Herr Benz, welche Ziele hat das Milliarden-Projekt «Herschel»?
Herschel ist das erste Observatorium, das, ausgestattet mit drei verschiedenen Messinstrumenten, Wellenlängen vom Infrarot- bis Millimeterbereich untersuchen kann. Da die Erdatmosphäre zu viel Wasserdampf enthält, kann sie von diesen Wellenlängen nicht durchdrungen werden und wir können sie vom Boden aus nicht messen. Unsere Gruppe hat sich in diesem Bereich auf eine der Hauptthemen spezialisiert: die Sternen- und Planetenentstehung. In diesem Zusammenhang ist für uns vor allem das Wasser interessant, das nur über diesen Wellenlängenbereich nachgewiesen werden kann.

Warum gerade Wasser?
Wasser ist ein wichtiges und spannendes Molekül im Universum. Wir möchten wissen, wie es bei der Sternbildung in kalten Wolkenkernen entsteht. Das könnte uns zeigen, wie das Wasser auf die Erde gekommen ist. Ausserdem ist es ein wichtiger Marker bei den verschiedenen Stufen der Sternentstehung.

Nun gelang es Ihnen in kurzer Zeit, eines Ihrer Ziele im Herschel-Projekt zu erreichen.
Wir haben über das Absorptionsspektrum der Spektrallinien das HIFI – das steht für «Heterodyne Instrument for the Far Infrared» – im Sternbild des Perseus gemessen und im Temperaturbereich von -170 Grad Celsius bis 1200 Grad Celsius bei der Sternentstehung Wasser nachgewiesen. Im Moment können wir zwei Bildungsphasen ausmachen: Unter -170 Grad Celsius bildet sich Wasser, indem sich Sauerstoff und Wasserstoff um Staubpartikel anlagern und durch eine katalytische Reaktion zu Wasser verbinden. Wenn sich der Stern während seiner Entstehung aufheizt, bildet sich dann bei -20 Grad Celsius plötzlich sehr viel und zudem auch ionisiertes Wasser.

Wie entsteht dieses Wasser?
Durch Röntgen- und Ultraviolette Strahlung wird in der Hülle des Protosterns vorhandenes Kohlenmonoxid zu Kohlenstoff und Sauerstoff aufgebrochen. Jedes freie Sauerstoffatom wird dann zu Wasser gebunden. Dieses ist rund 10'000 Mal häufiger als katalytisch generiertes Wasser. Es ist erstaunlich, wie leicht Wasser in der Nähe von entstehenden Sternen zu finden ist.

Wie bildet sich ionisiertes Wasser?
Bei der Aufspaltung können Sauerstoff-Atome zum Teil auch ionisiert werden. Dann entsteht ionisiertes Wasser. Wir waren völlig überrascht darüber, wie viel davon in dieser Phase gebildet wird.

Sie haben bereits im Vorfeld vorausgesagt, dass Sie mit Herschel diese Art von Wasser finden werden.
Wir haben zuvor berechnet und deshalb vermutet, dass wir mit HIFI auch die vierte Phase von Wasser, also ionisiertes Wasser, entdecken können. Uns war im Vorfeld jedoch nicht klar, dass wir bereits in der frühen Entwicklungsstufe hochenergetische Strahlung haben, die für die Bildung dieser Art von Wasser verantwortlich ist.

Wie verlief für Sie bisher das Herschel-Projekt?
Am Anfang hatten wir ziemlich Pech: Ein kosmisches Teilchen hat bei einer elektronischen Steuereinheit ein Fehlsignal ausgelöst. Daraufhin haben sich die Instrumente plötzlich ausgeschalten. Das verursachte einen Stromstoss, der einen Teil der Messelektronik zerstörte. Glücklicherweise gab es dafür eine Reserveeinheit, die wir im Januar aktivieren konnten. Seither läuft bei uns alles bestens.

Was wird der nächste Schritt sein?
Unser Fernziel ist, die hochenergetische Strahlung und ihren ionisierenden Effekt zu charakterisieren, warum und wie sie wirkt. Indem wir die Gegebenheiten genau modellieren, wollen wir herausfinden, warum sie in so hohem Mass ionisiertes Wasser bildet und was in den einzelnen Phasen der Sternbildung geschieht.

Das Herschel-Teleskop

Nach 27-jähriger Planungs- und Bauzeit flog das Weltraumteleskop Herschel im vergangenen Mai seinem Bestimmungspunkt, dem Lagrange-Punkt L2, entgegen (siehe ETH Life vom 14. Mai 2009). Herschel ist mit drei Messinstrumenten bestückt, wovon Teile des Heterodyne Instrument for the Far Infrared (HIFI) am Institut für Astronomie sowie dem Institut für Feldtheorie und Höchstfrequenz der ETH Zürich entwickelt wurden. Mit ihm wird die Ferne Infrarot-Strahlung gemessen werden, mit der die Forscher nun nachweisen konnten, dass bei der Sternbildung in kalten Wolkenkernen Wasser entsteht. Nach dreimonatiger Reisezeit und 1,5 Millionen Kilometern Weg sendet das Teleskop seither Daten an die ESA-Bodenstation bei Madrid. Im Sommer dieses Jahres sollen die ersten ausgewerteten Daten in etwa 200 Artikeln in der Fachzeitschrift «Astronomy and Astrophysics» publiziert werden.