBE), deren Forschende mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden.

Das Explorers-Programm wird vom NASA Goddard Space Flight Center für das Wissenschaftsdirektorat geleitet, das eine Vielzahl von Forschungs- und wissenschaftlichen Erkundungsprogrammen in den Bereichen Erdforschung, Weltraumwetter, dem Sonnensystem und dem Universum durchführt.