VLT und weitere Entwicklungen

Am 01.Mai 1998 wurde das erste von 4 VLT's, was very large telescope oder sehr grosses Fernrohr bedeutet, von der ESO, der Europäische Südsternwarte, auf dem Cerro Paranal in der Atacama-Wüste in Nordchile in Betrieb genommen und am 01.März 1999 folgte der zweite Spiegel. Bis zum Jahr 2002 wurden alle vier Grossteleskope mit den Namen Antu (Sonne), Kueyen (Mond), Melipa (Kreuz des Südens), und Yepun (Sirius) fertiggestellt.

Durch das computergesteuerte Zusammenschalten aller vier Teleskope erhält man eine optisch wirksame Fläche, die der eines 16m Teleskops entspricht. Mit weiteren Hilfseinrichtungen wird auch das Auflösungsvermögen des zusammengeschalteten Teleskops vergrößert. Man erreicht so Trennschärfen von wenigen Millibogensekunden, die in bestimmten Wellenbereichen die Qualität des Hubble Weltraum Teleskops erreichen.


Das VLT-Teleskop des ESO auf dem Cerra Alto in Chile.

Das größte Problem beim Bau von großen Teleskopen ist das Maß des Primärspiegels. Er verbiegt sich irgendwann unter der tonnenschweren Last seines eigenen Gewichts und kann nur noch mit viel Aufwand und ohne Ruckelbewegungen den fixierten und dahinrasenden Sternen nachgeführt werden. Es werden riesige Kuppelbauten benötigt. Ein zweites Problem ist die Unruhe der Luft in der Erdatmosphäre. Sie beeinträchtigt das Auflösungsvermögen der Optik durch ihr Flimmern und den enthaltenen Staub.

Das Objektiv
Der Durchmesser des Hauptspiegels, der die Frontöffnung eines Teleskops (den Objektivdurchmesser) bestimmt, ist entscheidend für seine lichtsammelnde Wirkung. Diese steigt mit dem Quadrat des Objektivdurchmessers. Nimmt man eine Pupillenöffnung von ca.5mm beim menschlichen Augen an, so kann man schon mit einem Fernrohr von 5cm Objektivdurchmesser, 100 mal schwächere Sterne sehen, als mit dem blossen Auge. Bei einer 500cm - Öffnung erreicht die Lichtverstärkung bereits das 1Mio-fache. Man kann also weit außerhalb der menschlichen Wahrnehmung liegende Objekte erkennen.

Auch die Trennung zweier dicht nebeneinander liegender Punkte verbessert sich mit der Vergrößerung des Objektivdurchmessers. Das menschliche Auge kann zwei Punkte voneinander unterscheiden, wenn sie mehr als 24 Bogensekunden voneinander getrennt sind. Bei einem Objektiv mit einem Durchmesser von 5cm dürfen die Punkte schon auf eine Entfernung von 2,4 Bogensekunden zusammenrücken und bei dem 5m-Objektiv sollten noch Punkte mit einem Abstand von 0,024 Bogensekunden trennbar sein. Jedoch machen hier die Luftturbulenzen einen Strich durch die Rechnung.

Das zwischen 1948 bis 1978 weltgrößte 5m Teleskop auf dem Mont Palomar erreichte selten eine Trennschärfe unter 1 Bogensekunde und dem bis Mitte der 80er Jahre größten 6m Teleskop in Selentschukskaja, Sowetunion, dürfte es kaum besser gegangen sein.

Erst die Mitte der 80er gebauten und computergesteuerten 10m Keck-Teleskope auf dem Mauna Kea, Hawaii, konnten eine Auflösung von 0,1 Bogensekunden erzielen (theoretischer Wert 0,012“) .. da war das Hubble Space Teleskop mit theoretischen und echt erreichten 0,05 Bogensekunden doch besser dran.
 
 

 

Abstand, in dem zwei Punkte bei mit einer Distanz von 2m noch auflösbar sind

theoretische Winkelöffnung und Entfernung

erreichte Winkelöffnung und Entfernung

 

 

menschliches Auge

24“

17km

 

 

 

 

5cm Teleskop

2,4“

170km

 

 

 

 

2,40m Teleskop (Hubble)

0,05“

8.500km

0,05“

8.500km

 

 

5m Teleskop (M.Paloma)

0,024“

17.000km

1“

412km

 

 

10m Teleskop (M.Kea)

0,012“

34.000km

0,1“

4.120km

 

 

8,2m Teleskop (1*VLT)

0,015“

27.200km

0,2“

2.060km

 

 

16m Teleskop (4*VLT)

0,0075“

54.000km

?

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Die Tabelle geht von zwei Lichtquellen aus, die genügend hell, in zwei Metern Abstand zueinander angebracht sind. (Zwei Autoscheinwerfer). Der theoretische Wert wird wegen der atmosphärischen Luftunruhe nur beim Hubble Weltraum Teleskop erreicht. Hier ist er durch technische Hilfsmittel sogar noch etwas größer und liegt etwa bei 0,034“

 

 

Seit den Keck Teleskopen bestimmt die Computertechnik den Bau von Fernrohren. Die Spiegel werden aus leichten Spiegelzellen zusammengesetzt, die durch einen Computer zu einem parabolischen Gesamtspiegel zusammengerechnet werden. Bei den VLT's in Chile bilden 150 solcher Zellen, je einen der 8,2m großen Hauptspiegel. Jede Zelle besitzt ein Stellglied, welches ein Computer auf den gewünschten Fokus ausrichtet. Auf diese Weise können beispielsweise Verzerrungen, die sich durch Temperaturänderungen oder Gewichtsverlagerungen des Spiegels ergeben, weggerechnet werden.
Auch die Luftturbulenzen sollen durch Rechnung eliminiert werden. Hierzu bedarf es einer Vergleichslichtquelle am Himmel. Mit einem Laser erzeugt man einen künstlichen Stern in der Gegend des fokussierten Objekts. Da die Eigenschaften dieser Lichtquelle bekannt sind, kann man das echte Bild entsprechend korrigieren. So hofft man der theoretischen Auflösung wesentlich näher zu kommen und sie zu übertreffen.

 

 
 

 

 

 

 

Dieses Bild aus dem Jahr 1999 zeigt den Gipfel des Mauna Kea Vulkans auf Hawaii. Hier haben die in der Astronomie führenden Staaten, ihre Teleskope aufgebaut. In der Bildmitte sind die weißen Kuppeln der Keck Teleskope zu sehen, daneben das gerade errichtete Surabu 8,3m Teleskop der Japaner.

 

 
 

 

 
Die Okulare
Die Namen der Objektive des 16m VLT der ESO lauten wie gesagt Antu, Kueyen, Melipa und Yepun. Sie stammen von chilenischen Schulkindern.

Die Geräte, die bei einem Fernrohr auf der Beobachterseite angebracht werden, heissen Okulare. Sie bestimmen unter anderem die Vergrößerung. Zudem können hier Filter angebracht sein, die nur bestimmte Lichtarten zum 'Auge' durchlassen. Bei den Grossteleskopen wird das Auge in der Regel durch CCD-Kameras ersetzt. Diese elektronischen Kameras sind viel lichtempfindlicher, als Augen oder Film. Ihre Digitaldaten werden von Computern zur menschlichen Betrachtung aufbereitet. (Natürlich können sie die auf einem Bild abgelichteten Sterne auch automatisch zählen) Dabei kommen nur selten Bilder heraus, welche die echten Farben der abgebildeten Objekte besitzen. Normalerweise sind die Farben verstärkt oder das dargestellte Licht befindet sich in einem elektromagnetischen Spektralbereich, den das menschliche Auge ohne Einfärbung gar nicht wahrnehmen könnte.
Die verwendeten Techniken sind vielfältig und werden durch den Beobachtungswunsch bestimmt. Infrarot- und Ultraviolettlicht z.B. sind dem menschlichen Auge nicht zugänglich dennoch eignen sie sich vorzüglich um hinter interstellare Nebelwolken sehen zu können, oder Sterngebieten mit neuen Sternen zu erkennen. Die bildliche Umsetzung dieses Lichts geschieht dann in der Regel durch einen Versatz der Farben nach rot oder blau, womit die Verteilung des nicht sichtbaren Lichts sichtbar wird. Bilder dieser Art werden Falschfarbenbilder genannt.
Die ESO-Teleskope besitzen wie das Hubble Space Teleskope eine Reihe verschiedener Okulare, die manchmal bei den Bildbeschreibungen auftauchen. Ihre Namen können sein FORS oder ISAAK usw. Was sich dahinter verbirgt, kann man auf den Internetseiten der ESO bzw. der NASA erfahren. Bei den ESO-Teleskopen ist dies interessant, weil die Entwicklung und Herstellung der Okulare teilweise unter der Leitung deutscher Firmen und Universitäten, wie denen in Heidelberg, Göttingen und München erfolgt.
 

 

 
 

 

 
.. weitere Entwicklungen ..

2005: Die ESO möchte mit dem Bau eines Radioteleskops auf einem 5000m hohen Plateau in der chilenischen Atakamawüste beginnen. Dieses Teleskop soll aus 64 fahrbaren Empfangsantennen mit je 12m Durchmesser bestehen. Es soll den Namen 'Alma' erhalten, was Atacama Large Millimeter Array bedeutet. Anfang 2009 ist zu lesen, dass sich dieses Instrument im Bau befindet. Es soll in der zweiten Hälfte des Jahres 2011 in Betrieb gehen.

 

 

 

 

 
2007: Infrarote Strahlung wird durch die Atmosphäre der Erde weitgehend ausgefiltert. Das einzige Infrarotteleskop ist z.Zt das Hubble Weltraumteleskop. Die ESA plante im Jahr 2009 das Infrarot-Teleskop 'Herschel' mit einem Spiegeldurchmesser von 3,5m im Weltraum zu platzieren. Inzwischen ist Herschel fertiggestellt und befindet sich nach seinem Start am 14. Mai 2009 mit einer Ariane Rakete, am Ort seiner Bestimmung. Dieser befindet sich im Lagrangepunkt L2, also etwa 1,5Mio km von der Erde entfernt, hinter dem Mond. Bilder von Herschel sind auf den Seiten der ESA zu finden. Die Betriebsdauer wird mit etwa 3½ Jahren angegeben.

 

 

 

 

 
Röntgenteleskope erkennen die Strahlung aus heißen Explosionswolken von Supernovae sowie von Himmelskörpern mit starken Magnetfeldern, wie bei Neutronensternen oder schwarzen Löchern. Nach Rosat, Chandra und Newton sollte ein Satellitentandem mit Namen Xeus die Aufgabe des modernsten Röntgenteleskops übernehmen. Dieses Vorhaben wird im Mai 2008 zum Projekt IXO in dem die NASA und die ESO zusammenarbeiten. Es ist geplant IXO im Jahr 2021 in Betrieb zu nehmen.

Die Vision, im Jahr 2010 das Gravitationswellen-Teleskop 'Lisa' zu starten hat sich augenscheinlich zerschlagen. Lisa sollte aus drei gleichen Satelliten bestehen, die um die Sonne fliegen und dabei ein gleichschenkliges Dreieck von 5 Mio km Seitenlänge bilden. Die Sonden sollten über Laserstrahlen verbunden werden. Wäre nun die Front einer Gravitationswelle auf den Strahl getroffen, so hätte sie ihn um etwa 0,000.000.000.5 mm = 0,5nm, im Takt der Gravitationswellen verbogen, was Sensoren hätten bemerken sollen. Im Oktober 2008 ist zu lesen, dass die EU drei Millionen Euro für ein Einstein Teleskop bewilligt habe, welches 2018 in Bau gehen könnte.

 
 
 
 
 
 
 
 
Zukunft, das ELT
Aufbauend auf dem Prinzip der interferometrischen Kopplung des VLT, bei der vier Spiegel über einen Computer zu einem Teleskop zusammengefasst werden, wollte die ESO etwa 2010 mit dem Bau eines erdgebundenen 100m Spiegelteleskops beginnen, dessen Name 'OWL' (Eule) oder Overwhelmingly Large Teleskope gewesen wäre. Diese Idee wurde bereits im Jahr 2005, vermutlich wegen der Baukosten von 1 Mrd. Euro) aufgegeben. Heraus kam folgend der Vorschlag zum Bau eines erdgebundenen ELT (Extremely Large Telescopes) mit einem Primärspiegel von 42m im Durchmesser. Dessen Standort wurde am 26.04.2010 mit dem Cerro Armazones einem 3060m hohen Berg in der Atacamawüste von Chile festgelegt. Er liegt etwa 20km von dem VLT entfernt. Als Planung für die Fertigstellung wird das Jahr 2018 genannt.
 
 
 
 

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