NASA wählt PRIMA, ein Milliarden-Dollar-Ferninfrarot-Teleskop, für einen Start 2033

Die NASA wird ein Teleskop bauen, um die kältesten und staubigsten Teile des Universums zu erforschen. Am 23. September 2026 wählte die Behörde PRIMA, die PRobe far-Infrared Mission for Astrophysics, als erste Mission einer neuen Klasse astrophysikalischer Observatorien namens Probe Explorers aus und brachte sie in die nächste Entwicklungsstufe.

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Die Entscheidung bringt die NASA auf den Weg, das Observatorium 2033 für eine geplante fünfjährige Mission zu starten. Die Behörde präsentiert PRIMA als Brücke über eine Lücke in ihrer Flotte: ein Ferninfrarot-Vermessungsobservatorium, das Wellenlängen abdeckt, die zwischen denen des James-Webb-Weltraumteleskops und bodengestützter Radioanlagen liegen.

„Die Mission PRIMA ist das nächste Fenster der Menschheit in das tiefe Universum“, sagte Nicky Fox, Associate Administrator der Science Mission Directorate der NASA. „Sie wird das Verborgene über kosmische Zeit hinweg enthüllen, um die Entstehung von Planeten, Sternen und schwarzen Löchern besser zu verstehen, und sogar, wie das Wasser auf der Erde entstand.“

Ein Teleskop, das für Kälte gebaut ist

PRIMAs Hauptspiegel misst 1,8 Meter im Durchmesser. Die Optik soll auf etwa 4,5 Kelvin kryogen gekühlt werden, nahe minus 451 Grad Fahrenheit. Ars Technica berichtet, dass die Brennebenen der kinetischen Induktanzdetektoren der Mission weiter auf etwa 100 Millikelvin gekühlt werden, was das Observatorium zu einem der kältesten je ins All geschickten machen würde.

Die Kühlung ist zentraler Bestandteil des Designs und keine ingenieurtechnische Verzierung. Bei Ferninfrarot-Wellenlängen leuchten warme Optiken hell und können schwache Quellen überstrahlen. TU Delft, deren Forscher an den Detektorsystemen von PRIMA arbeiten, beschreibt die Mission als erstes Weltraumteleskop mit einem aktiv gekühlten Spiegel und schätzt, dass der Ansatz es zwischen tausend und hunderttausend Mal empfindlicher macht als frühere Ferninfrarot-Teleskope.

Statt einen neuen Kryokühler von Grund auf zu entwickeln, wird PRIMA laut Ars Technica einen Ersatz aus der Entwicklung des Mid-Infrared Instrument von Webb wiederverwenden, der so angepasst wird, dass er Helium-3 als Kühlmittel nutzt.

Zwei Instrumente tragen die Wissenschaft. PRIMAger ist ein abbildendes Polarimeter, das weite Himmelsbereiche kartieren soll, und FIRESS ist ein hochauflösendes Spektrometer für detaillierte Untersuchungen einzelner Ziele. Zusammen decken sie Wellenlängen von 24 bis 235 Mikrometern ab. Caltech merkt an, dass 235 Mikrometer etwa der Dicke zweier aufeinandergelegter Papierbögen entsprechen, während 24 Mikrometer etwa einem Drittel der Dicke eines menschlichen Haares entsprechen. Die NASA erwartet, dass das Observatorium beim Start unter 3,4 Tonnen wiegt und vom Sonne-Erde-Lagrange-Punkt L2 aus in etwa 1,6 Millionen Kilometern Entfernung zur Erde arbeitet.

Was Ferninfrarotlicht offenbart

Ferninfrarot-Strahlung stammt von kühlem Material: kaltem Staub, Gas und den dichten Regionen, in denen Sterne und Planeten entstehen. Ein Großteil dieses Signals erreicht bodengestützte optische Teleskope nie, weil Staub die Sicht verdeckt, weshalb Astronomen seit Langem ein eigenes Weltraumobservatorium für diese Wellenlängen wünschen.

Die NASA erklärt, PRIMA werde sich mit der Entstehung von Planeten außerhalb des Sonnensystems befassen, damit, wie Galaxien und ihre schwarzen Löcher über die kosmische Geschichte hinweg wuchsen und sich entwickelten, und damit, wie sich Staub und schwere Elemente im Laufe der Zeit ansammelten; all das prägt, warum das Universum heute so aussieht, wie es aussieht. Der Direktor der Astrophysik-Abteilung der Behörde, Shawn Domagal-Goldman, ordnete die Mission als einen Eintrag in einer längeren Abfolge ein.

„Eine einzelne Mission allein kann nicht alle Geheimnisse des Universums ergründen“, sagte er. „Doch indem wir die Vermessungsfähigkeiten unserer Flotte mit PRIMA in Ferninfrarot-Wellenlängen ausweiten, ermöglichen wir einen unglaublich umfassenden Blick auf den Kosmos.“

Caltech beschreibt das Ziel als das kalte, staubige Universum und erklärt, PRIMA werde helfen, die Entstehung von Sternen und Planetensystemen zu untersuchen, die Galaxienentwicklung nachzuvollziehen und die Zusammensetzung von Exoplaneten-Atmosphären und Körpern des Sonnensystems zu charakterisieren. Jonas Zmuidzinas, der Caltech-Physiker, dessen Arbeit den Detektoren der Mission zugrunde liegt, brachte die Größenordnung des erhofften Zugewinns schlicht auf den Punkt.

„PRIMA steht für etwas, das in der Astronomie selten vorkommt: In diesem wenig erforschten Wellenlängenband, dem fernen Infrarot, haben wir die Chance, bei der Empfindlichkeit um etwa den Faktor tausend voranzuspringen“, sagte er. „Das ist sehr selten.“

Die Detektoren selbst gehen auf das Jahr 1999 zurück, als Zmuidzinas und der JPL-Ingenieur Rick LeDuc laut Caltech herausarbeiteten, wie supraleitende Materialien zum Nachweis von Ferninfrarotlicht genutzt werden können. Dieselbe Technologie, bekannt als kinetische Induktanzdetektoren, bildet heute die Grundlage für die Kameras und das Spektrometer der Mission.

Das Ferninfrarot ist zugleich ein blinder Fleck. Da derzeit kein Observatorium dieser Art fliegt, haben Astronomen den routinemäßigen Zugang zu Wellenlängen verloren, die Wasser und andere Moleküle in sternbildenden Wolken, das Leuchten kalten Staubs in fernen Galaxien und die Magnetfelder in jenen Wolken sichtbar machen, die zu Sternen kollabieren. Ars Technica merkt an, dass PRIMA auf Entdeckungen von Europas Weltraumteleskop Herschel aufbauen soll, das Forschern neue Einblicke in die Rolle des Wassers bei der Entstehung von Sternen und Planeten gab. Die NASA beschreibt die neue Mission als Tiefenvermessungsinstrument und nicht als Besucherin einer Handvoll Ziele.

Wer PRIMA baut

Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Südkalifornien wird die Mission leiten. Caltech, das JPL für die NASA betreibt, erklärt, das Labor werde die Missionsarchitektur, das Systems Engineering und die Integration von Raumfahrzeug und Nutzlast führen. Das Goddard Space Flight Center der NASA in Maryland und das Marshall Space Flight Center in Alabama sind Partner, und das IPAC von Caltech dient als wissenschaftliches Zentrum der Mission, das die Daten empfängt, verarbeitet und archiviert sowie die Beobachtungszeit der Forscher einteilt.

Die Mission trägt zudem eine Reihe internationaler Beiträge. Die NASA nennt Frankreichs CNES, Italiens ASI, Deutschlands DLR, die Kanadische Weltraumorganisation, Südkoreas KASI mit KASA, Japans JAXA und die UK Space Agency. Das Max-Planck-Institut für Astronomie in Deutschland stellt laut der Max-Planck-Gesellschaft zentrale optomechanische Hardware bereit: zwei aktiv gesteuerte Strahl-Lenkspiegel, einen pro Instrument, samt Steuerelektronik.

„Wir sind stolz darauf, dass MPIA dank unserer Expertise erneut zu einem bahnbrechenden NASA-Weltraumteleskop beiträgt, das nun für den nächsten Entwicklungsschritt ausgewählt wurde“, sagte Oliver Krause, der die Gruppe Infrarot-Weltraumastronomie des Instituts leitet und Co-Investigator von PRIMA ist.

Thomas Henning, emeritierter Direktor des MPIA und ebenfalls Co-Investigator, sagte, der Beobachtungszugang des Instituts sei Teil der Attraktivität gewesen. „PRIMA wird wertvolle Beobachtungen für mehrere zentrale Forschungsbereiche unseres Instituts liefern, etwa die Planeten- und Sternentstehung, auf die wir dank unserer vorgeschlagenen Hardware-Beiträge zugreifen können“, sagte er.

Sobald das Observatorium arbeitet, sollen laut Caltech etwa 75 Prozent seiner Beobachtungszeit der allgemeinen astronomischen Gemeinschaft über Peer Review offenstehen. Das Team hat bereits fast 200 Ideen zur Nutzung der Daten von mehr als 400 Astronomen gesammelt.

Warum die NASA eine neue Missionsklasse schuf

PRIMA ist der erste Eintrag der Reihe Probe Explorers, einer Kategorie, die die NASA auf Empfehlung der astrophysikalischen Dekadenumfrage von 2020, „Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics for the 2020s“, eingerichtet hat. Die Idee war, den Raum zwischen relativ kostengünstigen Missionen der Explorer-Klasse und Flaggschiff-Observatorien wie dem Nancy Grace Roman Space Telescope zu füllen, das laut Ars Technica etwa 4,3 Milliarden Dollar kostet.

Diese mittlere Ebene ist seit Jahren Gegenstand von Debatten, und PRIMA ging nicht aus einem überfüllten Feld hervor. Der Wettbewerb geht auf Oktober 2024 zurück, als die NASA PRIMA und den Advanced X-ray Imaging Satellite, kurz AXIS, für zwölfmonatige Konzeptstudien im Wert von je 5 Millionen Dollar auswählte und erklärte, sie erwarte, 2026 eines für den Bau auszuwählen. Damals beschrieb die NASA PRIMA als 1,8-Meter-Teleskop, das die Lücke zwischen Webb und Radioobservatorien schließen sollte, und nannte Jason Glenn vom NASA Goddard als Principal Investigator. AXIS wurde im März 2026 disqualifiziert, nachdem seine Konzeptstudie etwa 10 Prozent über dem Budget lag und den geforderten Zeitplan nicht einhielt, so Science. Sein Principal Investigator, Christopher Reynolds von der University of Maryland, machte die Leitung der Behörde für das Ergebnis verantwortlich und sagte, die Mission sei programmatischen Störungen bei Goddard zum Opfer gefallen.

PRIMAs erwartete Kosten haben sich in die andere Richtung entwickelt. Die Ankündigung der NASA von 2024 nannte einen Kostendeckel von 1 Milliarde Dollar pro Probe-Explorer-Mission; die aktuelle Zahl ist 1,2 Milliarden Dollar, ohne Startkosten und andere Nicht-Projektkosten.

Die Auswahl fällt in eine Zeit, in der das Wissenschaftsbudget der NASA politischem Druck ausgesetzt ist und die Behörde weit größere Ambitionen abwägt. Die NASA führt vorläufige Studien für das Habitable Worlds Observatory durch, ein für die 2040er Jahre geplantes Flaggschiff, dessen frühe Kostenschätzungen laut Ars Technica bei nahe 11 Milliarden Dollar liegen. Domagal-Goldman sagte, die Behörde hoffe, Lehren aus Roman anzuwenden, das planmäßig und im Budget startete, um künftige Flaggschiffe straffer unter Kontrolle zu halten.

Was noch geschehen muss

Die Ankündigung ist keine endgültige Zusage, die Flughardware zu bauen. PRIMA muss eine Bestätigungsprüfung bestehen, bevor die NASA die Umsetzung genehmigt, und der Startanbieter wurde noch nicht gewählt. Das Datum 2033 ist ein Ziel, und die Sprache der NASA selbst lässt Raum dafür, dass sich Zeitplan und Kostenbild ändern.

Für Astronomen ist die praktische Frage, ob ein Ferninfrarot-Observatorium nach einer langen Lücke endlich eine Umlaufbahn erreichen kann. Die NASA hat derzeit kein Ferninfrarot-Weltraumteleskop in Betrieb. Das Herschel-Teleskop der Europäischen Weltraumorganisation, das einen Großteil der Wissenschaft vorwegnahm, die PRIMA erweitern soll, wurde 2013 außer Dienst gestellt, und das Spitzer-Weltraumteleskop, das bei kürzeren Infrarotwellenlängen arbeitete, wurde 2020 abgeschaltet.

Übersteht PRIMA seine Prüfungen, würde es ein Fenster wieder öffnen, das mehr als ein Jahrzehnt geschlossen war, und einen der letzten verbleibenden blinden Flecken der Astronomie. Die Empfindlichkeitsaussagen der Mission, ihr Zeitplan und ihre endgültigen Kosten werden alle geprüft werden, bevor das Teleskop L2 erreicht. Bis dahin ist der Start 2033 ein Plan und keine Garantie.

Titelbild: eine künstlerische Darstellung des PRIMA-Observatoriums der NASA. Bild: NASA/JPL-Caltech.