Der ST als Auge eines Satelliten: Späher durch Zeit und Raum

In einer Höhe von 580 Kilometern zieht der Röntgensatellit »ROSAT« seine Kreise. Ein Atari 520 ST zeigt den Wissenschaftlern die neuesten Bilder des bislang größten Röntgen-Teleskops online.

Cape Canaveral, 1. Juni 1990, 17.40 Ortszeit: Der deutsche Satellit ROSAT startet an Bord einer Delta II-Trägerrakete seine Mission - das Ergebnis einer bereits Mitte der siebziger Jahre begonnenen Entwicklung.

Den Grundstein legte damals Professor Dr. Joachim Trümper, Direktor am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) in Garching. Ziel war es, den gesamten Himmel via Satellit nach Röntgenquellen zu durchsuchen. Dabei sollte zum erstenmal ein abbildendes Röntgenteleskop zum Einsatz kommen. Dieses Verfahren ermöglicht selbst die Entdeckung von Quellen, die bis zu hundertmal schwächer sind als bisher bekannte Objekte. Typische Vertreter von Röntgenquellen im All sind Neutronensterne, Supernova-Überreste und schwarze Löcher -markante Abschnitte im Leben eines Sterns.

Rekordverdächtig

Ein Team von über zweihundert Mitarbeitern begann mit der Entwicklung des Millionen-Projekts. Umfangreiche Studien des Instituts und der Firma Carl Zeiss führten zum Bau des bisher größten Teleskops seiner Art. Sein Spiegel mit einer Fläche von fast neun Quadratmetern gilt zudem als die glatteste jemals hergestellte Oberfläche. Die Unebenheiten betragen nur wenige Atomdurchmesser - im Vergleich hätten die Wellen des Bodensees eine Höhe von 1/10 mm.

Eine kleinere Version des sogenannten »Wolter Typ I-Spiegelsystems« sehen Sie in Bild 2.

Für die Umsetzung der Röntgenstrahlung in Bilder befinden sich in der Brennebene des Teleskops drei Bilddetektoren. Von diesen sind besonders die beiden Proportionalzähler (siehe Bild 3) interessant, die Röntgenbilder in quasi vier Farben liefern. Auf diese Weise erhalten die Wissenschaftler Aufschluß über die Energie der einfallenden Röntgenphotonen.

Damit sich ROSAT im All zurechtfindet, spendierten die Entwickler drei Sternenkameras und ein Kreiselmeßsystem - alles unter ständiger Überwachung von Bordcomputern; Lageänderungen des Satelliten übernehmen Drallräder.

Die ROSAT-Mission

Bereits 20 Minuten nach dem mit Spannung erwarteten Start herrschte reger Funkverkehr zwischen der Bodenstation und ROSAT. Schon kurze Zeit später harrte der Satellit einsatzbereit der Dinge, die da kommen sollten.

Während des ersten Teils seiner Mission durchforstet ROSAT den gesamten Himmel nach Röntgenquellen. Waren bislang nur einige 1000 dieser Quellen durch ältere Satelliten bekannt, liefert ROSAT Informationen über 60000 bis 100000 Objekte. Ein Beispiel hierfür ist etwa die Entdeckung des Überrestes einer Supernova-Explosion (Bild 4), die trotz ihrer Helligkeit bisher unbekannt war. Bild 6 zeigt den fast fertigen »Röntgenatlas«. Der fehlende Streifen geht auf einen Ausfall des Satelliten zurück. Er taumelte einige Zeit hilflos im All. Nach stundenlanger Funkstille und bis zum Zerreißen gespannten Nerven, gelang den Technikern doch noch die Rettung ihres Schützlings.

Bild 1. Der Röntgensatellit »ROSAT« kreist in 580 Kilometer Höhe und sendet von dort ständig Bilder zur Erde. Bild: Dornier

Mittlerweile widmet sich ROSAT ausgesuchten Objekten, um sie über einen längeren Zeitraum zu beobachten - der zweite Teil seines Auftrags. Durch längere »Belichtung« werden mehr und mehr Röntgenquellen sichtbar, beziehungsweise deren Abbildung klarer und detaillierter. Außerdem gewinnt man auf diese Weise Bilder von zeitvariablen Erscheinungen am Sternenhimmel.

ROSAT gilt als bislang bestes Röntgenteleskop, das sich vor allem durch sein großes Entdeckungspotential, seine hohe Empfindlichkeit und seine gute Bildqualität auszeichnet. Die Reichweite langt bis an die Grenzen des beobachtbaren Universums.

Bild 2. Eine kleine Version des Wolter Typ I-Spiegelsystems Bild 3. Der positionsempfindliche Proportionalzähler. Bild: MPE

Bild 4. Die beiden großen Objekte sind Reste von Supernova-Explosionen. Bild: MPE Bild 5. Die Sonnen-zugewandte Seite des Mondes reflektiert - genau wie beim sichtbaren Licht - die einfallende Röntgenstrahlung. Bild: MPE Bild 6. Der fast fertige Röntgenatlas in galaktischer Projektion mit dem Zentrum der Milchstraße als Mittelpunkt. Bild: MPE

DFÜ im All

Während ROSAT durch den Weltraum segelt, speichert der Bordcomputer eine riesige Menge an Informationen. Diese setzen sich aus den Haushaltsdaten (zum Beispiel Druck oder Temperatur) des Satelliten und den vom Teleskop und Zählern eingefangenen Daten aus dem All zusammen.

Die Datenübertragung von und zum Satelliten übernimmt das »German Space Operation Center« (GSOC) in Oberpfaffenhofen in Zusammenarbeit mit ihrer Antennenstation in Weilheim. Bei einer Umlaufzeit von 96 Minuten passiert ROSAT diesen Punkt sechsmal pro Tag für einige Minuten. Die meiste Zeit seiner Mission ist er demnach auf sich selbst gestellt, steht also nicht in direktem Kontakt mit der Bodenstation. Auf zwei Magnetbändern speichert er sämtliche Daten. In den kurzen Kontaktzeiten sendet er alle angesammelten Daten - etwa 50 MByte pro Tag - an die Bodenstation und empfängt gleichzeitig neue Kommandosequenzen.

An Bord des Satelliten befinden sich vier wohlbekannte Prozessoren vom Typ MC68000, von denen zwei für Redundanzfälle vorgesehen sind. Mit ihnen kontrolliert ROSAT die Bilddetektoren des Teleskops.

Bild 7. Der ST im Einsatz: Der Kreis entspricht einem Ausschnitt von 2 Grad.

ROSAT ruft ST

Im ROSAT-Zentrum des MPE wartet bereits eine riesige Rechneranlage auf die neuen Daten. Zahllose Workstations und eine VAX 8600 bilden das Grundgerüst der Abteilung. Doch inmitten der Giganten steht ein Atari ST, für den sich die Entwickler bereits kurz nach seiner Markteinführung 1985 entschieden. »Wir brauchten einen schnellen und farbfähigen Computer. Der ST bestach durch sein gutes Preis/Leistungsverhältnis«.

Während eines jeden Kontakts mit dem 580 Kilometer entfernten Sender wird der Bildschirm des ST für die Wissenschaftler zum Auge des Satelliten. So ist es nicht verwunderlich, daß der ST beim Erstkontakt mit ROSAT am 16. Juni 1990 einer regelrechten Belagerung standhalten mußte.

Die Software zur Bilddarstellung ist bis auf zeitkritische Routinen in reinem Fortran geschrieben und vermittelt den Wissenschaftlern erste Eindrücke über die aktuellen Stand im All. Die weitere Verarbeitung der Daten übernimmt das wissenschaftliche Datenzentrum in Garching.

Während unseres Besuchs in Garching durften wir den Einsatz am ST miterleben. Über die serielle Schnittstelle versorgt eine Workstation den ST mit den neuesten Bilddaten. Nach und nach füllt sich der Bildschirm mit Punkten. Jeder Pixel entspricht exakt einem Röntgenquant. Unterschiedliche Farben kennzeichnen die jeweilige Intensität. Innerhalb von 20 Minuten ist der kreisrunde Ausschnitt von Pixeln übersäht - rechts unten ist eine »aufgehende« Röntgenquelle zu erkennen (Bild 7).

Blick in die Vergangenheit

Bild 8. Dr. Predehl [l.] und Elmar Pfeffermann [r.] vom MPE

Die Wissenschaftler erhoffen sich von ROSAT Informationen über die Entwicklung des Universums. Die vom Satelliten aufgenommene Strahlung hat manchmal einen Weg von mehreren Milliarden Lichtjahren hinter sich. Die Entfernungen bestimmter Objekte zueinander geben Aufschluß über die Geschichte des Alls. »Wir schauen in die Jugendzeit unseres Universums zurück.«

Über Röntgenstrahlung

Die Erzeugung von Röntgenstrahlung im All setzt extreme Verhältnisse, wie etwa sehr hohe Temperaturen voraus. Bei einer Supernova-Explosion wird die Sternhülle mit einer Geschwindigkeit von bis zu 20.000 Kilometern pro Sekunde abgestoßen. Dadurch erhitzen sich Teilchen im Raum (»interstellares Medium«) auf etwa 10 Millionen Grad. Durch diese extrem hohe Temperatur strahlt das geschockte Medium im Wellenlängenbereich der Röntgenstrahlung.


Armin Hierstetter
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