Das Ende einer Ära: SOFIA - rest in peace

 Aus einer Pressemeldung der Universität Stuttgart vom 13.1.:

"Am 12. Januar 2023 ist SOFIA, das Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie, in seinem finalen, dauerhaften zu Hause, dem Pima Air & Space Museum in Tucson, Arizona, angekommen. Das Deutsche SOFIA Institut der Universität Stuttgart, welches seit 2004 auf deutscher Seite für die Vorbereitung und Durchführung des wissenschaftlichen Betriebs von SOFIA verantwortlich war, wird die Kollegen und Kolleginnen der NASA und vom Pima Museum dabei unterstützen, SOFIA in die Dauerausstellung vor Ort zu integrieren".

Der letzte Flug war schon am 22.12.2022 von der NASA Armstrong Flight Research Center (AFRC) in Palmdale zur Davis-Monthan Air Force Base in Tucson. Den letzten Kilometer wurde dann die umgebaute Boeing 747 über unbefestigtes Gelände querfeldein zum Museum geschleppt.

Der letzte wissenschaftliche Einsatz endete am 29.9.2022.

SOFIA war ein im fernen IR betriebenes 2,7 m Teleskop mit modernster Detektortechnik, die größtenteils in Deutschland entwickelt und gebaut  wurde.

SOFIA ist ab 1996 entwickelt worden, hat im Mai 2010 den Testbeobachtungsbetrieb aufgenommen. Reguläre Forschungen wurden dann ab April 2013 durchgeführt.

Ich hatte das große Vergnügen im Oktober 2016 eine Woche in der NASA Base in Palmdale sein zu dürfen und habe dabei an zwei Flügen in die Stratosphäre teilgenommen.

Die große Flughöhe ist notwendig, weil da das Teleskop über dem iridschen Wasserdampf ist, der besonders das langwellige IR absorbiert.

Das Teleskop beobachtet dann durch eine geöffnete Luke im Flugzeug, wird durch Gyroskope stabil auf das Objekt ausgerichtet und das Flugzeug fliegt sozusagen mit dem Teleskop.

Ich habe damals meine Fahrt nach Palmdale in meinem ersten Blog beschrieben. Den gibt es noch:

https://sofia-sfn.blogspot.com/

SOFIA Blog

In einem etwa einstündigem Filmbericht habe ich die Forschenden an Bord interviewet und Einblick in den Ablauf eines Fluges gegeben.

Den Film gibt es noch in der Mediathek:

https://www.mediathek-hessen.de/medienview_15355_Klaus-Peter-Haupt-OK-Kassel-SOFIA--Das-fliegende-I.html

SOFIA Film

Insgesamt kommt Wehmut bei mir auf...unvergessen war auch für mich, dass ich Start und Landung als 4. Mann im Cockpit erleben und filmen durfte...

Bilder (Florian Behrens/DSI):

- Angekommen im Museum

- Der letzte Flug

- Mosaik wissenschaftlicher Entdeckungen

- Eigene Bilder 2016

Startvorbereitungen auf der NASA Base

Kurz vor dem Start im Cockpit

Flugvorbesprechung

Im Hangar

Der Detektor

Cockpit in der Nacht

Messungen

Rückkehr in der Morgendämmerung

Blick über Computerterminals zum Detektor

Flight Control

Landeanflug über Los Angeles

Aus der Traum...

 Im September wird der Betrieb des einzigen fliegenden IR-Teleskops SOFIA endgültig eingestellt. Die NASA hat sich an die Vorgabe  der Academy of Sciences, Engineering and Medicine gehalten, die den wissenschaftlichen Output bei jährlichen Betriebskosten von  86 Millionen Dollar für nicht ausreichend hält.

20% der Betriebskosten sind von Deutschland über DLR und DSI (Deutsches SOFIA Institut) übernommen worden. Dafür durften deutsche Forschende 30 Flüge im Jahr gestalten.

Der Regelbetrieb begann 2014, zunächst waren nur 5 Jahre vorgesehen. Dann wurde 2019 für weitere drei Jahre verlängert. Und nun ist im September Schluss.

Insgesamt sind etwa 800 Forschungsflüge durchgeführt worden, die meisten von der NASA Basis im Palmdale, aber auch von Neuseeland und einige wenige von Deutschland aus.

Bei 0,25% aller Flüge war ich dabei. Das Einstellen des Programms wertet für mich diese Erinnerungen besonders auf.

Es gibt dazu einen eigenen Blog (übrigens mein erster...):

SOFIA Blog

https://sofia-sfn.blogspot.com/

Einen Dokumentarfilm, den man noch in der Mediathek des Offenen Kanals ansehen kann...

SOFIA - Film

https://www.mediathek-hessen.de/medienview_15355_Klaus-Peter-Haupt-OK-Kassel-SOFIA--Das-fliegende-IR-Teleskop.html

und letzte besondere Erinnerungen, die ich in meinem Blog "Erinnerungen" auf meiner Homepage www.natur-science-schule.info teile: "KP - warst Du im Weltall?"

Besondere Erinnerungen an SOFIA

https://www.natur-science-schule.info/post/kp-warst-du-im-weltall

Auch in diesen Blog hier habe ich viel über SOFIA gepostet. Man kann sich diese Posts über den Label "SOFIA" zusammenstellen.

Die Beobachtung von Starburst Galaxien

 Im frühen Universum war die Sternentstehungsrate in Galaxien sehr hoch, dann ist sie schnell auf ein niedriges aber konstantes Maß gesunken.

Alte Galaxien, also solche, die ihre Gasanteile verloren oder aufgebraucht haben, können keine neuen Sterne mehr bilden.

Die Graphik (NASA/DSI/DLR) zeigt eint typisches Spektrum einer Galaxie mit intensiver Sternbildung (weiße Linie). Zusätzlich ist die Lage vieler wichtiger Emissionslinien u.a. von Wasserstoff und organischen Molekülen eingezeichnet.

Darunter sieht man die Wellenlängenbereiche, die vom fliegenden IR-Teleskop SOFIA, dem JWST und ALMA abgedeckt werden können.

Ganz unten sehen wir die Durchlässigkeit der Erdatmosphäre, einmal für SOFIA in 14 km Höhe und dann für ALMA in 5,1 km Höhe. In fast allen Bereichen kann SOFIA besser aus der Erdatmosphäre hinaussehen.

Vergleich zwischen SOFIA und dem JWST

Einzigartigkeit: 

SOFIA:

- Einziges Teleskop für langwelliges IR (Infrarot)

- Beobachtungsbereich liegt zwischen JWST und ALMA

JWST:

- größtes Weltraumteleskop

- dringt in Anfangszustände der kosmischen Entwicklung vor

Eignung:

SOFIA:

Detektoren können gewechselt und an Beobachtungsaufgaben angepasst werden

JWST:

Kann nicht gewartet werden, ist aber für 5 bis 10 Jahre einsatzfähig

Beobachtungen:

SOFIA:

Geeignet für hellere Objekte

Sternentstehung in unserer Galaxis und nahen Galaxien

Interstellare Materie in unserer Galaxis

Objekte im Sonnensystem

JWST:

Geeignet besonders für lichtschwache Objekte, auch in größeren Entfernungen

Ergänzung:

SOFIA:

Beobachtung näherer Objekte kann Beobachtungen des JWST kalibrieren

JWST:

Ergänzt bei kurzen Wellenlängen, was SOFIA bei langen Wellenlängen beobachtet

Setzt Beobachtungsbereich von SOFIA bis zu den Grenzen des Kosmos fort

International

SOFIA:

NASA und DLR ermöglichen weltweite Beteiligung an Beobachtungen

JWST:

Entwickelt von USA, Europa, Kanada und auch weltweit offen für Beobachter

Quelle: DSI

JWST: James Webb Space Teleskop

Unter den Labels werden viele Posts zu diesen beiden Teleskopen aufgerufen.

Vergleich SOFIA - JWST

 Das Deutsche SOFIA Institut hat einen Vergleich zwischen dem JamesWebbSpaceTelecope JWST und SOFIA veröffentlicht.

Ich übersetze ihn bewertend:

Beobachtungsbereich:

SOFIA: 

Das einzige Teleskop, das im langwelligen IR beobachtet, also bei längeren Wellenlängen als das JWST und bei kürzeren Wellenlängen als ALMA

JWST:

Größtes Weltraumteleskop für den kurzwelligen und mittleren IR-Bereich.

Wartung und Anpassung:

SOFIA:

Nach jedem Flug, also täglich möglich

JWST:

Für 5 bis 10 Jahre geplant, keine Wartung möglich

Beobachtungsobjekte:

Letztlich vergleichbar. Es geht um Sternentstehung, Planetenbildung, junge Galaxien

aber wegen der unterschiedlichen Wellenlängenbereiche hervorragende gegenseitige Ergänzungen

Beide Teleskope können von Forschenden weltweit eingesetzt werden.

Instrument:

SOFIA

Spiegel mit 2,50 m Durchmesser

JWST: 

Spiegel mit 6,5 m Durchmesser

Einsatz:

SOFIA:

In Stratosphere in Höhen von 12 bis 14 km, weltweite Flugrouten möglich

JEWST:

Am Lagrangepunkt L2 in 1,5 Millionen km Entfernung

Fazit:

Es kann nicht um ein Entweder-oder gehen, sondern es muss ein sowohl als auch bleiben!

Breaking News: SOFIA vor dem Aus?

 Die NASA hat am 18. Januar 2022 verkündet, dass SOFIA nicht am Senior Review Prozess teilnehmen soll, der ursprünglich im März 2022 stattfinden sollte und der die wissenschaftlichen Verdienste, die technische Leistungsfähigkeit und Kosten von SOFIA im Hinblick auf NASAs strategische Ziele bewerten sollte. Ohne den Senior Review steht zu befürchten, dass die NASA das SOFIA Projekt ohne stichhaltige wissenschaftliche Begründung im Jahr 2023 auslaufen lässt. 

Das Deutsche SOFIA Institut DSI hat in einer Stellungnahme die Situation genauer beschrieben.

Die Texte sind in den folgenden Abbildungen zu lesen.

Wer bereit ist, durch Unterschreiben einer Petition das DSI zu unterstützen, schreibt bitte ein Mail an kp@sfn-deutschland.org. Ich melde mich dann und sende einen Link zu.

Schulen, Fachgruppen, Vereine aber auch einzelne Personen können hier helfen!

Eine lockere informative Runde über IR-Astronomie, das JWST und SOFIA ...

 Geplant war maximal eine Stunde, fast 90 Minuten wurden daraus.

Mark Woskowski und KP Haupt haben sich mit Wissenschaftlern unterhalten, die alle die langwellige Strahlung nutzen, um ins Innere von Sternentstehungsgebieten und die Galaxienbildung am  Anfang des Universums zu sehen.

Bedingt durch die Pandemie haben wir die große Chance ergriffen, live über ZOOM miteinander zu reden, Videoausschnitte und Bilder zu zeigen und einen spannenden Einblick in astronomische Forschung zu geben.

Unsere Gäste:

Prof. Dr Giesen, Leiter Institut für Laborastrophysik der Universität Kassel

Dr. G. Fuchs, Institut für Laborastrophysik der Universität Kassel

Prof. Dr. A. Krabbe, Leiter des Deutschen SOFIA Instituts, Stuttgart

Prof. Dr. B. Fricke, Theoretischer Physiker (emeritiert)

Fragen: 

Mark Woskowski, Abiturient, AAK, Vorführer im Planetarium

KP Haupt, CEO FutureSpace, AAK

Technik:

Rico Janusch, Büroleiter FutureSpace, Vorführer im Planetarium

An konkreten Beispielen wurde das Vorgehen bei der Erforschung von Molekülen im Kosmos diskutiert.

Spannend war auch der Einblick in die Praxis der Beantragung und Genehmigung von Beobachtungszeit, auch das Wechselspiel zwischen Theorie und Praxis.

Antragsschluss ist am Sa, 29.1.22, 6.00 Uhr

Wir waren sehr aktuell...Dr. Fuchs hat seinen Antrag kurz vor Beginn des Streams abgegeben.

Das Gespräch fand in lockerer Atmosphäre statt, ging in die Tiefe und zeigte, dass dieses Format, was wir heute zum ersten Mal live gestreamt haben, wohl öfters jetzt genutzt werden soll.

Es lohnt sich unbedingt da noch mal reinzuschauen.

https://youtu.be/500ZQ0L1hMw

Gespräch über IR-Astronomie

2016 war ich in der NASA Basis in Palmdale und bin zweimal mit SOFIA geflogen.

Im Blog kann man noch alles nachlesen:

https://sofia-sfn.blogspot.com/

SOFIA Blog

Und den dabei gedrehten Film kann man in der Mediathek abrufen:

https://www.mediathek-hessen.de/medienview_15355_Klaus-Peter-Haupt-OK-Kassel-SOFIA--Das-fliegende-IR-Teleskop.html

SOFIA Film

Mit SOFIA unterwegs im Kosmos, Teil 10: Der heiße Kern des Orionnebels

 Kommen wir noch einmal zum Orionnebel zurück.

2019 wurde dieses Bild veröffentlicht. Es zeigt Magnetfeldstrukturen, an Bord von SOFIA vermessen, überlagert auf einem IR-Bild des Orionnebels vom VLT.

Deutlich erkennt man die vier Trapezsterne im Zentrum der Aufnahme.

Die Magnetfelder werden über die Polarisation des IR-Lichtes vermessen, denn sie richten Staubkörner aus und diese sorgen dafür, dass das gestreute IR-Licht nur in einer Ebene schwingt.

Deutlich sind Strukturen zu sehen, die von einem Materieausfluss erzeugt werden, der aus einem eher chaotischem Bereich herauskommt.

Hier könnte vor 500 bis 1000 Jahren ein Dreifach-Sternsystem aus Protosternen sich aufgelöst haben, wodurch zwei der Protosterne kollidiert sind und diesen explosiven Ausfluss erzeugt haben.

credit: NASA/SOFIA/VLT/ESO

MIT SOFIA unterwegs im Kosmos, Teil 6: Füttern von Sternenembryos

 Wenn Sterne entstehen, bilden sich zuerst Protosterne, d.h. Verdichtungen, die dadurch leuchten, dass sie sich weiter zusammenziehen, also ihre Energie aus dem Gravitationsfeld beziehen.

Noch reicht die Zentraltemperatur nicht aus zum Zünden der Kernfusion.

Dazu müssen sie noch wachsen.

Das Füttern erfolgt aus der umgebenden Gas- und Staubwolke, die oft in Form einer Akkretionsscheibe vorliegt und in der sich auch die Planeten bilden.

Bei sehr massereichen Protosternen fällt neues Material angeregt durch Gravitationsinstabilitäten oft klumpenweise nach Innen und und führt zu einem vorübergehenden Aufleuchten des Protosternes.

Ganz oft werden dabei auch Methanol-Maser angeregt, das sind sich selbst verstärkende Strahlungen im IR von Methanol CH3OH, dem einfachsten organischen Alkohol.

Maser sind Laser für Mikrowellenstrahlung.

(da sind wir wieder beim Alkoholthema...siehe Vortrag vom Freitag).

Im Januar 2019 wurde mit SOFIA dieses Aufflackern von Maserstrahlung um dne Protostern G358 untersucht.

Das erste Bild (L.Cook) zeigt eine künstlerische Vorstellung des Vorganges.

Das zweite Bild zeigt einen solchen Ausbruch im Katzennebel (Bild: NASA/SOFIA).

Mit SOFIA unterwegs im Kosmos, Teil 5: Sternenwind im Orionnebel

 Im letzten Monat konnte ich die SOFIA-Reihe nicht fortsetzen, da durch den Adventskalender und viele Beobachtungsberichte andere Posts im Vordergrund standen.

Bisher sind erschienen:

23.11.: Allgemeines zu SOFIA (fliegendes IR-Teleskop)

26.11.: M 82

29.11.: Wasser auf dem Mond

6.12.: Das erste Molekül im Kosmos

Sternenwinde im Orionnebel

Von einem jungen Stern im Zentrum des Orionnebels gehen starke Sternenwinde aus. Diese sorgen für eine große Blase (schwarz im Bild), in der  keine Sterne entstehen können.

An andere Stellen drücken die Sternenwinde die Gaswolken zusammen und lösen die Bildung neuer Sterne aus.

Untersucht wurde die IR-Strahlung von C+, dem einfach ionisierten Kohlenstoff. In 40 Stunden Beobachtungszeit konnten 2 Millionen Spektren aufgenommen werden, aus denen sich eine dreidimensionale Darstellung der Molekülwolken im Orionnebel gewinnen lassen (siehe Video).

Mit SOFIA unterwegs im Kosmos, Teil 4: Das erste Molekül im Kosmos

 Das Jahr 100 000 nach dem Urknall...

Der Kosmos hat sich auf etwa 4000°C abgekühlt, Heliumatomkerne können Elektronen einfangen und behalten...nur der Wasserstoff ist noch ionisiert...als H+.

Sehr viel mehr gibt es nicht...also: Verbindung zu He+, Heliumhydrid.

Das ist die stärkste Säure, die es im Kosmos gibt, denn das Proton wird selbst an neutrale Moleküle abgegeben.

Die gab es damals natürlich nicht, aber HeH+ sollte es gegeben haben.

Seit langer Zeit wird HeH+ im Labor hergestellt und untersucht.

Nur im heutigen Kosmos hat das bisher noch niemand gefunden...

Im April 2019 wurden Beobachtungen veröffentlicht, die an Bord von SOFIA gemacht worden sind: Erstmalig ist HeH+ im Kosmos nachgewiesen worden.

Fündig wurde man am planetarischen Nebel NGC 7027. Er steht in 3000 Lj Entfernung. Mit 0,2 Lj Durchmesser und eine Alter von etwa 600 Jahren ist er einer der jüngsten seiner Art.

Vor kosmisch kurzer Zeit hat ein Riesenstern seine Gashülle abgestoßen und sein erdgroßes etwa 100 000 K heißes Zentrum freigelegt. Daraus bildet sich ein Weißer Zwerg, die abgestoßene Hülle sieht man für eine Weile als planetarischen Nebel.

Im Übergangsgebiet vom hellen Inneren zum kühleren Äußeren da kann sich HeH+ bilden und genau dort konnte man es mit dem Spektrometer GREAT an Bord von SOFIA auch nachweisen.

Das zweite Bild zeigt das Spektrum bei 0,149 mm Wellenlänge: Die Emissionslinie von HeH+ ist gut zu sehen. Die starke Verbreiterung kommt von der Expansion des Nebels.

Bild: HST/NASA/ESA

          MPIfR

Mit SOFIA unterwegs im Kosmos, Teil 3: Wasser auf dem Mond

 2021 konnte mit dem FORECAST Spektrometer am SOFIA-Teleskop erstmalig auf der sonnenbeschienenen Seite des Mondes Wasser nachgewiesen werden. Tief im Inneren des Clavius-Kraters verbirgt sich Wasser, eingeschlossen in kleinen glasperlenartigen Strukturen. Es verrät sich durch Biegeschwingungen H - O - H mit Emission bei 6,1 Mikrometer Wellenlänge im IR. Bei dieser Wellenlänge kann nur aus der Hochatmosphäre beobachtet werden.

Bild: NASA/Arnes Research Center

Mit SOFIA unterwegs im Kosmos, Teil 2: M 82

 M 82 ist eine Spiralgalaxie im Sternbild Großer Bär, 11,5 Millionen Lichtjahre entfernt, nur 37 000 Lichtjahre groß. Sie hat somit auch relativ wenig Sterne (30 Milliarden, etwa 10% der Sternenzahl unserer Galaxis).

Sie ist eine Galaxie mit starker Sternentstehung (starburst) und besitzt einen extrem starken Sternenwind aus dem Zentrum heraus, der bis in das Halo hinein Staub und Gase transportiert.

SOFIA hat bei 53 Mikrometer Wellenlänge den warmen Staub im Inneren detektiert und bei 154 Mikrometern den kühleren Staub in äußeren Bereichen. Damit sind auch die Strukturen des Magnetfeldes sichtbar geworden.

Im ersten Bild ist das gelb dargestellt. Der Ausfluss des Wasserstoffgases ist rot unterlegt.

Die Magnetfeldstrukturen sind offen. Vom Prinzip her kann man sich das so wie auf der künstlerischen Darstellung im zweiten Bild vorstellen.

Bilder. NASA/SOFIA

Mit SOFIA unterwegs im Kosmos, Teil 1

 Was macht SOFIA?

In der Flughöhe von 13...14 km sind 99% des Wasserdampfes unter dem Teleskop, der blick nach oben im IR ist frei.

Dazu ist das fliegende 2,7 m Teleskop mit Kamera, Spektrometer und Polarimeter ausgestattet.

Forschungsobjekte:

- Kometen, Asteroiden und Kometen im Sonnensystem

- Entstehung von Sternen und Planeten

- Organische Substanzen im Kosmos

- Gas- und Staubgebiete

- Magnetfeldstrukturen

Prinzipiell kann SOFIA durch dichte Staubwolken hindurch sehen und somit Forschungen durchführen, die mit sichtbarem Licht nicht möglich sind.

Starten wir nun mit SOFIA und lernen die neuesten Forschungsergebnisse der letzten Jahre kennen.

Dazu gibt es eine kleine Postserie...demnächst in diesem Blog!

Stichwort 11: SOFIA

 SOFIA ist ein Forschungsflugzeug, eine umgebaute B 747, mit einem großen 2,7 m IR-Teleskop an Bord. Regelmäßig fliegt sie bis zu 12 Stunden in 13 km Höhe und mehr, die Außenwand des Flugzeuges wird geöffnet und das Teleskop kann beobachten.

Damit das Objekt im Blickfeld bleibt, sind Teleskop und Flugzeug so getrennt, dass das Flugzeug sich immer so anordnen kann, dass das Teleskop perfekt aus der Öffnung schaut. Bis ein neues Objekt eingestellt wird fliegt die B747 um das ausgerichtete und stabilisierte Teleskop herum..

Ich durfte 2016 an zwei Forschungsflügen von der NASA Basis Palmdale in den USA teilnehmen und habe dazu einen einstündigen Lehrfilm gedreht, in dem alle Phasen des Fluges gezeigt werden, aber auch die an Bord befindlichen Wissenschaftler ihre Forschungen im Flugzeug live erklären.

Hier der Link:

https://mediathek-hessen.de/medienview_15355_Klaus-Peter-Haupt-OK-Kassel-SOFIA--Das-fliegende-IR-Teleskop.html

SOFIA Film

SOFIA (Stratosphären Observatorium für Infrarot Astronomie) wird gemeinsam betrieben von der NASA und der DLR (Deutsches Institut für Luft- und Raumfahrt) Die deutsche Zentrale ist das DSI (Deutsches SOFIA-Institut) in Stuttgart.

In einer Postserie werde ich die wichtigsten Forschungsergebnisse von SOFIA der letzten Jahre vorstellen.

Damals habe ich auch aus Kalifornien meinen ersten Blog geschrieben. Da steht viel über IR-Astronomie drin, aber es sind auch tägliche Liveberichte mit vielen Bildern dabei:

https://sofia-sfn.blogspot.com/

SOFIA Blog 2016