Live vom VLTI (mit 6 Updates)

BLOG: Promotion mit Interferenzen

Auf dem Weg zum Profi-Astronomen
Promotion mit Interferenzen

Nun sitze ich mit zwei TIOs (Telescope and Instrument Operators), zwei NAs (Night Astronomers) und meinem Kollegen Konrad im VLT-Kontrollraum an der VLTI-Konsole. Es ist 22:25 Uhr Ortszeit, die Uhr zeigt die Zeit hier aber nur in UT (2:25) und in Sternzeit (11:26) an, denn die sind für die Beobachtungen wichtig: Sternzeit – Rektaszension ergibt den so genannten Stundenwinkel des Objekts, der einem (in Kombination mit der Deklination) sagt wie hoch das Objekt gerade steht.

 

 Live-Blog aus dem VLT-Kontrollraum!

Der Wind ist im Moment mit 15 m/s aus Nord recht stark: Bei mehr als 12 m/s Wind kann man mit den Teleskopen nicht mehr in Windrichtung zeigen (pointing limit) und muss auf Backup-Targets ausweichen, bei mehr als 18 m/s Wind werden die Kuppeln sicherheitshalber geschlossen — wenn sich der Wind dieser Grenze nähert wird hier im Kontrollraum über den Lautsprecher ein Wind-Sound eingespielt… Ohnehin gibt es hier jede Menge Sounds, die einem den Status der verschiedenen Subsysteme anzeigen: Wenn die adaptive Optik MACAO die Arbeit aufnimmt (loop close), hört man ein "excellent" (mit der Stimme von Monty Burns); wenn der Loop wieder geöffnet ist (also keine Korrektur mehr stattfindet) ertönt "Oh, forget it!". Ist eine Beobachtung erfolgreich abgeschlossen hört man ein hysterisches Lachen…

Das Seeing ist derzeit zwischen 2 und 3 Bogensekunden, was ein sehr guter Wert für Europa wäre, für den Paranal, an dem man die besten Seeing-Werte weltweit misst, ist es unterdurchschnittlich, so dass mein Kollege, dem die heutige Nacht mit UT1 und UT3 gehört, bislang noch keine Daten erhalten konnte. Die Astro-Wettervorhersage für Paranal ist derzeit leider auch nicht so rosig:

Astronomische Wettervorhersage für den Paranal: Hier Windgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Höhe in der Atmosphäre. In den nächsten Stunden ist eine recht hohe Windgeschwindigkeit vorhergesagt, was zu unruhiger Luft führt. Die längerfristige Vorhersage ist deutlich besser! 

In der linken unteren Grafik auf dieser Webseite (siehe oben) sieht man die Vorhersage für die Wind-Geschwindigkeiten in Abhängigkeit des Luftdrucks (der Höhe): Bei 200 mBar (etwa 10 km Höhe) befindet sich dort derzeit ein Jetstream mit Windgeschwindigkeiten über 40 m/s. Die Jetstream-Windgeschwindigkeit in Zusammenhang mit dem Seeing ergibt dann die Kohärenzzeit der Atmosphäre. Derzeit ist die leider deutlich unter 1 ms, was interferometrische Beobachtungen sehr erschwert.

 

Mein Kollege Konrad schaut den TIOs beim Einstellen der adaptiven Optik zu. Leider hören wir heute sehr oft "Oh, forget it!"… 

Der Ambient-Conditions-Monitor, rechts oben das Seeing, wobei die rote Linie 2.25" anzeigt. Rechts unten der Wind-Monitor: Über der gelben Linie gibt es pointing restrictions, über der roten werden die Kuppeln geschlossen.

Update 00:51 Uhr Ortszeit (6:51 Uhr MESZ): Wir sind mit leicht verbessertem Seeing in die zweite Nachthälfte gestartet. Konrads eigentliches Objekt, die Circinus-Galaxie, steht immer noch recht tief und ist bei diesen Bedingungen nicht beobachtbar. Wir wechseln daher auf die höher stehende Centaurus-A-Galaxie, die ansonsten in meinem Beobachtungsprogramm (ab übermorgen) dran ist. Endlich sehen wir das erste Signal, das heißt "fringes", also Interferenzstreifen! Da das Signal-zu-Rausch-Verhältnis für astronomische Beobachtungen im N-Band (so nennen Astronomen das "atmosphärische Fenster" zwischen 8 und 13 µm) auf dem Erdboden sehr schlecht ist, werden viele tausend Aufnahmen gemacht, die anschließend addiert werden müssen. Leider sind nur wenige der heutigen Aufnahmen wirklich zu gebrauchen. Die Daten werde ich nach der Rückkehr nach Heidelberg auswerten.

Derzeit haben wir den ersten Kalibrator-Stern für die Circinus-Galaxie mit den Teleskopen angefahren ("preset", es ertönt das Geräusch "Let’s get started!"…), das Bild in den interferometrischen Verzögerungstunneln ("delay lines") stabilisiert und eine erste Aufnahme ("acquisition") mit dem Mitt-Infrarot-Interferometer MIDI gemacht.

Update 01:57 Uhr Ortszeit (7:57 Uhr MESZ): Das Wetter ist leider nach wie vor sehr mäßig: Der Wind ist relativ stark und das Seeing zwischen 2 und 3 Bogensekunden. Zum Vergleich: In Deutschland ist das Seeing meist zwischen 2 und 5 Bogensekunden, hier am Cerro Paranal sind Seeing-Werte um 0,5 Bogensekunden dagegen durchaus normal. Die aktuellen Bedingungen hier am Paranal kann man der Ambient Conditions Database entnehmen.

Mittlerweile versuchen wir wieder einen Kalibrator-Stern, da wir bei Circinus fast nichts gesehen haben.

Insgesamt herrscht im Kontrollraum eine ruhige, konzentrierte Atmosphäre. Als ich letzten November das erste Mal hier war, hatte ich damit gerechnet, dass es deutlich hektischer zugeht, denn man will ja jede Sekunde der kostbaren Teleskopzeit gut nutzen. Es ist allerdings so, dass die meiste Zeit nicht dafür gebraucht wird, dem Teleskop die Befehle zu geben, sondern mehr Zeit wird benötigt, die Befehle dann wirklich auszuführen, also beispielsweise natürlich bei den Beobachtungen selbst, aber auch beim Fahren des Teleskops, beim Aktivieren der Adaptiven Optik oder auch bei so "trivialen" Dingen wie dem Schreiben von ein paar Gigabyte an Daten…

Noch knapp fünf Stunden bis Sonnenaufgang. Im N-Band können wir fast bis Sonnenaufgang beobachten, auch wenn der Himmel (im für den Auge sichtbaren Bereich) durch Streuung schon hell wird. Wie bekannt, ist der Himmel ja blau, weil blaues Licht deutlich stärker gestreut wird als rotes. Im Mitt-Infrarot-Bereich ist entsprechend die Steuung noch geringer; man kann also die gesamte Nacht, fast bis zum Sonnenaufgang, nutzen.

Update 03:40 Uhr Ortszeit (9:40 Uhr MESZ): Wir probieren an allen Subsystemen herumzuspielen und so trotz der äußerst schlechten Bedingungen noch ein paar Interferenzstreifen von der Circinus-Galaxie zu sehen. Bisher war aber leider dennoch nicht viel zu sehen. Das ist natürlich schade, aber es ist ja erst die erste von einigen Nächten und wenn man die Wetterprognose anschaut, besteht Grund zur Hoffnung, dass es in den nächsten Nächten besser wird.

Hier kurz der Ablauf einer Beobachtung: Erst muss die adaptive Optik (MACAO) "locken", also das Seeing korrigieren können, ansonsten geht gar nichts. Bei extrem schlechtem Seeing gelingt das aber leider nicht immer, vor allem dann, wenn die Quelle noch dazu weit vom Zenit entfernt ist (bei hoher "airmass", also mit viel Erdatmosphäre zwischen Objekt und Teleskop). Von den Teleskopen geht das Licht zunächst in die Delay Lines, denn das Licht muss über beide "beams", also beide Strahlwege über die zwei unterschiedlichen Teleskope (heute UT1-UT3, 102 Meter Abstand), genau die gleiche Strecke vom Objekt (also von der Galaxie) zurückgelegt haben, wenn es mit sich selbst interferieren soll.

Die VLTI-Delay-Lines 

Wenn das Licht durch die Delay-Lines durch ist, kommt es in das Interferometrie-Labor, in dem die interferometrischen Geräte stehen und das eigentlich "beam combining" passiert.

Das VLTI: Von der ersten Reflektion bis zur Strahlkombinierung im interferometrischen Gerät MIDI muss das Licht über viele Spiegeln geleitet werden.

Wenn die adaptive Optik das Seeing korrigieren kann, wird versucht, das Objekt mit IRIS genau auf dem Chip des Interferometers zentriert zu halten ("lab guiding"). IRIS ist ein Subsytem des VLTI, das im VLTI-Labor direkt stationiert ist und dort das "Wabern" der einzelnen Beams korrigiert. Ist das Bild in IRIS stabil, folgt die "acquisition" bei der MIDI-Station, man nimmt dabei die Bilder der einzelnen Beams — noch ohne Interferenzen — auf und schaut, ob die Beams gut zentriert sind. Passt das auch, kann man anfangen mit dem "fringe search", wobei man die Delay Lines Mikrometer um Mikrometer verschiebt, bis man das Interferenzsignal gefunden hat. An dieser Stelle führt man schließlich den "fringe track" aus, das ist die Messung des eigentlichen Interferenzsignals. Abschließend misst man noch die Helligkeit der Quelle in den beiden Beams (Photometrie), um einen "visiblity point" zu erhalten, also zu wissen, wie gut aufgelöst die Quelle ist. Dieser Prozess dauert etwa eine halbe Stunde.

Darüberhinaus muss man aber auch noch einen Stern (Kalibrator) mit bekanntem Durchmesser mit derselben Prozedur aufnehmen, um das Interferenzsignal eichen zu können. Im Endeffekt erhält man also — wenn alles klappt — in etwa einer Stunde einen visibility-Punkt.

Übrigens beobachten wir bei fast Vollmond, weil aus demselben Grund wie oben (blauer Himmel wegen geringerer Streuung von rotem Licht), das Streulicht vom Mond im Mitt-Infrarotbereich nicht so dramatisch ist. Die mondlosen und extrem dunklen Nächten sind dann zum Beispiel für Ultraviolett-Beobachtungen reserviert, die die absolute Dunkelheit der Wüste brauchen. Der Mond müsste jetzt aber bald untergegangen sein; die Sonne geht in knapp drei Stunden auf. Ich werde mal sehen, ob ich es jetzt noch einen Moment aus dem Kontrollgebäude gehen kann, draußen müsste es jetzt seeehr dunkel sein…

Update 04:28 Uhr Ortszeit (10:28 Uhr MESZ): Der "Ambient Conditions Monitor" zeigte eine hohe Luftfeuchtigkeit an, gefährlich nahe am Taupunkt — was das Schließen der Kuppeln bedeuten kann.

Aktuelle Anzeige des Ambient Conditions Monitor 

Um das zu testen, sind die beiden TIOs gerade mit mir hinaus auf die VLT-Plattform gegangen: Noch kondensiert aber nichts.

Hier noch kurz zur Lichtisolation am VLT: Sowohl die Residencia, der Wohn- und Tagesarbeitsraum der Astronomen, als auch natürlich das Kontrollgebäude sind mit speziellen lichtdichten Vorhängen ausgestattet, so dass kein Licht nach außen durchdringt. Jeder Ausgang hat eine Art Lichtschleuse bzw. der Raum davor ist abgedunkelt. Vom VLT-Kontrollgebäude, das am Hang unterhalb der Teleskope ist, geht man zwei Treppen hoch auf die Plattform und steht dann direkt neben den großen Teleskopen, die man aber wegen der Dunkelheit fast nicht sieht. Der Mond ging gerade unter und spiegelte sich schwach und dunkelrot in den Kuppeln.

Wir bleiben noch auf der Circinus-Galaxie in der Hoffnung, dass das Wetter noch etwas besser wird und wir doch noch ein paar Daten von heute mit nach Hause nehmen können… 

Update 05:36 Uhr Ortszeit (11:36 Uhr MESZ): Wir haben noch eine experimentelle Beobachtung im Galaktischen Zentrum durchgeführt, aber aufgrund des schlechten Seeings war auch da nicht viel zu sehen. Nach ein paar weiteren technischen Experimenten, gaben wir den TIOs das Zeichen, dass wir zu Ende sind. Diese sind nun dabei, alle Instrumente herunterzufahren und gehen gleich zum Teleskop, um die Kuppel zu schließen… In ein paar Stunden übernehmen hier im Kontrollzentrum die day astronomers, die untertags Kalibrationen durchführen, während die Nacht-Astronomen schlafen. Gute Nacht!

Update 06:18 Uhr Ortszeit (12:18 Uhr MESZ): Ich bin wieder in der Residencia angekommen. Eigentlich bin ich zwar extrem müde, da ich heute um kurz vor fünf aufstehen musste, um das Taxi zum Flughafen nicht zu verpassen, aber ein paar Eindrücke von der Abfahrt vom Berg und von der Morgendämmerung möchte ich den geschätzten Kosmolog-Lesern nicht lange vorenthalten!

 

Den kurzen mondlosen Moment zwischen Monduntergang und Sonnenaufgang wollte ich doch gerne festhalten. Leider sieht man schon ein bißchen Streulicht von der Sonne. Aber die Süd-Milchstraße ist auch so faszinierend…

Das ist keine krumme Flugzeug-Landebahn, sondern die spärlich beleuchtete Straße von der Residencia zum VLT, die man mit ebenso spärlich beleuchteten Autos (nur Parklichter sind erlaubt) entlang fährt… 

Die Sonne kommt, die Astronomen gehen, nun also wirklich gute Nacht!

Update (21. April 2008): Ich habe noch das Bild von der Wettervorhersage von damals hinzugefügt und ein paar Kleinigkeiten spezifiziert.

  • Veröffentlicht in: VLT
Leonard Burtscher

Veröffentlicht von

www.ileo.de

Nach dem Studium der Physik in Würzburg und Edinburgh, habe ich mich in meiner Diplomarbeit mit der Theorie von Blazar-Spektren beschäftigt. Zur Doktorarbeit bin ich dann im Herbst 2007 nach Heidelberg ans Max-Planck-Institut für Astronomie gewechselt. Von dort aus bin ich mehrere Male ans VLT nach Chile gefahren, um mithilfe von Interferometrie im thermischen Infrarot die staubigen Zentren von aktiven Galaxien zu untersuchen. In dieser Zeit habe ich auch den Blog begonnen -- daher der Name... Seit Anfang 2012 bin ich als Postdoc am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching im Norden von München. Dort beschäftige ich mich weiterhin mit Aktiven Galaxien und bin außerdem an dem Instrumentenprojekt GRAVITY beteiligt, das ab 2015 jeweils vier der Teleskope am VLT zusammenschalten soll.

3 Kommentare

  1. Grandios!

    Mensch Leo, dat is soooo kuuuuul. 🙂 Livebereichterstattung von der Atacama-Wüste in 2500 m Höhe direkt in die KOSMOlogs – ich liebe das 21. Jahrhundert!

    Vielleicht kannst Du noch ein paar Details zur Science hinter der Beobachtung berichten?

    Schöne Bilder – vielen Dank!

    Bis bald & viel Erfolg,
    Andreas

  2. Wunderbares Internet

    Hi Andreas,
    Ja, das Internet ist schon eine tolle Sache… 🙂 Die Daten werden hier per Mikrowellen-Richtfunk vom Berg losgeschickt, irgendwo eingespeist und per Tiefseekabel landen die Blogs und Kommentare dann irgendwann auf dem Spektrum-Server…

    Zur Science habe ich im aktuellen Beitrag ein bißchen was geschrieben und schreibe gerne noch ausführlich darüber, wenn ich wieder in Deutschland bin, okay?

    Viele Grüße direkt aus dem Kontrollraum…
    Leo

  3. Pingback:Astronomische Beobachtungen – wie funktionieren die eigentlich? » RELATIV EINFACH » SciLogs - Wissenschaftsblogs

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