Stratospharen-Observatorium fur Infrarot-Astronomie
Typ	Boeing 747-SP ?SOFIA“
Entwurfsland	Vereinigte Staaten   Vereinigte Staaten ( NASA ) Deutschland   Deutschland ( DLR )
Hersteller	Boeing (Flugzeug) NASA und DLR (Missionsausrustung)
Erstflug	26. April 2007
Indienststellung	30. November 2010
Stuckzahl	1

Das Stratospharen-Observatorium fur Infrarot-Astronomie ( englisch Stratospheric Observatory For Infrared Astronomy , SOFIA ) war ein fliegendes Teleskop , das die NASA gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum fur Luft- und Raumfahrt (DLR) fur Infrarotastronomie entwickelt hatte. Dafur war an Bord einer umgebauten Boeing 747-SP mit dem Kennzeichen N747NA ein Spiegelteleskop installiert worden. Gegenuber erdgebundenen Infrarotteleskopen bot SOFIA den Vorteil, dass es oberhalb der Troposphare flog, welche einen Großteil der Infrarotstrahlung absorbiert. Das Teleskop war von November 2010 bis September 2022 im Einsatz. Dann wurde das Projekt mit Verweis auf die hohen Unterhaltskosten eingestellt.

SOFIA war fur eine Betriebsdauer von 20 Jahren ausgelegt. Das Flugzeug wurde vom NASA DAOF ( Dryden Aircraft Operations Facility ) in Palmdale , Kalifornien betrieben. SOFIA loste das Kuiper Airborne Observatory (KAO) ab, ^[1] das von 1974 bis 1995 im Einsatz war.

Zweck des Teleskops war es zum einen, Strahlung zu untersuchen, die von einem Teleskop am Boden nicht wahrgenommen werden kann. Zum anderen wurde die Moglichkeit geschaffen, das Teleskop zwischen den Flugen immer wieder modernisieren und reparieren zu konnen, was bei einem Teleskop an Bord eines Satelliten ( Hubble , JWST ) nicht ohne weiteres moglich ist. ^{[2] [3]} An drei bis vier Nachten pro Woche sollte jeweils bis zu acht Stunden aus 12 bis 14 Kilometern Hohe beobachtet werden. Einmal jahrlich sollte SOFIA in Deutschland fur zwei Wochen am Flughafen Stuttgart stationiert werden.

Am 4. Marz 2014 gab die NASA nach Kurzungen im Haushalt bekannt, keine weiteren finanziellen Mittel mehr fur das Projekt SOFIA aufbringen und das Flugzeug 2015 einmotten zu wollen, falls kein Partner die Kosten ubernehmen wurde. ^[4] Der damalige Vorstandsvorsitzende des DLR, Johann-Dietrich Worner , zeigte sich uber die Entscheidung der NASA ?besturzt und verargert“. Zu diesem Zeitpunkt stand die nachste großere Wartungsmaßnahme bei Lufthansa Technik in Hamburg bevor und diese Maßnahme sei ohne den Willen, das Flugzeug danach wieder in Betrieb zu nehmen, finanziell unsinnig. ^[5] Nachdem die NASA im Haushalt fur dieses Projekt dann doch Mittel vorsah, konnte das deutsch-amerikanische Projekt fortgefuhrt werden.

Die Kooperation von NASA und DLR wurde am 2. Juni 2016 ? beim Stand von 250 10-stundigen Beobachtungsflugen ? vertraglich um weitere vier Jahre bis 2020 verlangert. 2018 sollten Forschungsergebnisse ausgewertet werden, um uber eine weitere Verlangerung bis 2030 zu entscheiden.

Im April 2022 wurde die Einstellung des Programms bekannt gegeben. Am 30. September 2022 fuhrte SOFIA den letzten Forschungsflug durch. Die NASA hatte sich entschlossen, das Forschungsprojekt aufgrund zu hoher Betriebskosten einzustellen. Nach Angaben der amerikanischen Raumfahrtagentur lagen die jahrlichen Betriebskosten des Flugzeuges mit knapp 85 Mio. US-Dollar nur knapp unter denen des Weltraumteleskops Hubble. Rein gemessen an der Anzahl der wissenschaftlichen Veroffentlichungen blieb SOFIA deutlich hinter Hubble zuruck ? auf der Grundlage der Forschungsdaten von Hubble wurden siebenmal mehr Veroffentlichungen eingereicht. ^{[6] [7] [8] [9]} Da in den Betriebskosten von SOFIA, im Gegensatz zu Hubble, jedoch neben dem Wissenschaftszentrum auch Instandhaltung, Treibstoff und Flugpersonal enthalten war, wird die Benutzung dieser Metrik zur Beurteilung der Leistungsfahigkeit derart unterschiedlicher astronomischer Observatorien teilweise bemangelt. Ein sinnvollerer Vergleich von SOFIA und dem Herschel-Weltraumteleskop hinsichtlich benotigter Beobachtungszeit pro referierter Publikation kommt zu dem Schluss, dass beide Observatorien innerhalb ihrer jeweiligen ersten acht operationellen Jahre etwa gleichauf lagen. ^[10]

Am 13. Dezember 2022 wurde der letzte Flug durchgefuhrt, der zum Pima Air & Space Museum (bei Tucson , Arizona) fuhrte, wo das Flugzeug bleiben soll. ^[11]

Als Trager des Teleskops diente eine Boeing 747-SP . Dieser Flugzeugtyp hat einen kurzeren Rumpf, eine großere maximale Flughohe und eine großere Reichweite als die Grundversion 747-100/200. Die Boeing 747-SP konnte so in 12 bis 15 km Hohe und damit oberhalb von 99 Prozent des Beobachtungen storenden Wasserdampfs fliegen. ^[12] Die umgebaute Maschine mit dem Kennzeichen N747NA hatte am 25. April 1977 als 306. gebaute B747 ihren Erstflug absolviert und war kurz darauf an ihren Besteller Pan Am ausgeliefert worden. Im Mai 1977, zum 50. Jahrestag des ersten Alleinfluges uber den Atlantik von Charles Lindbergh , taufte seine Witwe Anne Morrow Lindbergh das Flugzeug auf den Namen Clipper Lindbergh . Im Februar 1986 hatte United Airlines die Maschine ubernommen und dann bis Ende 1995 im Betrieb. Die NASA kaufte die B747 im Jahr 1997 und begann mit den Umbauten und Testflugen in Waco , Texas. Hinter der linken Tragflache wurde eine Tur in den Rumpf geschnitten, die fur den Betrieb geoffnet wurde, um das Teleskop nach oben blicken zu lassen. Die Teleskopsektion war durch ein Druckschott von der ubrigen Kabine getrennt, in der neben der dreikopfigen Cockpitbesatzung bis zu 15 Wissenschaftler, Techniker und Beobachter arbeiteten.

Nach Geruchten uber die Einstellung des Projekts noch wahrend der Bauphase Anfang 2006 bestatigte die NASA im Juli 2006 dessen Fortfuhrung. ^[12] Der erste Flug nach dem Flugzeugumbau fand am 26. April 2007 in Waco statt. Am 21. Mai 2007 taufte Erik Lindbergh, ein Enkel von Charles Lindbergh , das Flugzeug erneut auf Clipper Lindbergh . Der Stutzpunkt des Flugzeuges wurde im Januar 2008 vom Dryden Flight Research Center zur Dryden Aircraft Operations Facility in Palmdale verlegt. ^[13]

Nach einem D-Check 2014 ^[14] fuhrte Lufthansa Technik 2017 und erneut ab Oktober 2020 einen C-Check des Luftfahrzeugs durch; dabei wurde auch das Teleskop wieder uberpruft und der German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies (?deutscher Empfanger fur Astronomie bei Terahertz-Frequenzen“) abgebaut und zur Wartung zum Max-Planck-Institut fur Radioastronomie in Bonn gebracht. ^{[15] [16]}

Im hinteren Rumpfbereich der 747-SP wurde ein von den deutschen Unternehmen MAN Technologie AG und Kayser-Threde hergestelltes Nasmyth-Teleskop eingebaut ? konstruktiv eine Kombination aus einem Newton-Teleskop und einem Cassegrain-Teleskop . Wie bei letzterem wird die Strahlung vom Primarspiegel auf einen konvexen Sekundarspiegel gebundelt, der die Strahlbundel wieder in Richtung Primarspiegel reflektiert. Dieser Primarspiegel hatte einen Durchmesser von 270 Zentimetern und eine ? durch die Abschattung (Obstruktion) der beiden kleineren Spiegel ? effektive Offnung von 250 Zentimetern. Ein dem Primarspiegel vorgelagerter dritter Spiegel, der plangeschliffenen war, lenkte die vom Sekundarspiegel kommenden Strahlenbundel um 90° zur Seite zur Kamera. In diesem letzten Abschnitt, d. h. nach dem dritten Spiegel, verlief die optische Achse des Strahlengangs entlang der Neigungsachse des Teleskops und der Langsachse des Flugzeugs. Sie war daher im Flugzeugrumpf unabhangig von der Teleskopneigung stationar; allerdings rotierte der Strahlengang bei der Neigungseinstellung um diese Achse. Das Spiegelteleskop drehte sich zur Neigungseinstellung in einem 600 kg schweren Lagerkranz mit 1,2 m Durchmesser von Schaeffler und nahm dabei auch den Tubus und Nebenaggregate, die in Strahlrichtung hinter dem Kranz lagen, mit. Da der Strahlengang zuletzt in Flugrichtung verlief, drehten sich die am Tubus montierten Messinstrumente, der Brennpunkt (Nasmyth-Fokus) und die Kamera/der Detektor bei der Neigungseinstellung mit und rotierten um die Neigungs- bzw. Flugzeuglangsachse. Der kreisformige Lagerkranz war mit der Rumpfhulle durch ein Druckschott verbunden und hydrostatisch mit Ol gedichtet, die Teleskopstruktur aus Kohlefaserbauteilen aufgebaut. Das Teleskop war fokusseitig standig zuganglich. Objektivseitig herrschten im Flug jedoch der niedrige Außendruck und zirka 210?230 K (?63 bis ?43 °C) Kalte.

Die Offnung des Teleskopfensters war von innen mit einer Gleittur, die sich auf einer Kreisbogenbahn offnet, regenfest verschließbar. Vor der in Flugrichtung vorderen Kante der Offnung lag quer eine kleine Rampe, um die Luftstromung und eventuelle Festkorper, wie Vogel, ausreichend abzuweisen und am Eindringen zu hindern. Die halbzylindrische Offnung des Fensters umfasste die obere Halfte eines etwa vier Metern langen Rumpfabschnitts zwischen Tragflachen und T-Leitwerk. Wegen der dadurch erfolgten Verringerung des tragenden Rumpfquerschnitts auf die halbe Hohe der normalen Querschnitts waren hier entsprechend stabile Versteifungen notwendig.

Das samt angebauten Instrumenten hantelformige, schwingungsisolierend gelagerte Teleskop war uber eine in eine Grube im Boden reichende Bandschleife mit verschiedenen Leitungen fur Versorgung, Messdaten, Steuerung und Kuhlung verbunden. Die Leitungen fuhrten zu einem Regal mit Einrichtungen zur Versorgung, Steuerung und Datenverarbeitung.

Der Azimut wurde im Wesentlichen durch den Steuerkurs des Flugzeugs eingestellt, das typisch etwa kreisbogenformige Strecken uber dem Globus flog. Das Teleskop sah per Lagerkranzantrieb gesteuert mit 15?70° Elevation backbordseitig (= links) aus dem Flugzeug und wurde zusatzlich mit Linearmotoren uber einen Bereich von ±3° feinjustiert. Es konnte derart exakt nachgefuhrt werden, dass aus zwolf Kilometern Hohe eine Munze von einem an der Aufhangung montierten Laserpointer hatte getroffen werden konnen. ^[17]

Die Einsatz uber der Troposphare und ein Spektralbereich des Teleskops von 0,3 μm bis 1600 μm ^[18] ermoglichten Beobachtungen in einem weiten Infrarotbereich, der bodengebundenen Observatorien aufgrund von Absorptionen hauptsachlich durch in der Troposphare enthaltenen Wasserdampf nur ausschnittsweise, namlich im Infrarotfenster , zuganglich ist.

Das mit Rahmen, Lagern und Zusatzinstrumenten rund 17 Tonnen schwere Teleskop wurde von einem Airbus-Beluga-Flugzeug zur Werft transportiert, im Februar 2004 installiert und in der Nacht zum 19. August 2004 erstmals in den Himmel gerichtet. Dabei blieb das Flugzeug allerdings noch am Boden.

Der erste Testflug mit geoffneter Teleskoptur fand im Dezember 2009 statt, der erste Testflug mit Einsatz des Teleskops, das sogenannte ? erste Licht “, am 26. Mai 2010. ^{[19] [20]} Die ersten wissenschaftlichen Beobachtungsfluge wurden vom 30. November bis 1. Dezember 2010 durchgefuhrt. SOFIA startete von der NASA Dryden Aircraft Operations Facility in Palmdale, Kalifornien und fuhrte mit der Infrarotkamera ( FORCAST ? Faint Object InfraRed-CAmera for the SOFIA Telescope ) Beobachtungen in Hohen von etwa 13 km durch. ^{[21] [22]} Beobachtungsziel war das Sternbild Orion . ^[23] Die volle Funktionalitat war fur 2014 ^[24] geplant; es sollten dann etwa 160 Einsatze mit etwa 1000 Beobachtungsstunden jahrlich durchgefuhrt werden. ^[25]

Im Sommer 2015 wurde SOFIA in Neuseeland stationiert, um so Ende Juni 2015 eine Sternbedeckung des Zwergplaneten Pluto beobachten zu konnen. Solche Bedeckungen sind relativ selten, und die Aufnahmen konnten besondere Erkenntnisse fur die Pluto-Sonde New Horizons liefern, die knapp zwei Wochen spater an diesem Zwergplaneten vorbeiflog. ^[26] Zum Abschluss des Jahres 2015 fasste die NASA die Ergebnisse zusammen: ^[27]

• Erforschung des Pluto
• Forderung junger Wissenschaftler
• Hinweise, wo das Wasser der Erde seinen Ursprung hat
• Eine Verbindung von Supernovae und der Entstehung von Planeten
• Der erste von SOFIA beobachtete Exoplanet.

Ab dem 3. Februar 2016 absolvierte SOFIA die vierte wissenschaftliche Mission. Am 6. Juni 2016 landete das Teleskop (nach 2013 und 2015) wieder in Christchurch in Neuseeland, um von dort bis zum 20. Juli 25 Beobachtungsfluge zu absolvieren. Erstmals flog in Neuseeland neben GREAT (German Receiver for Astronomy at Terahertz Frequencies) auch eine verbesserte Version des Instruments mit: upGREAT enthalt 14 empfindlichere Sensoren statt nur einen. Damit sollte etwa das Vorkommen atomaren Sauerstoffs in den Magellanschen Wolken kartiert werden. Erstmals wurde auch das ebenfalls deutsche FIFI-LS (Field-Imaging Far-Infrared Line Spectrometer) in der sudlichen Hemisphare eingesetzt. Dieses Instrument sollte schneller und uber ein breiteres Frequenzspektrum die Verteilung mehrerer chemischer Elemente etwa in Sternentstehungsgebieten kartieren. In neun Einsatzen analysierte das US-amerikanische Instrument FORCAST (Faint Object InfraRedCAmera for the SOFIA Telescope) Staubscheiben u. a. um junge Sterne in einem kurzwelligeren Bereich als FIFI-LS. Am 25. Juli kehrte SOFIA nach Palmdale zuruck, um nach Wartung von Flugzeug und Teleskop von Mitte August bis Ende 2016 weitere 40 Forschungsfluge von Kalifornien aus zu absolvieren. ^[28]

Am 10. Juli 2017 wurde versucht, mit SOFIA eine Okkultation durch das (damals noch nicht so benannte) transneptunische Objekt (486958) Arrokoth uber dem Sudpazifik zu beobachten, um Daten fur den geplanten Vorbeiflug durch New Horizons zu gewinnen, was jedoch nicht gelang. ^[29]

Im September 2019 war SOFIA erstmals am Flughafen Stuttgart stationiert. In der Nacht vom 18. auf den 19. September fuhrte es von dort seinen ersten Forschungsflug uber Europa durch; der Aufenthalt in Stuttgart endete am 20. September. ^{[30] [31]} Im Februar 2021 landete SOFIA auf dem Flughafen Koln/Bonn , um von dort uber einen Zeitraum von sechs Wochen 20 Forschungsfluge uber Europa durchzufuhren. Es handelte sich um den ersten vollstandigen SOFIA-Forschungseinsatz von europaischem Boden aus. ^{[32] [33]}

• Wendy Whiting-Dolci: Milestones in Airborne Astronomy: From the 1920’s to the Present. AIAA, World Aviation Congress, Anaheim 1997, online , (PDF, 3 MB, abgerufen am 30. Marz 2009).

Commons : Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy  ? Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Deutsches SOFIA-Institut , abgerufen am 31. Mai 2023