Astronomie - Spectaris

Astronomie
Laser erzeugen künstliche Sterne für eine neue Generation von Teleskopen
Bislang galt das Flirren der Erdatmosphäre als die entscheidende Begrenzung für das
Auflösungsvermögen großer Teleskope und erzwang das Ausweichen in den Weltraum (Hubble). Das
lässt sich jetzt kompensieren und damit noch wesentlich größere Teleskope bauen. Dafür schicken
Astronomen Laserstrahlen in den Himmel, die in 90 km Höhe Natriumatome zum Leuchten bringen. Das
Licht dieser künstlichen Sterne wird auf der Erde vermessen und die Krümmung der Teleskopspiegel
entsprechend geändert. Die Spiegel bestehen aus vielen einzelnen Segmenten, die dafür separat bewegt
werden. Mit dieser „aktiven“ Optik wird zum Beispiel das Very Large Telescope der Europäischen
Südsternwarte auf dem Cerro Paranal in Chile ausgerüstet. Sie soll eine Auflösung ermöglichen, wie man
sie sonst nur aus dem Weltraum kennt.
Manchmal bietet die Natur seltsame Eigenschaften, die die Naturwissenschaftler geradezu euphorisch machen.
So schwebt in etwa 90 km Höhe über der Erde eine Schicht von Natriumatomen. Sie stammen wohl von
Mikrometeoriten, die dort verglühten. Wenn man diese Atome mit einer ganz bestimmten Laserstrahlung
beschießt, dann beginnen sie zu leuchten. Für die Astronomen im 21. Jahrhundert bietet genau dieser Effekt die
Möglichkeit, die Auflösung ihrer Teleskope auf der Erde um ein Vielfaches zu steigern.
Die Laserstrahlung erzeugt in etwa 90 km Höhe einen Punkt, der wie ein künstlicher Stern leuchtet. Die
Astronomen am Boden können ziemlich genau ausrechnen, wie er strahlt. Das ist wichtig, denn so können sie
sehr exakt messen, wie die Atmosphäre die Strahlung deformiert. Die Turbulenzen in der Atmosphäre nimmt der
normale Beobachter am Himmel als ein leichtes Flirren der Sterne wahr. Die Schichten der Atmosphäre haben
verschiedene Temperaturen und bewegen sich gegeneinander, entsprechend wird jeder Lichtstrahl ein wenig
abgelenkt. So entsteht das Flirren um jeden Stern, das umso stärker wird, je mehr Luft über dem Beobachter ist.
Mit den künstlichen „Laser-“Sternen lässt sich dieses Flirren im Bruchteil einer Sekunde vermessen und in den
Teleskopen der neuesten Generation auch korrigieren. Dafür drücken winzige Stempel an vielen Stellen an den
Teleskopspiegel und verändern so lokal seine Krümmung. Diese sogenannte „aktive“ Optik kompensiert die
atmosphärischen Turbulenzen und ermöglicht Aufnahmen, wie sie bislang von der Erdoberfläche aus als
unmöglich galten. Für die nächste Generation von Teleskopen mit effektiven Spiegeldurchmessern von 30 bis 40
Metern werden heute schon Lasersysteme erprobt, die mehrere künstliche Sterne am Himmel erzeugen, damit
die Genauigkeit der Korrekturen noch weiter gesteigert werden kann.
Hintergrundinformationen:
Thema: Guide Star Laser für die Adaptive Optik der nächsten Generation der Extremely Large Telescope
Ansprechpartner: Wilhelm Känders, TOPTICA Photonics AG, [email protected]
Referenz: ”The Four-Laser Guide Star Facility: Design considerations and system implementation”, D.Bonaccini
Calia, W. Hackenberg, R. Holzlöhner, S. Lewis, T. Pfrommer (European Southern Observatory (ESO), KarlSchwarzschild-Str. 2, 85748 Garching, Germany) Corresp. author: Ronald Holzlöhner, email: [email protected],
Advanced Optical Technologies. Band 3, Heft 3, Seiten 345–361, DOI: 10.1515/aot-2014-0025, June 2014