Ein neues NASA-Teleskop soll ab 2033 Licht einfangen, das weder das James-Webb-Weltraumteleskop noch Radioteleskope auf der Erde gut erfassen. Die NASA hat die Mission PRIMA für die nächste Entwicklungsphase ausgewählt, das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg liefert zentrale Bauteile. Das Observatorium soll im Ferninfrarot beobachten, einem Bereich, in dem kalter Staub und Gas leuchten. Genau dort steckt ein großer Teil der Geschichte des Universums, der bislang im Verborgenen liegt.
Wer mit einem gewöhnlichen Teleskop in eine Staubwolke der Milchstraße blickt, sieht vor allem Dunkelheit. Der Staub verschluckt sichtbares Licht, erwärmt sich dabei leicht und strahlt die Energie als Wärmestrahlung wieder ab, allerdings bei sehr langen Wellenlängen. Dieses Ferninfrarot liegt etwa zwischen 24 und 260 Mikrometern, also zwischen dem Bereich, den das James-Webb-Weltraumteleskop abdeckt, und den Millimeterwellen großer Radioteleskope. Vom Erdboden aus ist dieser Bereich praktisch unzugänglich, weil Wasserdampf in der Atmosphäre die Strahlung schluckt. Zugleich ist er für die Astronomie von zentraler Bedeutung, denn in den vergangenen zehn Milliarden Jahren hat das Universum etwa die Hälfte seines gesamten Lichts in diesem Spektralbereich ausgesandt. Sterne, die in dichten Wolken entstehen, schwarze Löcher, die im Staub verborgen wachsen, und Planeten, die sich in kalten Scheiben formen, zeigen sich vor allem hier.
Das letzte große Teleskop für dieses Licht war Herschel, das von 2009 bis 2013 im Einsatz war. Seitdem klafft eine Lücke. PRIMA, die Abkürzung steht für Probe far-Infrared Mission for Astrophysics, soll sie schließen. Die Mission ist die erste einer neuen Klasse der NASA, der Probe Explorers, die zwischen kleineren Satelliten und milliardenschweren Flaggschiffen wie Webb angesiedelt ist. Für diese Missionen gilt eine Kostengrenze von einer Milliarde US-Dollar, ohne Rakete und Startdienste. 2024 hatte die NASA PRIMA als eines von zwei Konzepten für eine vertiefte Studie ausgewählt. Am Mittwoch, dem 23. September 2026, gab die Behörde bekannt, dass PRIMA nun in die Phase B übergeht, in der Entwurf und Technologien ausgearbeitet werden. Damit ist das Ferninfrarot-Observatorium einen entscheidenden Schritt näher an den Bau gerückt.
Die wissenschaftlichen Ziele reichen von der Entstehung von Planeten bis zur Entwicklung ganzer Galaxien. PRIMA soll messen, welche Moleküle und Eisarten in den Scheiben um junge Sterne vorkommen, und damit klären, ob Wasser für den Aufbau von Planeten eine Schlüsselrolle spielt. Zugleich will das Team verfolgen, wie Galaxien und ihre zentralen schwarzen Löcher seit der Zeit gewachsen sind, als die Sternentstehung im Kosmos vor rund zehn Milliarden Jahren ihren Höhepunkt erreichte. Ein weiteres Thema ist die Frage, wie sich kosmischer Staub und schwere Elemente über die Geschichte des Universums angereichert haben. Wie die Max-Planck-Gesellschaft zur Auswahl der Mission mitteilt, soll PRIMA damit die Beobachtungslücke zwischen Webb und den großen Radioteleskopen am Boden schließen.
Herzstück des Weltraumteleskops ist ein Hauptspiegel aus Aluminium mit 1,8 Metern Durchmesser. Er wird aktiv auf etwa 4,5 Kelvin gekühlt, also auf rund minus 268,7 Grad Celsius, damit die Eigenwärme des Geräts die schwachen Signale aus dem All nicht überstrahlt. Zwei Instrumente teilen sich das Licht. Das Spektrometer FIRESS zerlegt die Strahlung zwischen 24 und 235 Mikrometern lückenlos in ihre Wellenlängen und kann ganze Himmelsregionen spektral kartieren. Die Kamera PRIMAger nimmt zwischen 25 und 84 Mikrometern hyperspektrale Bilder auf und misst in vier weiteren Bändern bis 261 Mikrometer die Polarisation, also die Schwingungsrichtung des Lichts, die Hinweise auf Magnetfelder im Staub liefert. Als Detektoren dienen supraleitende Sensoren, sogenannte Kinetic Inductance Detectors, die nahe dem absoluten Nullpunkt arbeiten und einzelne Photonen registrieren.
Die Empfindlichkeit dieser Kombination ist beachtlich. Gegenüber früheren Observatorien soll PRIMA Himmelsdurchmusterungen um drei bis fünf Größenordnungen schneller durchführen, also tausend- bis hunderttausendmal schneller. Aufnahmen, für die frühere Instrumente Tage gebraucht hätten, wären damit in Minuten möglich. Das eröffnet die Chance, große Himmelsfelder mit Tausenden staubverhangener Galaxien zu vermessen, statt nur einzelne helle Objekte gezielt anzusteuern. Für die Planetenforschung bedeutet es, dass sich die chemische Zusammensetzung vieler planetenbildender Scheiben vergleichen lässt. Das Observatorium ist ausdrücklich für die gesamte Fachwelt gedacht. 75 Prozent der Beobachtungszeit sollen an Gastbeobachter aus aller Welt gehen, die übrigen 25 Prozent an das Kernteam der Mission, dessen Daten ebenfalls rasch für andere Forscher zugänglich werden sollen.
Aus Heidelberg kommen zwei hochpräzise, aktiv gesteuerte Umlenkspiegel, sogenannte zweiachsige Fokalebenen-Chopper, je einer für PRIMAger und FIRESS, samt der zugehörigen Steuerelektronik. Solche Chopper lenken den Strahl in schnellem Takt zwischen Himmelsquelle und Hintergrund hin und her. So lässt sich die schwache Strahlung eines Objekts vom Rauschen trennen, eine Technik, die im Ferninfrarot unverzichtbar ist. Das Institut greift dabei auf lange Erfahrung zurück. Es baute die Kamera Isophot für das Infrarot-Observatorium ISO, das 1995 startete, lieferte Bauteile für Herschel und Euclid und ist an Webb und am Nancy-Grace-Roman-Teleskop beteiligt. Was Webb im Infrarot leistet, zeigte kürzlich die Untersuchung einer glühenden Lavawelt mit Atmosphäre in 154 Lichtjahren Entfernung.
In der Phase B verfeinern die Ingenieure den vorläufigen Entwurf und bringen die nötigen Technologien zur Reife. Danach prüft die NASA den technischen, zeitlichen und finanziellen Stand, bevor der eigentliche Bau beginnen kann. Zahlreiche Einrichtungen in den USA und Europa sind beteiligt, und die Projektseite der Mission am Infrared Processing and Analysis Center des Caltech bündelt Informationen für die künftigen Nutzer. Der Start ist für 2033 vorgesehen, die geplante Missionsdauer beträgt zunächst fünf Jahre. Ursprünglich hatten die Planer einen Start um 2031 im Blick. Der Zeitplan bleibt dennoch ehrgeizig, denn Kühltechnik und Detektoren müssen im Weltraum über Jahre stabil bei Temperaturen nur wenige Grad über dem absoluten Nullpunkt arbeiten, und jede Störung würde die empfindlichen Messungen verfälschen.
Für Europa bedeutet die Entscheidung die Chance, an eine lange Tradition der Infrarotastronomie anzuknüpfen. Neben Heidelberg arbeiten Gruppen in Frankreich, den Niederlanden, Italien und Großbritannien an Instrumenten, Detektoren und Datenverarbeitung. Oliver Krause, der die technischen Beiträge des Max-Planck-Instituts verantwortet, und Direktorin Myriam Benisty sehen in PRIMA den logischen nächsten Schritt nach den bisherigen Missionen. Wie reich das Universum an Signalen jenseits des sichtbaren Lichts ist, zeigen auch jüngste Funde in anderen Wellenlängen, etwa die ersten Radiosignale eines Exoplaneten in 64 Lichtjahren Entfernung. PRIMA soll ab 2033 den noch fehlenden Bereich zwischen Infrarot und Radiowellen füllen und damit sichtbar machen, was der kalte Staub des Kosmos bislang verbirgt.