Die Pi-mal-Daumen-Mission
erschienen in:
GEO
Dezember 2009
Klassische Wissenschaftsreportage über eine Gruppe deutscher Astronomen, die die Sonne erforschen wollen und dazu im Norden Schwedens - allen technischen, logistischen und meteorologischen Widrigkeiten zum Trotz - den bis dato größten Forschungsballon starten
Es verlangt Wagemut (und meterweise Klebeband), um ein millionenteures Teleskop an einem Ballon in die Stratosphäre zu schicken. Aber intimer lässt sich die Sonne nicht beobachten.
Drei Dinge braucht der moderne Ballonfahrer: Klebeband, Kabelbinder und ein kleines Schweizer Taschenmesser. So wie das, mit dem Bernd Chares gerade Löcher in die silbrig glänzende Isolierfolie sticht. Chares, Chefmechaniker am Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, nimmt einen Kabelbinder, fummelt ihn durch ein Loch und zurrt die Folie am weißen Metallgerüst fest. Pi mal Daumen. Er klettert eine Sprosse höher. Sein Kollege, der die Leiter hält, scherzt: "So toll wie du das machst, kannst du beim nächsten Weihnachtsfest auch all unsere Geschenke verpacken." Die dürften deutlich weniger Mühe bereiten.
Denn es ist ein ganz besonderes Präsent, das Bernd Chares auf dem Gelände des schwedischen Raumfahrtzentrums Esrange gerade in silberfarbene Folie einschlägt: sieben Meter hoch, fast drei Tonnen schwer, ein fliegendes Observatorium.
"Sunrise" heißt das Ungetüm; sobald das Wetter mitspielt, soll es abheben. Nicht an Bord einer Rakete, sondern unter einem Ballon - dem größten Forschungsballon, der jemals in Europa gestartet ist.
Fünf Tage lang wird es dann die Vorgänge auf der Sonne mit einer bislang nie erreichten Genauigkeit erforschen. Es wird die Magnetfelder unseres Zentralgestirns erkunden, die Ursprünge der Sonnenstürme, die geladene Teilchen bis zur Erde wehen. Und es wird helfen, solche Aktivitäten besser vorherzusagen. Rund um den Globus warten Astronomen sehnsüchtig auf den Start der Hightech- Mission.
Sie müssen sich noch etwas gedulden.
Bernd Chares sind die Kabelbinder ausgegangen. Er kramt in einer der Kisten, die sich in der schmucklosen Werkshalle stapeln. "Ballon-Gebäude 96" steht an deren Tor. Jeder hier in Nordschweden nennt die Halle aber nur "die Kathedrale".
Die Sitzordnung ist streng: Vorn rechts haben sich die Gondelbauer vom US-Höhenobservatorium in Colorado breitgemacht. Von ihnen stammt der weiße Metallkäfig, in dem das Teleskop verankert ist und den Bernd Chares gerade - zum Schutz vor Hitze und Kälte - einpackt.
Hinten rechts löten Männer mit beachtlicher Körperfülle filigrane Schaltungen zusammen. Es sind die Ingenieure der US-Raumfahrtbehörde NASA, die für den Ballon verantwortlich sind. Auf ihren Werkbänken türmen sich die Hilfsmittel eines Heimwerkers: Kabel, Zangen, Schraubenzieher. Die Elektronik in den verbeulten Schaltboxen sieht aus, als stamme sie aus Zeiten des "Apollo"- Programms.
Direkt daneben sind die Max- Planck-Leute heimisch geworden, die Koordinatoren des gesamten Projekts. Fast 50 Transportboxen, vollgeklebt mit den Logos unzähliger Raumfahrtmissionen, haben sie mit nach Schweden gebracht.
Und zwischen all dem hängt, fast wie eine Reliquie, "Sunrise".
Peter Barthol schaut dem nervösen Treiben von einer Empore aus zu. Während die Kollegen unten in T-Shirts und Turnschuhen arbeiten, trägt der 52-Jährige als Einziger weißes Hemd und Lederschuhe.
Noch mehr sticht er aber durch seine Unaufgeregtheit hervor.
Barthol ist der Projektleiter und verantwortlich für die 30 Millionen Euro teure Mission. Er sagt: "Alle, die an dem Ding arbeiten, haben das Terrain verlassen, auf dem sie sich heimisch fühlen." Heimisch, das bedeutet für die Max-Planck-Forscher aus Katlenburg entweder Erdboden oder Weltall - keinesfalls aber eine wacklige Gondel in 37 Kilometer Höhe. Die Entscheidung, ein ambitioniertes Projekt wie "Sunrise" dennoch mit einem Ballon zu starten, ist letztlich aus der Not heraus gefallen: Am Boden lassen sich zwar riesige Observatorien bauen, die flimmernde Erdatmosphäre verhindert aber scharfe Bilder. Mit Satelliten gelingen zwar fantastische Aufnahmen, ein Teleskop wie "Sunrise" ins All zu schießen würde aber Milliarden kosten. Also ein Ballon. Also Warten auf günstige Winde. Also Kabelbinder und selbst gelötete Stecker.
Auch nach mehr als sechs Jahren Arbeit am "Sunrise"-Projekt kann Barthol, der aus der Raumfahrtbranche kommt, über die entspannte Improvisation der Ballonbauer nur den Kopf schütteln: "Bei Weltraumexperimenten sind wir es gewohnt, unsere Systeme bis ins Detail zu analysieren", sagt er. Alles wird aufwendig simuliert, getestet, mehrfach abgesichert.
In der Kathedrale aber schalten die Gondelbauer einfach einen alten Theaterscheinwerfer an, wenn sie schnell eine "Sonne" simulieren wollen, auf die sich das frisch verpackte Teleskop automatisch ausrichten soll.
Bernd Chares gibt der Gondel einen Stups und aktiviert die Zielautomatik. Ein Schwungrad oberhalb des Teleskops beginnt sich zu drehen, der Metallkäfig folgt der Bewegung, schießt wie ein Pendel übers Ziel hinaus. Das Rad steuert gegen, nach und nach nimmt der einen Meter große Hauptspiegel den Scheinwerfer ins Visier.
Peter Barthol nickt zufrieden. "In der Stratosphäre, an einem 60 Meter langen Seil unter dem Ballon schwebend, wird das natürlich komplizierter", sagt er.
Deshalb haben die Ingenieure ihrem Teleskop einen Bildstabilisator verpasst: Ein kleiner, extrem beweglicher Spiegel soll scharfe Aufnahmen garantieren.
Gelingt das, wird "Sunrise" als erstes Teleskop Strukturen mit einer Größe von nur 35 Kilometern auf der Sonnenoberfläche sichtbar machen. Intime Einblicke, auf die nicht nur Sonnenforscher lange gewartet haben: Auch Plasmaphysiker, die an Fusionsreaktoren arbeiten, werden von den Erkenntnissen über die Kernfusion auf der Sonne profitieren. Oder Astronomen, die die Vorgänge auf fernen Sternen untersuchen - und die Signale vom Rand der Milchstraße umso besser deuten können, je genauer sie unseren Heimatstern verstehen.
"Die Sonne ist ein Labor vor unserer Haustür, in dem tolle Experimente ablaufen - und mit ,Sunrise' können wir endlich zuschauen", sagt Projektwissenschaftler Achim Gandorfer.
Besonders bedeutsam ist dabei das solare Magnetfeld. Denn auf der Oberfläche der Sonne geht es sehr dynamisch zu: "Das Gas ist dort fast 6000 Grad heiß und blubbert wie in einem Kochtopf", erzählt Gandorfer. Gas-Atome, die aufgrund der Temperaturen ihrer Elektronen beraubt und nun geladen sind, steigen auf und sinken wieder ab. Dabei erzeugen sie - wie alle bewegten Ladungen - ein Magnetfeld.
An der Sonnenoberfläche bleibt das folgenlos. Die zähe Plasma- Suppe widersetzt sich den ständig wechselnden magnetischen Einflüssen. Weiter oben, in der Korona, sieht das anders aus: Das Gas ist dort dünner, beweglicher. Und wenn einzelne Plasma- Blasen Millionen von Kilometern in die Höhe geschleudert werden, rasen sie von dort aus unweigerlich entlang des Magnetfeldes durchs All.
Darin vermuten Astrophysiker die Ursache des Sonnenwindes - jenes Stroms geladener Teilchen, der auf der Erde Polarlichter an den Himmel zaubert, aber auch Satelliten und Telefonverbindungen stören kann. Alle elf Jahre ist diese Aktivität besonders stark. Zeitgleich tauchen auf der Oberfläche unseres Zentralgestirns immer wieder Sonnenflecken, kühlere Regionen, in großer Zahl auf.
Warum das so ist, bleibt bis heute rätselhaft. "Um die Sonne als dynamisches Objekt zu verstehen, müssen wir erforschen, was hinter den Magnetfeldern steckt", sagt Gandorfer. Dazu braucht man nicht hinzufliegen. Es genügt ein genauer Blick auf das Licht der Sonne. So schlucken etwa Atome einen Bruchteil der ausgesandten Strahlung und lassen den Rest passieren.
Welche Frequenzen die Atome schlucken - das ist der besondere Fingerabdruck eines jeden Stoffes. Aus der Breite der Lichtlücke im Spektrum, ihrer Position und Form kann "Sunrise" Temperatur, Druck, Gasgeschwindigkeit und sogar das Magnetfeld auf der Sonne mit hoher Auflösung bestimmen. Gleichzeitig "schaut" ein zweites Instrument unterschiedlich tief in die Sonnenatmosphäre hinein; dabei registriert es, wie sich das zuvor gemessene Magnetfeld an einer bestimmten Stelle auf die Vorgänge in der Atmosphäre auswirkt, wie es den Gastransport von unten nach oben beeinflusst.
Zudem werden auch irdische Teleskope von den Kanaren bis nach New Mexico während des Fluges von "Sunrise" synchronisiert im Einsatz sein, ebenso wie die Raumsonden "Hinode" und "Soho". Da jedes dieser Observatorien die Sonne in einem anderen Bereich des Spektrums betrachtet, soll der kollektive Blick ein völlig neues Gesamtbild des Gestirns liefern. "Wir hoffen", sagt Gandorfer, "so endlich den Schlüssel zur magnetischen Aktivität der Sonne zu finden." Fünf Tage soll sich "Sunrise" in der Luft halten und dabei die Mitternachtssonne keine Minute aus dem Blick verlieren. Das Problem:
Bei Wind und Wolken kann kein Ballon starten. Bernd Chares öffnet kurz die Hallentür, schaut zum Himmel, schüttelt sich und ist schnell wieder im Warmen. "Stürmisch, kalt, kurz gesagt: beschissen", entfährt es ihm.
Ross Hays kann das in geschliffenere Worte fassen. Täglich lädt der NASA-Meteorologe zum Wetter- Briefing. In einem atemraubenden Tempo, das erahnen lässt, dass Hays mal beim US-Sender CNN unter Vertrag stand, eilt er dann durch drohende Tiefs und zunehmende Winde, durch dicke Wolkendecken und schwache Hochdruckausläufer.
Letztere könnten Skandinavien kommende Woche erreichen, doziert er. Aber genau lasse sich das hier oben, nördlich des Polarkreises, nie sagen. Hays nimmt den Zeigestock hoch, beendet seine Präsentation und schließt wie jeden Tag: "Fragen? Meinungen? Irgendjemand?" Vor dem Fenster bläst der Wind ein Fahrrad um.
Peter Barthol nimmt den Wetterbericht äußerlich gelassen zur Kenntnis: "Damit mussten wir rechnen", sagt er. Barthol weiß aber auch, dass jede weitere Verschiebung auf die Stimmung seiner Leute drückt.
Zwei Monate sitzt das Team schon auf der Esrange-Basis fest, tief in den Wäldern Lapplands. Der nächste größere Ort, die Eisenerz- Stadt Kiruna mit ihren Abraumhalden und hässlichen Hochhäusern, ist 45 Kilometer entfernt.
Ein Billardtisch, ein fensterloser Fitnessraum, ein paar Mountainbikes sind das ganze Freizeitangebot. Die wenigen deutschen Zeitschriften im Vorraum der Sauna sind von Anfang 2008. Einzig die strikten Essenszeiten geben dem ewig hellen Sommertag so etwas wie Struktur.
Eine Woche später, eine Woche des Wartens. Dunkle Wolken hängen über dem Ballonareal, es tröpfelt. Eigentlich war Schneefall vorhergesagt. Victor Davison, Startchef des NASA-Teams, sitzt im ersten Stock der "Basilika", wie die Schweden das Gebäude neben der Kathedrale nennen. Hier ist ein Tower eingerichtet. Davison schaut in den trüben Himmel. Er ist zuversichtlich. Warum, kann er nicht genau sagen.
"Ballonfahren ist mehr eine Kunst als eine Wissenschaft", erzählt Davison mit texanischem Akzent. "Bei uns zählen Intuition und Erfahrung." Nur eine Handvoll Menschen hat dieses Wettergespür, und Davison gilt als der Beste. Mehr als 60 Forschungsballons hat der ehemalige Luftwaffenmechaniker schon gestartet. Wenn Davison zuversichtlich ist, wird nicht lange gewartet.
Zeit, Herkules aus seiner Behausung zu holen.
Herkules stinkt. Er ist laut, und gewaschen wurde er auch schon lange nicht mehr. Herkules ist das Startfahrzeug für den Ballonflug, ein umgebauter Frontlader mit mannshohen Reifen, 50 Tonnen schwer, 300 PS stark. An dem Ausleger, den der gelbe Volvo wie einen Stachel vor sich her trägt, wird die "Sunrise"- Gondel beim Start hängen - bis der Ballon genügend Auftrieb hat, um mit seiner Fracht in den Himmel zu steigen.
Victor Davison dirigiert Herkules: vorwärts, etwas höher, langsam. Die geballte Faust bedeutet Stopp. Ein leichter Ruck, dann hängt "Sunrise" am Stachel und "schwebt" zentimeterweise aus der Kathedrale. Rechts und links ist zwischen Tor und Teleskop allenfalls eine Handbreit Platz.
Die Solarzellen, die das Observatorium während seines fünftägigen Fluges in Richtung Kanada mit Strom versorgen, müssen im Freien montiert werden. Eine Box mit Ballast, die schief unter der Gondel baumelt, wird mit Klebeband ins Lot gebracht. Peter Barthol, das Funkgerät am Ohr, wackelt prüfend an einem der Sonnensegel. Selbst er sieht heute nervös aus.
Vor einem Monat noch haben die Max-Planck-Forscher ihr Teleskop in einem Reinraum montiert, vor einer Woche haben sie "Sunrise" nur mit Handschuhen angefasst. Jetzt klettern Bernd Chares und seine Kollegen auf dem Alu- Gerüst herum, als sei es die neueste Attraktion eines Spielplatzes. Peter Barthol schlägt die Hände vors Gesicht. "Oh, Mann, und immer gehen sie über die Seite unserer Festplatten!" Ein paar weiße Container, die aussehen wie kleine Bierfässer, beherbergen das Gedächtnis der Mission. Vier Dutzend Festplatten sammeln darin sämtliche Messdaten. Wenn sie beschädigt werden, war alles vergebens. Oder wenn sie bei der Landung am Fallschirm ins Wasser fallen. "Und im Norden Kanadas gibt es sehr viel Wasser", sagt Barthol.
Die Wolkendecke über der Basis ist aufgerissen, es ist das erste Stück blauer Himmel seit einer Woche. Meteorologe Hays lässt einen Testballon los, der fast senkrecht in die Höhe steigt: optimale Voraussetzungen. Davisons Männer haben schon begonnen, den hauchdünnen Ballon mit Helium zu füllen. 2500 Kubikmeter sollen es werden. Am Boden reicht das gerade, um die schlingernde Ballonhülle in der Senkrechten zu halten. In 37 Kilometer Höhe aber, wo die Luft extrem dünn ist, wird sich der Ballon auf einen Durchmesser von 130 Metern aufblähen.
Füllung, Hülle und Gondel wiegen zusammen sechs Tonnen. Überall auf der Basis flimmert der Countdown über die Monitore. Aber kaum jemand beachtet ihn - jetzt zählt nur noch Victor Davisons Gespür für den Wind. Der 49-Jährige gibt das Startsignal. Die Verankerung löst sich, der Ballon steigt wie eine seekranke Qualle in die Höhe. "Links", ruft Davison, und Herkules zieht scharf nach links, um direkt unter dem Ballon zu bleiben.
Das Startfahrzeug beschleunigt, wird langsamer, gibt wieder Gas und bremst schließlich stark ab. Mit einem lauten Plopp gibt Herkules die Gondel frei. Das größte Sonnenteleskop, das je den Erdboden verlassen hat, schwebt dem Himmel entgegen. Von der Kathedrale, vor der sich das "Sunrise"-Team versammelt hat, dringt Jubel zu Peter Barthol in den Tower hinauf. Nach sechs Jahren Arbeit fliegt das Teleskop.
Trotz Klebeband und Kabelbindern, trotz Pi mal Daumen. Oder gerade deswegen. Bernd Chares und seine Kollegen liegen sich in den Armen und schauen dem Ballon hinterher.
Zwei Wochen später. Peter Barthol ist zurück im heimischen Harz. Sein Handy klingelt. Es sind die Kollegen aus Kanada, die mit ihrem Hubschrauber endlich zur Landestelle von "Sunrise" vordringen konnten. Auf Somerset Island, einer lebensfeindlichen Insel direkt an der Nordwestpassage, ist ihr Teleskop aufgeschlagen; die Gondel liegt mit dem Boden nach oben in der steinigen Einöde.
"Alles okay?" Barthol atmet tief durch, als er hört: Die Festplatten sind sanft gelandet, der Teleskop- Spiegel ist heil, das Metallgerüst nur leicht beschädigt. Schon in wenigen Wochen wollen die Forscher beginnen, die mehr als 100 000 Aufnahmen für die Analyse vorzubereiten. Die Auswertung wird sich Jahre hinziehen.
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