Die neue Laser-Vision des Teleskops macht den Himmel weniger verschwommen

Wissenschaftler haben erfolgreich eine neue Art von laserkorrigierter Sicht für Teleskope getestet, die den größten Blick auf den Sternenhimmel vom Boden aus hat und gleichzeitig Unschärfen durch die Atmosphäre eliminiert.

Jetzt können Astronomen ganze einzelne Sternhaufen oder viele entfernte Galaxien innerhalb des gleichen Sichtfeldes sehen. Dies ermöglicht eine effizientere Nutzung teurer Teleskope und die Beobachtung der Zeit, um Herausforderungen wie die Untersuchung tausender früher, ferner Galaxien zu bewältigen. [Foto des Teleskoplasers in Aktion.]

"Man muss große Himmelsflächen innerhalb eines Schusses betrachten, und man muss es mit hoher Auflösung machen", sagte Studienleiter Michael Hart, Astronom an der Universität von Arizona in Tucson.

Scharfe weite Ansichten des Raumes

Die von Harts Gruppe entwickelte Methode hebt atmosphärische Turbulenzen über eine Teleskopsicht von etwa einem Fünfzehntel des Durchmessers eines Vollmonds auf. Sein Erfolg wird sich wahrscheinlich auf die neue Klasse der 30-Meter-Teleskopriesen wie das Giant Magellan Telescope, das für die Entwicklung in Chile geplant ist, erstrecken.

Diese Arbeit stellt eine wichtige Aktualisierung der Technologie der adaptiven Optik dar, die es seit Jahrzehnten gibt. Bodenteleskope verwenden adaptive Optiken, um sich an den sich ständig ändernden, verschwommenen Effekt anzupassen, der entsteht, wenn man durch die Erdatmosphäre in den Weltraum blickt, aber die Verschwommenheit nur in einer winzigen Sicht auf den Himmel auslöschen kann.

In der adaptiven Optik analysieren Computer das Licht eines natürlichen oder künstlichen Leitsterns als Basis, um die Unschärfe herauszufinden. Hunderte von Aktuatoren können dann die Oberfläche der Teleskopspiegel tausende Male pro Sekunde verziehen, um den verschwommenen Effekt auszugleichen.

Das neue adaptive Optiksystem der Bodenschicht verwendete fünf Laser, die auf dem 21 Fuß (6,5 Meter) MMT-Teleskop am Mount Hopkins in Arizona montiert waren. Frühere Systeme an anderen Teleskopen verwendeten nur einen Laser, um einen einzigen künstlichen Leitstern zu erzeugen.

Jeder Laser zeigt in eine andere Richtung, so dass sie in einem Fünfeckmuster verteilt sind, wenn sie mehr als 15 Meilen (24 km) in den Himmel schlagen.

Aber die Laser sind winklig, so dass das Licht, das zurück in die Teleskopöffnung reflektiert wird, nur von der untersten Atmosphärenschicht stammt, innerhalb einer Drittelmeile (500 Meter) vom Boden. Software kann dann das gemeinsame verschwommene Signal von diesem Teil der Atmosphäre auswählen und sich darauf einstellen.

"Wenn Sie die schädlichen Auswirkungen der ersten paar hundert Meter Atmosphäre korrigieren, gehen Sie einen verdammt langen Weg, um alles zu reparieren", sagte Hart zu ProfoundSpace.org. "Sie erhalten auch ein weites Sichtfeld, weil die Grundschicht nahe am Teleskop ist."

Die Studie wird ausführlich in der Zeitschrift Nature vom 4. August veröffentlicht.

Größere Ansicht, geringere Auflösung

Dieser Weitblick-Erfolg ging auf Kosten der Auflösung, so dass die Bilder, obwohl scharf, nicht ganz so scharf erscheinen wie jene, die bei herkömmlichen adaptiven Optiken zu sehen sind.

Aber der Kompromiss wird oft lohnend. Zum Beispiel wollen Forscher ein ausreichend großes Sichtfeld, um einen ganzen Sternhaufen zu sehen, sowie genügend Auflösung, um die Bewegungen einzelner Sterne zu erkennen.

Als nächstes will Harts Team eine viel größere Schicht atmosphärischer Interferenz korrigieren, indem ein 3-D-Modell der Turbulenz erstellt wird. Teleskope würden auch einen Stapel von mehreren einstellbaren Spiegeln benötigen, um die Unschärfe in 3-D zu beheben und etwas von der höheren Auflösung zurückzubekommen? ein Ansatz, der als multikonjugierte adaptive Optik bekannt ist.

"Was wir tun, ist Laserstrahlen durch die Atmosphäre in alle Richtungen zu strahlen, so dass wir eine Momentaufnahme der Atmosphäre Millisekunde für Millisekunde erstellen können", erklärte Hart.

Die erstmalige Verwendung mehrerer Laser zur Erzeugung vieler Leitsterne wird auch für die Entwicklung neuer riesiger Teleskope wie das Giant Magellan Telescope, das Thirty-Meter Telescope und das European Extremely Large Telescope entscheidend. Jedes Instrument kostet gut im Bereich von 1 Milliarde US-Dollar.

"Wenn Sie diese Menge Geld ausgeben, sollten Sie besser sicher sein, dass das Teleskop in der Lage ist, die beste Wissenschaft zu produzieren, die es kann, oder es ist das Geld nicht wert", sagte Hart.

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