Nasa-Mission SPHEREx: Auf der Spur der Lebensbausteine im All

Die Suche nach außerirdischem Leben beginnt oft mit einer einfachen Leitlinie: Folge dem Wasser. Ohne Wasser, so wie wir es kennen, ist Leben kaum vorstellbar. Mit diesem Ansatz startet die Nasa bald eine bahnbrechende Mission – das SPHEREx-Teleskop. Es wird die Milchstraße und weit darüber hinaus nach Wassereis und anderen lebenswichtigen Molekülen durchsuchen.

SPHEREx steht für Spectro-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization and Ices Explorer. Der Start ist für Ende Februar 2025 von der Vandenberg Space Force Base in Kalifornien geplant. An Bord einer SpaceX Falcon 9 wird das Teleskop ins All befördert, um den Kosmos in einem bisher unerreichten Maßstab zu kartieren. Die Mission wird mindestens zwei Jahre dauern, in denen SPHEREx Milliarden von Datenpunkten sammeln wird.

Was SPHEREx erforschen soll

SPHEREx ist ein Instrument, das speziell für die großflächige Erfassung der chemischen Zusammensetzung interstellarer Wolken entwickelt wurde. Diese sogenannten Molekülwolken bestehen aus Gas und Staub – genau dort entstehen neue Sterne und Planeten. Besonders im Fokus stehen gefrorene Stoffe wie Wasser, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid. Diese Moleküle lagern sich auf Staubkörnern ab und bilden möglicherweise die Grundlage für die Entstehung von Leben.

Im Gegensatz zu früheren Teleskopen wird SPHEREx nicht nur punktuell bestimmte Himmelsbereiche untersuchen. Stattdessen erstellt es eine umfassende 3D-Karte des Himmels, basierend auf über 9 Millionen Sichtlinienbeobachtungen. Diese Technologie erlaubt es, die Verteilung von Wassereis und anderen lebenswichtigen Molekülen präzise zu bestimmen – und zwar in unterschiedlichen Umgebungen, die von der Geburt neuer Sterne bis zur Entstehung ganzer Planetensysteme reichen.

Warum Wassereis im All so wichtig ist

Auf der Erde ist Wasser ein Schlüsselbestandteil des Lebens. Forschende vermuten, dass auch die Ozeane unseres Planeten ursprünglich aus interstellaren Eisreserven stammen, die während der frühen Entwicklungsphase des Sonnensystems eingebracht wurden. Ähnliches könnte auch für andere Himmelskörper gelten – etwa für Eismonde wie Europa oder Enceladus, die unter ihren gefrorenen Oberflächen möglicherweise lebensfreundliche Ozeane verbergen.

Frühere Missionen wie der Submillimeter Wave Astronomy Satellite (SWAS) haben gezeigt, dass Wasserdampf hauptsächlich in den äußeren Schichten von Molekülwolken vorkommt. Doch diese Funde deuten darauf hin, dass sich im Inneren dieser Wolken weitaus größere Mengen an Wassereis befinden könnten – gut geschützt vor kosmischer Strahlung, die sonst die Moleküle aufbrechen würde. SPHEREx wird helfen, diese Hypothese durch präzise Messungen zu überprüfen und ein detailliertes Bild der Wassereisverteilung im Universum zu liefern.

Wie das Teleskop den Himmel kartiert

Das Herzstück von SPHEREx ist die sogenannte Spektroskopie. Mit dieser Technik wird das Licht von Himmelsobjekten in seine verschiedenen Wellenlängen zerlegt, ähnlich wie ein Prisma Sonnenlicht in die Farben des Regenbogens aufspaltet. Jedes chemische Element oder Molekül hat dabei eine einzigartige „Signatur“, da es bestimmte Wellenlängen absorbiert. Anhand dieser Signaturen können Forschende die chemische Zusammensetzung von Gasen, Staub und gefrorenen Verbindungen im All genau bestimmen.

SPHEREx wird den gesamten Himmel in 102 verschiedenen Infrarot-Wellenlängen kartieren – Bereiche, die für das menschliche Auge unsichtbar sind. Diese Daten liefern nicht nur ein präzises Bild der Häufigkeit bestimmter Moleküle, sondern auch darüber, wie sich diese Stoffe in unterschiedlichen Regionen des Universums verteilen. Durch diese umfassende Analyse können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler neue Erkenntnisse über die Bedingungen gewinnen, unter denen sich Sterne und Planeten bilden.

Die Rolle von SPHEREx in der Kosmologie

Neben der Suche nach lebenswichtigen Molekülen verfolgt SPHEREx ein weiteres bedeutendes Ziel: die Erforschung der Frühgeschichte des Universums. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der sogenannten Inflation – eine Phase unmittelbar nach dem Urknall, in der sich das Universum in einem winzigen Bruchteil einer Sekunde um ein Vielfaches ausdehnte. Dieses Ereignis hinterließ Spuren in der Verteilung von Materie im Universum, die SPHEREx mit seiner Beobachtung von Hunderten Millionen Galaxien sichtbar machen will.

Durch die Analyse der großräumigen Struktur des Universums können Forschende Rückschlüsse auf die Mechanismen ziehen, die während der ersten Augenblicke des Kosmos wirksam waren. Damit könnte SPHEREx helfen, eines der größten Rätsel der modernen Physik zu lösen: Was trieb die Inflation an?

Das schwache Leuchten der verborgenen Galaxien

Eine weitere wichtige Aufgabe der Mission ist es, das sogenannte kollektive Leuchten aller Galaxien im Universum zu messen – auch von jenen, die bislang zu schwach oder zu weit entfernt waren, um mit bestehenden Teleskopen entdeckt zu werden. Diese Messungen werden ein vollständigeres Bild der Entstehung und Entwicklung von Galaxien liefern und helfen, das Ausmaß kosmischer Strahlung zu erfassen.

Durch die Erfassung dieses Lichts können Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auch Rückschlüsse auf die Gesamtmenge an Sternenlicht ziehen, das seit dem Urknall erzeugt wurde – eine wichtige Größe, um die Entwicklung des Universums nachzuvollziehen.

Wer hinter SPHEREx steht

Die NASA-Mission SPHEREx wird vom Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Südkalifornien geleitet. Der Bau des Teleskops und der Raumsonde wurde von BAE Systems realisiert, einem Unternehmen mit umfangreicher Erfahrung im Bereich der Raumfahrttechnologie. Für die wissenschaftliche Analyse der Daten arbeiten Forschende aus den USA, Südkorea und Taiwan zusammen.

Die Auswertung der gesammelten Daten wird vom Infrared Processing and Analysis Center (IPAC) am Caltech durchgeführt. Besonders bemerkenswert: Die Daten werden der wissenschaftlichen Gemeinschaft weltweit frei zugänglich gemacht, sodass Forschende aus aller Welt davon profitieren können.

SPHEREx wird nicht im Alleingang arbeiten. Vielmehr ergänzt es bestehende Teleskope wie das James Webb Space Telescope (JWST). Während Webb detaillierte Nahaufnahmen einzelner Himmelsobjekte liefert, wird SPHEREx den gesamten Himmel kartieren und großräumige Zusammenhänge erfassen. Entdeckt SPHEREx besonders interessante Regionen, können gezielte Folgebeobachtungen mit Webb oder anderen Instrumenten durchgeführt werden.

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