2026 beginnt die Zukunft der optischen Astronomie: Die weltgrößte Digitalkamera durchforscht das Sonnensystem so genau wie nie zuvor

Die Erwartungen an das Vera C. Rubin Observatorium sind gewaltig. Wenn es auch nur die Hälfte erfüllt, revolutioniert es unser Bild von der Milchstraße, dem Sonnensystem oder sogar vom Universum. (Bildquellen: RubinObs/NOIRLab/SLAC/NSF/DOE/AURA/P. Horálek (Institute of Physics in Opava) und RubinObs/NOIRLab/SLAC/DOE/NSF/AURA/W. O'Mullane)

Selten harmoniert in der Welt der Wissenschaft ein Projekt derart perfekt mit einem Lebenswerk. Alle aus dem Feld der Astronomie kennen ihren Namen: Vera Cooper Rubin, Wegbereiterin ihres Faches.

Wie es aussieht, wird sich die ganze Menschheit dereinst an das erinnern, was das nach ihr bemannte Vera C. Rubin Observatorium wohl entdecken wird. Denn solch eine Anlage, wie sie jetzt im Westen Südamerikas bald ihren Betrieb aufnimmt, gab es noch nie.

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Die weltweit größte Digitalkamera

Es klingt biblisch, doch steht jede Silbe für pure Wissenschaft: Das erste Licht ist auf die Linse des Vera C. Rubin Observatoriums (VRO) gefallen – und was für eine Linse das ist, die den Himmel in den kommenden Jahren so gründlich wie noch nie zuvor dokumentieren soll.

Nun absolvierte sie erfolgreich ihren Betriebstest unter realen Bedingungen mit echten Objekten im Visier. Der Vollbetrieb steht aber noch aus.

Die Kamera erreicht eine Auflösung von 3,2 Gigapixel, das entspricht 3,2 Milliarden Megapixel. Ihr braucht 400 Fernseher mit einem 4K-Display, um ein Foto des VROs in seiner Originalauflösung anzuzeigen.

Der Primärspiegel hat einen Durchmesser von 8,4 Meter, wobei die ganze Installation an der Spitze des zehnstöckigen Gebäudes etwa 3 Tonnen wiegt. Es stellt die größte jemals gebaute Digitalkamera der Menschheitsgeschichte dar.

Mehrere Spiegel bräuchten einfach zu lange, um den Zielbereich am Nachthimmel zu fokussieren. Deshalb setzt es auf einen einzelnen, der innen und außen eine unterschiedliche Krümmung aufweist - seine Konstruktion hat sieben Jahre in Anspruch genommen.

Dabei arbeitet die Anlage im optischen Spektrum, soll heißen: Das Teleskop sieht ähnlich wie wir. Allerdings übertrifft das VRO unsere Augen mit seiner Spektralbreite von 0,3 bis 1 Mikrometer im Detail deutlich (Mensch ungefähr 0,38 bis 71 Mikrometer).

Andere Observatorien zur Erforschung von Astronomie oder Kosmologie fangen zum Beispiel stattdessen Röntgenlicht oder Radiowellen ein.

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Zudem legt das VRO den Fokus nicht auf eine lange Belichtung, um tief ins All und damit in die Vergangenheit zu blicken. Das Mittel der Wahl sind extrem kurze Belichtungszeiten, um in rascher Folge den Nachthimmel so oft wie möglich wie für ein gigantisches Puzzle abzufotografieren.

Pro Nacht werden etwa 1.000 Bilder entstehen, wodurch der gesamte südliche Himmel einmal alle 3-4 Tage abgelichtet werden kann.

Die aufgenommenen Bilder können aufgrund ihrer großen Detaildichte, Auflösung und Anzahl nicht von Menschenhand ausgewertet werden - der Personalbedarf wäre unbezahlbar.

Deshalb setzt das Team des VROs auf die Verarbeitung und Voranalyse durch KI, geschaffen durch neuronale Netze.

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Eine fast einzigartige Heimstatt der Wissenschaft

Das Vera C. Rubin Observatorium zog dabei in eine weltbekannte Nachbarschaft: In unmittelbarer Nähe des 2682 Meter hohen El-Peñón-Gipfels des Gebirges »Cerro Pachón« im nördlichen Chile dienen auch das Gemini-South-, das SOAR- und die CTIO-Teleskope der weltweiten Wissenschaft.

Die große Höhe und Abgelegenheit ist Absicht – auch wenn die Konstruktion der Anlage dadurch natürlich erschwert wurde. Aber die Aussicht verbessert sich enorm. Nicht nur können wir von dort horizontal weit schauen, sondern sehen buchstäblich alles jenseits der Erdatmosphäre klarer.

Das liegt zum einen am Wegfall von künstlichem Licht, da dort niemand wohnt. Keine Städte strahlen Licht ab, das die Nacht erhellt. So dunkel wie hier ist es sonst fast nirgendwo mehr auf der Erde.

Zum Anderen möchten Teleskope möglichst wenig Luft zwischen sich und dem quasi leeren Weltall haben. Desto reiner gelingen die aufgenommenen Fotos. Beim Blick über Abermillionen von Lichtjahren kommt es halt auf jedes vermiedene Molekül im Weg an.

Des Weiteren enthält die Luft über den Anden sehr wenig Wasser und ist aufgrund der Höhe recht kühl. Trockene, kalte Luft verursacht die geringste Verzerrung beim Blick in den Kosmos.

Drei zentrale Aufgaben

Seine beeindruckende Kamera soll das neue Observatorium für vier Kernaufgaben einsetzen. Für die erste könnte sich ein Zitat von der Namenspatin Vera Rubin als geradezu prophetisch erweisen:

Hierfür soll das Teleskop so regelmäßig und gründlich wie nie zuvor den Himmel kartografieren. Der Anlage obliegt quasi, eine Slideshow der Entwicklung des südlichen Nachthimmels über Jahre hinweg zu erstellen.

Davon erhoffen sich Forscher einen nie bisher dagewesenen Einblick in die Veränderungen im Kosmos.

Eventuell gehen uns auf diesem Wege auch komplett neue Phänomene ins Kamera-Netz, die uns bisher wegen zu lückenhafter Beobachtung entgangen sind. Das erwarten sich die Forscher konkret:

• 10 Millionen Supernovae und andere sich rasch verändernde Phänomene
• 20 Milliarden bisher unbekannter Galaxien
• Entwicklung und Struktur der Milchstraße, inklusive 17 Milliarden neuer Sterne
• Dutzende extrasolare Objekte, wie ‘Oumuamua

Denn auch wenn alles dort draußen schier ewig weit entfernt liegt, passiert jede Sekunde etwas - das Licht, was davon erzählt, ist halt nur uralt. Das VRO ist unsere bisher beste Chance, dem Universum und insbesondere der Milchstraße fast in Echtzeit beim Wandel zuzuschauen.

Zählung im Sonnensystem

Die zweite Aufgabe klingt unglaublich trocken und wie etwas, an dem quasi niemand gerne teilnimmt: ein Zensus, zu Deutsch eine Bestandsaufnahme oder Zählung.

Doch geht es hier nicht um eine Datenerhebung von Einwohnern eines Landes, sondern um eine systematische Untersuchung des Sonnensystems.

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Es wird erwartet, dass wir nur während der ersten drei Jahre an Beobachtung 10- bis 100-mal so viele neue Objekte entdecken werden, wie insgesamt bisher bekannt sind – nach mehr als zwei Jahrhunderten an Studien.

Wir brauchten laut eines Mitarbeiters am VRO 225 Jahre, um 1,4 Millionen Asteroiden zu finden. Dank des neuen Teleskops sollen die nächsten 1,4 Millionen in weniger als einem Jahr zusammenkommen.

Darunter auch Asteroiden wie 2024 YR4, der zeitweise in Verdacht stand, der Erde gefährlich zu werden. Auf diesem Wege ergänzt die Anlage in Chile den Sensorschutzschirm, der uns warnen soll, sobald ausreichend große Objekte drohen, die Erdbahn zu kreuzen.

Zudem versprechen sich die Forscher Einblicke in die Entwicklung des Sonnensystems oder vielleicht sogar endlich ein Foto oder zumindest indirekten Nachweis des gesuchten 9. Planeten. Dieser wird weit außerhalb der Bahnen seiner Brüder und Schwestern vermutet.

Wenn überhaupt, würde ihn sein stark eiförmiger (elliptischer) Orbit um die Sonne nur alle zehntausend Jahre auch nur in die Nähe der bekannten Himmelskörper bringen.

Dunkle Materie und dunkle Energie

Sein Talent hierfür hat das Vera Rubin Teleskop bereits beim ersten Testlauf gezeigt: Es entdeckte mehr als 2.000 komplett neue Objekte im Sonnensystem.

Der dritte Teilbereich berührt die fundamentalen Fragen der Ausbreitung und Entstehung des Universums. Kürzlich rüttelten hier auch zwei neue Paper an den bisherigen Überzeugungen:

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Das Teleskop soll durch seine hochaufgelösten Bilderserien helfen, schwache Gravitationslinsen zu entdecken und zu vermessen.

Unter ihnen versteht die Forschung den Effekt schwerer Massen, das Licht zu krümmen, um so quasi bestimmte Bereiche des Weltalls heranzuzoomen. Theoretisch könnte sogar unsere Sonne als eine solche Super-Linse genutzt werden.

Hintergrund hiervon ist vor allem die Suche nach Dunkler Materie/Energie, auch in diesem Fall historisch maßgeschneidert.

Vera Rubin beschrieb als eine der ersten Wissenschaftlerin, die nach unserem Verständnis erzwungene Existenz von etwas, das wir nicht sehen können, das aber mit der sichtbaren Materie interagiert. Mehr dazu lest ihr in den hierüber in der Box verlinkten Artikeln.

Warmlaufen vor dem Fotoshooting

Auch wenn die Technik inzwischen läuft und bereits die ersten Fotos uns Neues lehren, handelte es sich bisher ausschließlich um Testaufnahmen. In Anbetracht der spektakulären Technik stehen uns wohl etliche Jahre neuester Forschung bevor.

Das Streben nach Ruhm war ihr stets fremd, spätestens jetzt ist er ihr aber sicher. Viel wichtiger wäre ihr persönlich Folgendes: Daten werden wir unter ihren Namen anhäufen wie selten zuvor.

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Es wird geschätzt, dass über seine derzeit geplante erste Phase von rund einem Jahrzehnt 60.000 Terabytes zusammenkommen. Das sind 60 Millionen Gigabyte. Allein in einem Jahr wird das VRO so mehr Daten sammeln als bisher alle optischen Observatorien insgesamt.

Sie selbst verstarb im Alter von 88 im Jahr 2016, doch drei ihrer vier Kinder erleben die späte Sternstunde des Schaffens ihrer Mutter. Sie alle arbeiten als Naturwissenschaftlicher. Einzig ihre Tochter, Judith Young, die selbst als Astronomin tätig war, verstarb bereits 2014 mit 62.