Raumfahrt : Dem Echo des Urknalls lauschen

Das Weltraumobservatorium „Planck“ soll Rückschlüsse auf den Anfang des Universums ermöglichen

Rainer Kayser
Sonde
Unendliche Weiten. Das Ziel der Sonde ist 1,5 Millionen Kilometer entfernt. -Foto: esa

Das Echo des Urknalls hallt immer noch durchs All. Es ist eine gleichmäßige Strahlung von Mikrowellen, die den gesamten Weltraum erfüllt. Freigesetzt wurde sie vor mehr als 13 Milliarden Jahren, in der heißen Geburtsphase des Universums. Am Donnerstag um 15 Uhr 12 soll das Weltraumobservatorium „Planck“ mithilfe einer Ariane-5-Rakete ins All gebracht werden und genauer als je zuvor winzige Temperaturschwankungen in der kosmischen Hintergrundstrahlung messen. Als „Fingerabdruck Gottes“ bezeichnen Kosmologen mitunter fast ehrfürchtig das Muster dieser Temperaturschwankungen, spiegelt es doch die Schöpfungsgeschichte des Kosmos wieder – und vielleicht sogar seine Zukunft.

Nur vier Prozent des Universums bestehen aus gewöhnlicher Materie

Etwa 380 000 Jahre nach dem Urknall war das Universum auf 3000 Grad Celsius abgekühlt und wurde schlagartig für elektromagnetische Strahlung durchsichtig. Die Expansion des Weltalls hat im Verlauf von Jahrmilliarden die Wellenlängen der damals freigesetzten Strahlung gestreckt und sie abgekühlt. Heute liegt die Temperatur der Hintergrundstrahlung nur noch 2,7 Grad über dem absoluten Nullpunkt.

„Zum Zeitpunkt ihrer Aussendung war die Hintergrundstrahlung sehr eng mit der Materie verbunden, deshalb kann sie uns Aufschluss geben über die damalige Verteilung der Materie“, sagt Jan Tauber, der wissenschaftliche Leiter der Planck-Mission bei der europäischen Raumfahrtorganisation Esa. Schon damals war die Materie nicht völlig gleichförmig verteilt: Es gab kleine Dichteschwankungen, kosmische Saatkörner gewissermaßen, aus denen später die Strukturen des heutigen Universums wie Galaxien entstanden. Die Schwankungen der Materiedichte führten auch zu Variationen der Temperatur und diese sind in der Hintergrundstrahlung noch heute sichtbar. Mehr noch: Die genaue Verteilung der Temperaturschwankungen erlaubt es den Forschern, Rückschlüsse auf den genauen Ablauf des Urknalls zu ziehen.

Die bislang besten Daten über die Hintergrundstrahlung lieferte die 2001 gestartete Nasa-Sonde „Wilkinson Microwave Anisotropie Probe“, kurz WMAP. Die Instrumente des Satelliten konnten selbst Temperaturunterschiede von wenigen millionstel Grad in der Hintergrundstrahlung aufspüren und zeigten so, dass unser Universum überwiegend aus mysteriösen, unsichtbaren Bestandteilen aufgebaut ist: Die gewöhnliche Materie, aus der Sterne, Planeten und wir Menschen bestehen, macht lediglich vier Prozent des Kosmos aus. Dunkle Materie steuert 22, Dunkle Energie 74 Prozent bei. Während die Dunkle Materie Galaxien und Galaxienhaufen mit ihrer Schwerkraft zusammenhält, verleiht die Dunkle Energie der Expansion des Kosmos zusätzlichen Schwung – und entscheidet so auch darüber, ob das Universum irgendwann wieder in sich zusammenstürzt oder ewig expandiert.

Vier Kühlsysteme halten die Sonde bei 0,1 Grad über dem absoluten Nullpunkt

Planck soll WMAP in punkto Genauigkeit nun noch einmal deutlich übertreffen. Die Sonde ist mit einem 1,5 Meter großen ovalen Hauptspiegel ausgestattet, der die empfangene Strahlung über einen weiteren, 50 Zentimeter großen Spiegel zu zwei Empfängereinheiten für verschiedene Wellenlängen lenkt. Insgesamt vier Kühlsysteme senken die Temperatur der Instrumente auf gerade einmal 0,1 Grad über dem absoluten Nullpunkt ab, damit das schwache Signal der Hintergrundstrahlung nicht von der Eigenstrahlung des Teleskops überdeckt wird.

Doch auch die Strahlung von Sonne, Erde und Mond würde die Instrumente von Planck stören. Deshalb soll die Sonde nicht in einer Umlaufbahn um die Erde gebracht werden, sondern in Gegenrichtung zur Sonne in 1,5 Millionen Kilometer Entfernung von der Erde im sogenannten Lagrange-Punkt 2. Dort heben sich die Anziehungskräfte von Sonne und Erde einerseits und die Fliehkraft der Bahnbewegung gerade so gegenseitig auf, dass die Sonde praktisch antriebslos gemeinsam mit der Erde um die Sonne kreisen kann.

„Insgesamt sollte Planck uns die zehnfache Menge an Informationen über das Universum liefern wie WMAP“, hofft Tauber. Bislang hätten alle Messungen der kosmischen Hintergrundstrahlung die theoretischen Vorhersagen bestätigt und sich problemlos in das Standardmodell der Kosmologie eingefügt. „Für mich wäre es deshalb am aufregendsten, wenn Planck etwas ganz Neues entdecken würde, etwas, das uns dazu auffordern würde, unsere nahezu etablierten Vorstellungen vom Universum noch einmal zu überdenken.“ Rainer Kayser

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