Adaptive Optik: Schnellste Teleskopkamera der Welt sorgt für klare Sicht am VLT

© 2009 ESO / P. Balard / INSU-CNRS (Ausschnitt)

CCD220-Bildsensor der ESO OCam | Der Bildsensor der OCam für das Very Large Telescope der Südsternwarte ESO wurde vom britischen Hersteller e2v Technologies gebaut. Er kann zwar nur Bilder mit einer Auflösung von 240 mal 240 Pixeln aufnehmen, dafür jedoch 1500 hiervon pro Sekunde und mit einer Lichtempfindlichkeit weit oberhalb der eigentlichen bildgebenden Kameras. Der adaptive Spiegel des VLT regelt mithilfe dieser Daten in Sekundenbruchteilen seine Form nach und gleicht Luftturbulenzen aus, was das Bild um ein Vielfaches schärfer macht. Der Anschluss auf der rechten Seite dient für Kühlmittel, da der Sensor nur bei Temperaturen weit unterhalb des Gefrierpunkts so empfindlich und gleichzeitig rauscharm arbeiten kann.

Für das Projekt SPHERE zur Suche nach Exoplaneten am Very Large Telescope (VLT) stattet die ESO das Observatorium im Norden Chiles 2011 mit einem neuen Korrektursystem für Luftturbulenzen aus. Kernstück ist die nun erstmals vorgestellte Hochgeschwindigkeitskamera OCam, welche die adaptive Optik mit Daten versorgen wird.

Der CCD220-Bildsensor der OCam kann 1500 statt der bisherigen 350 Bilder pro Sekunde aufnehmen. Gleichzeitig ist er zehnmal lichtempfindlicher als der aktuell im VLT verbaute Sensor und arbeitet daher mit noch schwächer leuchtenden Sternen als Fixpunkt für die Korrekturen.

VLT der ESO auf dem Cerro Paranal | Die Europäische Südsternwarte (Eso) betreibt auf dem 2635 Meter hohen Cerro Paranal in Chile die fortschrittlichste Sternwarte der Welt: Die vier 8,2-Meter-Teleskope Antu (Sonne), Kueyen (Mond), Melipal (Kreuz des Südens und Yepun (Venus als Abendstern) werden durch vier 1,8-Meter-Teleskope ergänzt. Das Licht all dieser Instrumente kann interferometrisch überlagert werden und die gesamte Anlage erreicht dann die Bildschärfe eines Hundert-Meter-Teleskops.

SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch) soll ab 2011 Gasriesen außerhalb des Sonnensystems direkt im nahen Infrarotbereich abbilden. Astronomen erhoffen sich hieraus vor allem eine Erklärung dafür, warum viele der jupiterähnlichen Planeten in einer sehr engen Umlaufbahn um ihren Stern gefunden werden, obwohl sie nur in den äußeren Bereichen eines Planetensystems entstehen sollten. SPHERE wird in einem der vier VLT-Teleskope eingebaut, inklusive der neuen adaptiven Optik SAXO (SPHERE Adaptive optics for eXoplanet Observation), die noch besser die Bildunschärfe durch atmosphärische Turbulenzen korrigieren soll.

Bodengebundene Teleskope können wesentlich größere Hauptspiegel verwenden und damit lichtstärker sein und mehr Instrumente tragen als Weltraumteleskope. Einer ihrer Nachteile sind die Luftturbulenzen, durch die ihre Bilder verschwommen erscheinen. Große Teleskope verwenden daher eine adaptive Optik, die diese Bewegungen ausgleicht.

Meist ist das Korrekturglied ein flexibler Spiegel im Strahlengang – beim VLT weist er eine Größe von zehn Zentimetern auf – der seine Form mehrere hundert Mal pro Sekunde ändert und damit den durch die Luftunruhe verursachten Verzerrungen folgt und diese ausgleicht. Zu seiner Steuerung wird jedoch eine entsprechend schnelle Kamera benötigt, die auf einen hellen Fixstern nahe des beobachteten Objekts gerichtet wird, um die Turbulenzen zu registrieren. Ist kein ausreichend heller Stern nahe beim Objekt vorhanden, so schränkt dies die Qualität der Korrekturen ein.

Die Entwickler der OCam arbeiten nun an einer noch schnelleren Kamera für das European Extremely Large Telescope, mit einem 42 Meter großen Hauptspiegel, das im Jahr 2018 in Betrieb gehen soll. Bisher funktionieren adaptive Optiken nur im Infrarotbereich zufriedenstellend. Für sichtbares Licht sind sie noch nicht schnell und präzise genug. Auch diese Hürde wollen die Techniker letztlich überwinden.

Ralf Strobel

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