Der vieräugige Riese - wissenschaft.de
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Der vieräugige Riese

Das neue Teleskop VLT sieht schärfer und weiter ins All als alle seine Vorgänger. Auf einem Gipfelplateau in den chilenischen Anden entsteht das sehkräftigste Teleskop der Welt: ein vierfaches Auge, das auch noch feinste Lichter am Rand des Alls scharf erfassen soll.

Die vier Kolosse auf dem 2600 Meter hohen Cerro Paranal am östlichen Rand der Atakama-Wüste setzen einen grandiosen Markstein in der Geschichte der Astronomie: Sie werden mit Abstand das leistungsfähigste Observatorium der Welt sein. Das haben die vier Teleskope schon bewiesen, als das erste von ihnen zunächst nur testweise einen Blick zum Himmel warf. „Erstes Licht“ heißt unter Astronomen dieser Augenblick – und er war so erfolgreich, daß die Pressekonferenz aus diesem Anlaß zur großen Jubelfeier wurde.

„Es war ein wundervoller Himmel über Paranal“, schwärmt Prof. Massimo Tarenghi, der Projekt-Manager und Direktor der Paranal-Sternwarte. „Wenn ein anvisierter Stern nicht wie geplant genau im Zentrum des Bildfeldes stand, war es nicht eine Unzulänglichkeit des Teleskops, sondern wir hatten einen Fehler bei der Eingabe der Daten gemacht.“

Das Teleskop trägt immer noch seinen zunächst nur provisorischen Namen VLT, eine Abkürzung von Very Large Telescope, sehr großes Teleskop. In den chilenischen Schulen läuft gerade ein Wettbewerb um einen schöneren Namen.

Das Observatorium wird von der ESO gebaut, der Europäischen Südsternwarte – einem astronomischen Zusammenschluß der acht Länder Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Italien, Niederlande, Schweden und Schweiz. Die ESO betreibt bereits auf La Silla, einem 2400 Meter hohen Berg 600 Kilometer nördlich der chilenischen Hauptstadt Santiago de Chile, eines der bedeutendsten astronomischen Zentren der Welt mit 14 Teleskopen bis zu 3,5 Meter Spiegeldurchmesser, dazu ein Radioteleskop mit 15 Meter Durchmesser. Der Cerro Paranal wurde in den achtziger Jahren als Standort für das neue Teleskop ausgewählt: In dieser extrem tockenen Wüste gibt es 350 klare Nächte pro Jahr, und die Luft ist hier besonders ruhig – auch die tief über dem Horizont leuchtenden Sterne tanzen nicht hin und her, sie strahlen punktförmig wie die hoch im Zenit. Die trockene Luft ist außerdem ideal für Beobachtungen im Infrarot: Wasserdampf verschluckt infrarote Strahlung.

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Der Berg hatte ursprünglich einen kegeligen Gipfel – recht ungeeignet als Standort für ein Arrangement gleicher Teleskope. Deshalb sprengte man die Spitze des Berges ab und schuf so ein Plateau, auf dem 1990 die Arbeiten zum Superteleskop begannen.

Doch kurz darauf meldete sich ein anderer Eigentümer des Berges, der Einspruch erhob: ein Nachkomme des Admirals Juan La Torre, der für seine Verdienste um das Vaterland im Jahre 1907 den Berg von der Regierung geschenkt bekam – er konnte ein Dokument aus der Zeit vorlegen, das seinen Anspruch scheinbar belegte. So gab es zwei Besitzer des Berges: Chile hatte ihn einst dem Admiral geschenkt, dies inzwischen vergessen und deshalb 1988 in einer großzügigen Spende für die Wissenschaft ihn nochmals verschenkt – an die ESO, mit der Bedingung, darauf ein Observatorium zu bauen.

Im Frühling 1994 ruhten die Arbeiten für drei Wochen, dann hob das Gericht den Baustopp wieder auf. In langen, zähen Verhandlungen wurden die Querelen schließlich beigelegt, die Familie La Torre großzügig von der chilenischen Regierung entschädigt und der ESO das Besitzrecht auf den Berg gesichert.

Der Bau ging zügig weiter. Heute sehen die vier Gebäude so aus, als ob sie fertig wären, doch innen ist noch viel zu tun. Lediglich das erste, das „Unit Telescope 1“ ( UT1), ist komplett – bis auf einige Zusatzgeräte, die später installiert werden. In der Nacht vom 25. auf den 26. Mai – in Chile war es abends um 21 Uhr, bei uns 3 Uhr früh – war der Moment des „ersten Lichts“ gekommen.

Die ersten Aufnahmen waren nur zu Testzwecken geplant, doch sie sind so gut, daß sie den Astronomen neue Erkenntnisse lieferten: Einzelheiten im Zentrum von Kugelsternhaufen, Strukturen in Gasnebeln, fernste Galaxien in Räumen, die bisher als leer galten.

Der erste Blick des Teleskops galt dem Kugelsternhaufen Omega im südlichen Sternbild Centaurus. Hier stehen über eine Million Sterne dicht beeinander, die auf den Bildern „normaler“ Teleskope meist ineinanderfließen.

Getestet werden sollte die Nachführgenauigkeit des neuen Teleskops. Es bestand die Prüfung mit „summa cum laude“. Richard West, Astronom der ESO, schwärmt: „Schon mit dem ersten Bild hat das Teleskop gezeigt, wie genau es dem Sternhimmel folgt – trotz der zehnminütigen Belichtung sind die Sterne exakte Punkte geblieben, ohne die geringste Verschiebung. Und wie scharf seine Optik die Sternpunkte abbilden kann: lauter kreisrunde Pünktchen, so winzig, wie es die Theorie erlaubt.“

Die vier Teleskope sind exakt baugleich, wie eineiige Vierlinge. Sie unterscheiden sich nur durch die Zusatzgeräte, die individuell an den einzelnen Teleskopen eingesetzt werden. Jedes hat einen 8,20 Meter großen Spiegel – ein neuer Weltrekord im Teleskopbau, aufgestellt von der Firma Schott Glas in Mainz. „Nie zuvor wurde ein so riesiger Spiegel gegossen“, erklärt Dieter Kappler, Sprecher von Schott, „Wir waren durchaus nicht sicher, ob uns das auf Anhieb gelingen würde.“ Bei Schott wurde dazu eigens eine neue Technik entwikkelt: der Schleuderguß. Die Form, in der das flüssige Glas abkühlt, wird gerade so schnell gedreht, daß die Oberfläche durch die Fliehkraft die Parabelform annimmt, die der Spiegel später haben soll.

Einen Spiegel nach herkömmlicher Art als dicken schweren Glasblock zu gießen, nur etwas größer, dieser Weg war mit dem 5-Meter-Spiegel auf dem Mount Palomar an ein Ende gelangt. Der spätere 6-Meter-Spiegel im Kaukasus hatte das gezeigt: Solche Massen lassen sich nicht mehr bewegen, ohne daß sie sich verformen. Für die vier 8-Meter-Spiegel wurde deshalb ein neues Teleskop-Prinzip vorgesehen: die aktive Optik.

Der Spiegel ist nur 18 Zentimeter dünn – und damit sehr biegsam. Daß er in allen Lagen trotzdem seine Parabol-Oberfläche behält – und zwar auf zehntausendstel Millimeter genau -, dafür sorgen 150 hydraulische Stempel, die ihm den Rücken stützen. Jede Abweichung der Spiegeloberfläche von der Sollform löst computerberechnete Signale an die Stempel aus, die den Spiegel wieder in Form bringen. Die hohe Genauigkeit ist nötig, damit das Licht eines Sterns von allen Stellen der riesigen Fläche – immerhin 53 Quadratmeter – genau in einen Punkt reflektiert wird.

Dieses Prinzip ist für ein so großes Einzelteleskop schon schwer genug zu realisieren, doch die Astronomen haben mit den Vierlingen das irrwitzige Ziel, alle vier so zu kombinieren, als ob ihre Spiegel Ausschnitte aus einem einheitlichen Riesenspiegel wären. Die beiden äußeren haben immerhin einen Abstand von 130 Metern. Damit würde in der Richtung ihrer Verbindungslinie das Auflösungsvermögen eines 130-Meter-Spiegels erreicht – traumhafte Möglichkeiten, zum Beispiel um Planeten fremder Sterne tatsächlich nicht nur per Indizienbeweis nachzuweisen, sondern sie direkt zu sehen – was mit allen bisherigen Teleskopen von der Erde aus unmöglich scheint.

Das von den Spiegeln reflektierte Licht wird dazu durch unterirdische Tunnels zu einem Zentrum gelenkt und hier vereinigt. Dabei muß nicht nur die Stelle der Vereinigung für alle Strahlen dieselbe sein, auch die Länge des Lichtwegs darf sich nicht mit dem Ort der Reflexion ändern. Andernfalls käme das Licht mit unterschiedlichen Phasen am Bildpunkt an, die sich gegenseitig stören würden – ähnlich wie sich zwei Wasserwellen nur dann zu einer größeren Welle vereinigen, wenn zwei Wellenberge aufeinandertreffen und nicht etwa ein Tal und ein Berg, die sich gegenseitig auslöschen. Die verschiedenen Weglängen des Lichts werden durch verschiebbare Zusatzoptiken so kompensiert, daß die Lichtschwingungen wieder in gleicher Phase am Vereinigungspunkt ankommen. Auf 130 Meter eine Genauigkeit von 0,0001 Millimeter – eine Herausforderung von astronomischem Format.

Diesen hohen Anforderungen an die optische Qualität muß auch die mechanische Führung der Teleskope gerecht werden. Die 430 Tonnen schweren Kolosse müssen absolut ruckfrei beweglich sein. Dazu wird in ihre Lager Hochdruck-öl gepreßt, so daß sie auf einem Ölfilm schwimmen – ohne die gefürchtete Haftreibung, die feinste Bewegungen unmöglich machen würde. Man könnte den Koloß mit Fingerdruck bewegen – allerdings nur unmerklich langsam.

Damit ist es möglich, Sterne mit höchster Präzision zu verfolgen, die aufgrund der Erddrehung langsam über den Himmel ziehen – in zwei Minuten wandern sie etwa um einen Vollmond-Durchmesser weiter. Das Teleskop muß so genau nachgeführt werden, daß die Sternpunkte auf dem Film wirklich Punkte bleiben und nicht das hohe Auflösungsvermögen, das wesentlich besser als eine Bogensekunde ist, wieder zunichte machen. Um das zu verdeutlichen: Peilte das Teleskop eine Fliege in 400 Meter Entfernung an, so würde es einen winzigen Schwenk machen, wenn es seine Zielrichtung vom linken zum rechten Auge der Fliege wechselte.

So hohe Genauigkeiten wären an sich nur ohne die störende Luft mit ihren Turbulenzen sinnvoll, die selbst auf dem luftruhigen Paranal noch auftreten.

Doch dagegen gibt es ein Mittel, das zugleich modernste Teleskop-Technologie ist: die adaptive Optik. Im Strahlengang des Teleskops sitzt ein weiterer, sehr dünner und leicht verformbarer Spiegel. Er kann wie der Hauptspiegel durch viele Stempel auf seiner Rückseite verformt werden. Das Bild eines Sterns dient hier als Referenz: Luftschlieren verbiegen den geraden Weg des Lichtes und verursachen Abweichungen des Bildes von einem kreisrunden Scheibchen. Daraus errechnet der Computer, wie der dünne Spiegel zu verformen ist, damit diese Verbiegung der Lichtwellen gerade wettgemacht wird. Jede Störung wird kompensiert, bis zu 100mal pro Sekunde. Die Sterne tanzen also nicht mehr hin und her, sondern stehen still an ihrem Platz – Bedingungen wie im Weltraum.

Mit diesem gigantischen Teleskop werden die Astronomen viel weiter in den Kosmos vordringen und somit weiter zurück in die Zeit, als es bisher möglich war. Sie werden die Schleier ein wenig lüften, die den Beginn der Welt verhüllen.

Ein großes Ziel, das den Aufwand lohnt: Deutschland hat seit Projektstart 250 Millionen Mark beigetragen – gut angelegtes Geld, ist Prof. Dieter Reimers, Direktor der Hamburger Sternwarte und Mitglied des ESO-Rates, in Garching überzeugt: „Grundlagenforschung ist der Boden, auf dem die Gesellschaft ruht.“

Für Deutschlands Position im Rahmen der weltweiten Forschungsgemeinde sieht Reimers einen riesigen Schritt nach vorn: „Anfang des Jahrhunderts hatte Deutschland die Führung in der astronomischen Forschung an die USA verloren, als in Kalifornien die großen Teleskope gebaut wurden. Mit dem VLT gehört Europa – und damit auch wir als Mitglied der ESO – zu den Spitzenreitern.“ Mit dem neuen Teleskop werden die Europäer die Weltspitze in der astronomischen Forschung übernehmen

Das räumte auch schon lange vor dem ersten Testbild John Bahcall ein, Astronom am Institute for Advanced Study in Princeton: „Mit dem VLT werden Beobachtungen möglich, die bisher kein anderes Teleskop geschafft hat. Die Spitzenstellung in vielen wichtigen Bereichen der optischen und der Infrarot-Astronomie wird dann von den Amerikanern zu den europäischen Astronomen wechseln.“ Ein wichtiger Vorteil gegenüber dem Hubble-Teleskop: Die Astronomen können am VLT innerhalb von 20 bis 30 Sekunden von einem Objekt zum nächsten wechseln. Das bedeutet einen enormen Zeitgewinn gegenüber dem Hubble-Teleskop, das für jedes Objekt, das es anvisieren soll, lange vorher programmiert werden muß, um es in die neue Position zu drehen. Außerdem lassen sich nach Belieben Zusatzgeräte, Empfänger oder Kameras wechseln, was bei Hubble unmöglich ist.

Bis April 1999 wird die „Feinabstimmung“ dauern – ein ständiges Optimieren und Justieren aller Teile. Danach werden die wissenschaftlichen Programme mit diesem ersten Teleskop anlaufen. Auch der Spiegel des UT2 ist bereits fertig und wird demnächst auf dem Paranal eintreffen. Der UT3-Spiegel lagert noch in Paris, er wird voraussichtlich Ende 1999 seine Reise zum Paranal antreten. Der UT4-Spiegel wird zur Zeit geschliffen. Seine Reise nach Südamerika ist für 2000 vorgesehen. Irgendwann im Jahr 2001 werden die Astronomen ihr neues Superauge übernehmen. Für 2003 sind die Versuche geplant, mit allen vieren gemeinsam ins All schauen – eine Sternstunde in der Astronomie.

„Kommen Sie zu uns, um hier eine Nacht an diesem Teleskop zu erleben“, rief Prof. Massimo Tarenghi, der Projekt-Manager und Direktor der Paranal-Sternwarte, den Gästen bei der Feier zum „First Light“ in der Garchinger ESO-Zentrale von Chile aus zu. „Es wird die schönste Nacht Ihres Lebens sein.“

Lust und Last der Datenflut

In allen Bereichen der Astronomie wächst zur Zeit ein gewaltiger Datenberg in den Himmel. Einige Forscher befürchten, daß qualifizierte Fachleute und Geldmittel fehlen, um auch künftig noch die Beobachtungen in angemessener Zeit wissenschaftlich auswerten zu können.

Auch aus den vier Teleskopen des VLT wird ein enormer Datenstrom fließen, der rasch kanalisiert und anschließend archiviert werden muß. Die ESO-Experten erwarten ab dem Jahre 2004 von allen Instrumenten über 100 Gigabyte Daten pro Nacht. Das entspricht der Speicherkapazität von nahezu 200 CD-ROM. Ein heutiger Computer würde durchschnittlich 13 Stunden benötigen, um diesen Strom allein nur aus den Detektoren auszulesen: Weitere vier Tage wäre er damit beschäftigt, die Aufnahmen einer einzigen Nacht so aufzubereiten, daß sie wissenschaftlich auswertbar sind.

Die ESO hat sich entschlossen, mehrere Computer parallel arbeiten zu lassen, um der Flut Herr zu werden. Die Bilder und Spektralaufnahmen werden auf dem neuen Speichermedium Digital Versatile Disc (DVD) gespeichert und einmal pro Woche in die ESO-Zentrale nach Garching geflogen, wo das Langzeitarchiv des VLT entsteht.

Wolfram Knapp

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