Per Ballon in die Stratosphäre

Europäische Stratosphären Ballon Observatorium DesignStudie (ESBO DS) – noch sind es kaum eine Handvoll Wissenschaftler, die sich in Stuttgart, Tübingen, München, Spanien und Schweden das Ziel gesetzt haben, langfristig ein europäisches Ballon-Observatorium zu etablieren. Doch schon bald wird das internationale Team aus den Bereichen Raumfahrt, Astronomie, Astrophysik und extraterrestrische Physik auf knapp 20 Experten anwachsen.

„Völlig losgelöst von der Erde schwebt der Großballon völlig schwerelos“ – Träume, frei nach dem Pop-Song „Major Tom“, werden für den Wissenschaftler Philipp Maier sukzessive Realität. Flexibel, leichter, kostengünstiger, mit Platz für größere Teleskope heißt die Devise für den Ingenieur des Instituts für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart.

Maier ist Projektkoordinator von ESBO DS. Das auf drei Jahre angelegte interdisziplinäre Vorhaben, finanziert im Rahmen der Horizont 2020-Agenda der Europäischen Union, will die astronomische Forschungslandschaft mit Sternenbeobachtungen aus 30 bis 40 Kilometern Höhe ergänzen – per heliumgefülltem „Leichter-als-Luft“-Ballon, der einen Durchmesser zwischen 50 und 70 Metern hat. Ganz vorne mit dabei ist die Universität Stuttgart, die als Konsortialführer des Projekts fungiert. Die Stuttgarter sind für den Bau des Teleskops im sichtbaren Bereich zuständig; die Universität Tübingen liefert das Hauptwissenschaftsinstrument für die Beobachtungen vor allem veränderlicher Sterne im Ultravioletten. Die Ballongondel als Plattform für die Instrumente baut die Swedish Space Corporation (SSC), „eine der erfahrensten Organisationen weltweit für Höhenforschungsraketen und Stratosphärenballons“, so Projektkoordinator Maier.

Je höher in die Atmosphäre der Flug geht, desto weniger atmosphärische und damit störende Partikel behindern die Sicht des Teleskops. Jenseits eines großen Teils der störenden irdischen Lufthülle, in Höhen zwischen 12 oder 14 Kilometern, wie sie etwa das flugzeugbasierte Teleskop SOFIA durchfliegt, ist die Sicht weitestgehend frei auf Planeten in anderen Sonnensystemen. „Dadurch sind Untersuchungen möglich, ob unser Sonnensystem etwas Besonderes ist oder nicht. Wir können feststellen, ob Planeten in anderen Sonnensystemen auch Atmosphären haben und Leben beherbergen können“, sagt Maier.

Allerdings steigen bei solchen Höhenflügen auch die Kosten exorbitant, wie das Beispiel der NASA-Mission Hubble zeigt. Sie wurde um fast eine Milliarde Euro teurer als geplant, weil ein weiteres Space-Shuttle ins All fliegen musste, um die Fehler am Schliff des Teleskop-Hauptspiegels zu beheben. Weitaus bescheidener bei der interstellaren Forschung ist da das Projekt ESBO DS – sowohl in puncto Kosten als auch bezüglich der Einstiegsgröße des Teleskops. Letztere wird bei der Designstudie bei einem Durchmesser von 50 Zentimetern liegen. „Die Kosten für eine große Ballonmission mit einem Ballondurchmesser von 70 Metern liegen typischerweise bei 15 bis 20 Millionen Euro“, weiß Maier.

Das von ihm koordinierte Projekt nimmt es gleich mit zwei Problemstellungen auf: Bodengebundene Observatorien sind durch die Atmosphäre limitiert, Missionen wie das Herschel-Observatorium via Satellit in Höhen bis zum zweiten Lagrange-Punkt (L2-Punkt) wegen immenser Kosten begrenzt. Die Ballons können hingegen mehrfach starten, das flüssige Helium zum Kühlen lässt sich wieder auffüllen und Reparaturen sind zwischen den Flügen durchführbar. ESBO DS und das Vorgängerprojekt ORISON, an dem das IRS ebenfalls beteiligt war, bestücken die Missionen je nach Forschungsziel mit unterschiedlichen Instrumenten, was die Ballonflüge für eine größere Wissenschaftsgemeinde zugänglich und erschwinglich macht. Einzige Einschränkung: Auch in 30 Kilometern Höhe sei die Sicht noch ein wenig eingeschränkt. Deshalb sieht Philipp Maier die Ballonforschung als wertvolle Ergänzung, nicht als vollständigen Ersatz der Weltraumforschung mit Satelliten.

Die Ziele des EU-Projekts sind hochgesteckt: ESBO will längerfristig mit einem Teleskop von fünf Metern Durchmesser für ferninfrarotes (FIR) Licht in die Atmosphäre starten. „Für eine bessere räumliche Auflösung muss schlichtweg die Größe steigen“, erklärt Maier. Aus der Designstudie ESBO DS soll anschließend ESBO werden. Dann nämlich gilt es, die Erkenntnisse aus ORISON und ESBO DS im UV- bis Nahinfrarot-Bereich in den Bau eines FIR-Teleskops einfließen zu lassen.

ESBO würde dadurch zu einer langfristigen Forschungseinrichtung für viele Institute und Forschungsrichtungen. Maier fasst das Ziel so zusammen: „Wir wollen eine Organisation schaffen, die unterschiedliche ballonbasierte Teleskope betreibt und Beobachtungszeiten und Mitfluggelegenheiten für wissenschaftliche Studien zur Verfügung stellt.“ Das Projekt umfasst Themen von innovativer Optik bis Leichtbau, die fakultätsübergreifend für viele unterschiedliche Institute interessant werden könnten. Das stimmt die Projektbeteiligten zuversichtlich, was die Zukunft von ESBO betrifft. In einem Zeitfenster von etwa 15 Jahren soll die nächste Generation von FIR-Observatorien entstehen – mit den Erkenntnissen aus der Designstudie.
Susanne Roeder