Heilige Photonen und die Spiegelmanufaktur des Stuart Observatory
BLOG: Promotion mit Interferenzen
Außer dem LBT gibt es hier oben auf dem Mount Graham noch zwei weitere Teleskope: Das Heinrich Hertz Submillimeter Teleskop (SMT) und das Alice P. Lennon Vatican Advanced Technology Telescope (VATT). Beide haben mein Beobachter-Kollege Paolo und ich in den letzten Tagen besucht.
Bei einem unserer ersten Spaziergänge hier oben sind wir am VATT vorbeigegangen und haben einfach mal an der Türe geklingelt, um zu sehen, ob wer zuhause ist. Nach kurzer Zeit öffnete uns ein freundlicher älterer Herr — wie sich später rausstellte, war das Pfarrer Richard Boyle, der das Observatorium hier oben für den Vatikan betreibt.
Der Vatikan betreibt seit jeher astronomische Forschung (auch wenn er astronomischen Neuerungen nicht immer sehr offen gegenüber stand), unter anderem für eine genaue Kalender-Berechnung, die ja lange Zeit in kirchlicher Hand war. Wie andere Astronomen auch, sind auch die Vatikan-Astronomen von der stets ansteigenden Lichtverschmutzung zunächst von Rom ins Castel Gandolfo umgezogen. Als es auch dort zu hell wurde, suchten sie nach dunkleren Plätzen und kamen schließlich zum Mount Graham. Das Observatorium markierte (in etwa zeitgleich mit dem Submillimeter-Teleskop) den Beginn der astronomischen Erschließung von Mount Graham Anfang der 1990er Jahre. Der Bau selbst wurde durch Spenden finanziert, der Unterhalt wird aber großteils vom Vatikan-Staat bezahlt.
Im Erdgeschoss des Gebäudes, der Thomas J. Bannan Astrophysics Facility, gibt es eine Küche und ein Wohnzimmer, die ein bisschen wirken wie bei Oma zuhause: dicke Stoff-Vorhänge, schöne große Möbel, Teppichboden, gedämpfte Farben. Pfarrer Boyle führt uns dann in den ersten Stock, vorbei an alten Gemälde, teilweise mit biblischen Motiven. Der Kontrollraum des VATT wirkt irgendwie gemütlich, ist aber modern eingerichtet.
Weiter hoch geht es mit einem Aufzug in die Kuppel der Sternwarte, die ein Teleskop mit einem 1,8 Meter großen Hauptspiegel beherbergt. Auf zwei Besonderheiten weist uns Pfarrer Boyle hin: Zum Einen ist es ein extrem schneller Spiegel, mit einer f-Zahl von 1.0, zum anderen wurde der Spiegel auf eine damals neuartige Art und Weise gefertigt (dazu weiter unten mehr). Die Optik ist wie beim LBT gregorianisch. Solche Teleskope sind normalerweise höher als Cassegrain-Optiken, da der Sekundärspiegel über dem Primärfokus liegt, haben dafür aber den Vorteil, dass sowohl Primär- als auch Sekundärspiegel konkav sind. Diese Spiegel sind (oder waren zumindest damals) einfacher präzise zu fertigen als die konvexen Sekundärspiegel der Cassegrain-Teleskope.
Laut Website des Vatikan-Observatoriums besitzt das VATT eine recht ausführliche Instrumentierung, die teilweise geliehen. Derzeit zu sehen war nur der aufs blaue optimierte CCD-Imager Vatt4k.
Von der technischen Ausstattung her ist das VATT damit ein respektables kleines Teleskop, das für spezialisierte Projekte wie zum Beispiel der Suche nach Asteroiden oder der Kalibration photometrischer Systeme eingesetzt wird.
Historisch ist es auch deshalb bemerkenswert, da der Spiegel einer der ersten (der erste?) war, der auf eine besonders gewichtsreduzierte Art und Weise gefertigt wurde. Dazu wird ein spezielles Glas auf eine Honigwaben-Struktur gelegt und während das Glas bei knapp 1200 Grad Celsius geschmolzen wird, dreht sich der Glas-Ofen so, dass am Ende ein konkaver Parabol-Spiegel rauskommt (der dann noch poliert und beschichtet wird). Diese Technik (“spin-casting”) wurde 1980 vom Gründer des Steward Observatory Mirror Laboratory erfunden und seitdem immer weiter entwickelt. Das dazugehörige Labor wurde immer größer und fertigte eine beachtliche Anzahl der größten Spiegel der Welt, darunter natürlich die beiden Spiegel des LBT sowie die Spiegel der zwei Magellan-Teleskope. Derzeit ist es laut unseres Teleskop-Operators Steve bis 2020 ausgebucht, um Spiegel für das Giant Magellan-Teleskop zu produzieren (das auch sieben 8,4-Meter Spiegeln bestehen wird). Auf der Website der Einrichtung gibt es eine Broschüre (PDF, englisch), die die Spiegelherstellung gut erklärt.
So, nun mache ich mir noch schnell ein Sandwich, bevor die letzte Nacht beginnt. Morgen geht es dann zurück nach München.
Im Vergleich zum James-Webb Primärspiegel scheint es sich bei der Herstellung von Spiegeln für erdbasierte Teleskope mittels des spin-casting-Verfahrens geradezu um ein äusserst materialsparendes Standardverfahren zu handeln wurden doch für die James-Webb Primärspiegel grosse und dicken Beryliumscheiben verwendet, deren Rückseite dann solange durch Herausfräsen bearbeitet wurde bis die gewünschte Rippenstruktur übrigblieb.
Kein Wunder, dass das James-Webb-Teleskop so teuer wurde. Allerdings werden die Spiegel wohl nur einen Bruchteil der jetzt veranschlagten 8.8 Milliarden Dollar Gesamtkosten ausmachen.
Hallo Herr Holzherr, für Satellitenprojekte spielt natürlich das Gewicht eine größere Rolle als für bodengebundene Teleskope, daher werden sehr aufwändige Spiegel gefertigt, siehe auch den Herschel-Hauptspiegel aus Siliciumcarbid, der mit 3,5 Metern ja bisher der größte (zivil genutzte) Spiegel im Weltraum ist. Soweit ich weiß, verwendet das VLT auch Baryllium als Material, aber nur für den Sekundärspiegel. Dort sollte das Gewicht reduziert werden, damit ein besonders schnelles “Chopping” möglich ist. Bei dieser Infrarot-Beobachtungs-Technik wird der Sekundärspiegel schnell (bis zu ca. 10 Hz) zwischen dem astronomischen Objekt und einem Stück am Himmel hin und her geschwenkt, um eine möglichst genaue Bestimmung des Hintergrunds zu ermöglichen, der bei Aufnahmen ab ca. 2 Mikrometer dominiert.
Danke für die Auskunft. Wirklich interessant was sich die Astronomen für Beobachtungstechniken ausgedacht und angeeignet haben – dies zum “Chopping”.
Einer der grössten Fortschritte war wohl die adaptive Optik, womit ein Weltraumspiegel nur noch gerade in speziellen Wellenlängenbereichen gegenüber einem erdgebundenen Spiegel Vorteile bringt. Das heisst bis jetzt ist das so. Jetzt, wo alles, was in den Weltraum geschickt wird, sehr teuer ist. Im Prinzip könnte man aber im Weltraum hauchdünne Spiegel benutzen und damit die Apertur jedes erdgebundenen Spiegels um ein Vielfaches übertreffen. Doch von solchen Monsterspiegeln, die im Orbit kreisen oder in L2 stationiert sind, sind wir wahrscheinlich noch mindestens 50 Jahre entfernt.
Hallo nochmal, naja, es gibt schon noch einige Vorteile für Weltraumteleskope und zwar nicht nur für die Wellenlängenbereiche, die überhaupt nur im Weltraum zugänglich sind (Röntgen und fernes Infrarot, zum Beispiel). Auch im optischen und nahen/mittleren Infrarot lohnt es sich immer noch in den Weltraum zu gehen, denn zum Einen gibt es so gut wie keinen Hintergrund, das heißt man kann viel tiefere Belichtungen machen, als von der Erde aus möglich. Das schlägt sich auch auf die Kalibration aus, die vom Weltraum aus viel präziser und stabiler ist als für erdgebundene Objekte. Daher kann z.B. Kepler winzige Helligkeitsschwankungen über viele Monate messen (und damit Sterne finden, um die womöglich Exoplaneten kreisen), die auf der Erde in den Kalibrationsungenauigkeiten verschwinden würden.