Verbesserte Technik blendet das Funkeln der Sterne aus

Eine Neuerung bei der adaptiven Optik erlaubt es, größere Bereiche des Himmels mit dieser Technik aufzunehmen als jemals zuvor. Damit können Sternhaufen beobachtet werden, für die das Gesichtsfeld des Teleskops bisher zu klein war.

Verbesserung durch adaptive Optik
Verbesserung durch adaptive Optik

Tucson (USA) - Das Funkeln der Sterne ist für Astronomen ein lästiges Ärgernis, weil es präzise Aufnahmen verhindert. Schuld daran sind die Turbulenzen in der Atmosphäre der Erde. Das Sternlicht wird an der Atmosphäre gebrochen und abgelenkt, vergleichbar mit der Lichtbrechung im Wasser. Weil die Luft aber nicht ruhig und statisch ist, verändert sich der Brechungswinkel andauernd und der Stern scheint zu flackern. Bei Teleskopaufnahmen, besonders mit längerer Belichtungszeit, führt das zu einer verwischten Aufnahme. Um die Bildschärfe zu verbessern, werden Observatorien an Orten mit sehr ruhiger Luft, oftmals in Bergregionen, aufgestellt. Zusätzlich wendet man seit den siebziger Jahren die adaptive Optik an. Die Technik wurde zunächst nur vom amerikanischen Militär benutzt, doch seit den letzten 15 bis 20 Jahren wird sie für astronomische Zwecke stetig weiterentwickelt.

Die adaptive Optik benötigt einen hellen Referenzstern, der sich sehr nahe an dem zu beobachtenden Objekt befindet. Aus dem Flackern dieses Sterns errechnet ein Computer den aktuellen Zustand in der Atmosphäre. Am Spiegel des Teleskops sind einige hundert bis tausend Korrekturelemente, sogenannte Aktuatoren, angebracht. Sie passen den Spiegel blitzschnell den Atmosphärengegebenheiten an, so dass die Ablenkung ausgeglichen wird. Der Vorgang des Messens und Anpassens wird in der Sekunde bis zu tausend Mal wiederholt. So fällt über die gesamte Belichtungszeit ein scharfes Bild auf den Lichtsensor des Spiegelteleskops. Die Bilder sind von ihrer Qualität her durchaus mit den im Weltraum aufgenommenen vergleichbar. Allerdings ist das mögliche Beobachtungsfeld durch die Anwesenheit eines nahen Referenzsternes eingeschränkt. Um das Problem zu lösen, kann seit einigen Jahren ein künstlicher Stern mit einem Laserstrahl an den Himmel projiziert werden. Das Laserlicht wird von den Luftmolekülen gestreut und anschließend mit einem Detektor registriert. Durch eine genaue Abstimmung erreicht man, dass nur das Licht gemessen wird, das in 15 Kilometern Höhe gestreut wurde. So wird ein kompakter heller Punkt geschaffen, der genau wie ein Referenzstern verwendet werden kann. Obwohl die Ausrichtungsmöglichkeit des Teleskops dadurch flexibler wird, kann bei einer Beobachtung nur ein kleiner Himmelsbereich um diesen künstlichen Leitstern beobachtet werden. Ausgedehntere Objekte wie Sternhaufen ließen sich bisher nicht als Ganzes aufnehmen.

"Es ist, als könnte man nur durch ein Nadelöhr scharf sehen, während der Rest des Blickfeldes wie durch ein Milchglas getrübt ist", sagt Michael Hart von der University of Arizona. "Unsere Technik macht dieses Nadelöhr sehr viel größer." Die Wissenschaftler verwenden nicht nur einen sondern fünf Laser, die ein Fünfeck mit einem Durchmesser von zwei Bogenminuten aufspannen. Zum Vergleich: Der Mond hat einen scheinbaren Durchmesser von 30 Bogenminuten. Die Signale der Laser werden einzeln registriert und dann eine Mittelung gebildet. Allerdings muss für das größere Gesichtfeld eine Verminderung der eigentlich hohen Auflösung in Kauf genommen werden. Nach Michael Hart ließe sich dieser Kompromiss für die meisten Anwendungen verschmerzen. Im Vergleich zu früheren Arbeiten, die ebenfalls schon mehre Laserleitsterne verwendeten, konnte sein Team die Auflösung um den Faktor zwei bis drei verbessern.

So war es den Wissenshaftlern möglich, den Kern des Kugelsternhaufens Messier 3 im Sternbild Jagdhunde abzubilden. Bevor sie jedoch die Spektren genauer untersuchen können, müssen sie erst feststellen, welche Sterne zum Sternhaufen gehören und welche nur in der Sichtlinie liegen. "Um das zu erreichen, vergleicht man Bilder, die im Abstand etwa eines Jahres aufgenommen wurden. Findet man Sterne, die sich in dieser Zeit bewegt haben, heißt das, dass sie nicht gravitativ an den Sternhaufen gebunden sind. Es ist viel leichter, die Position eines Sterns zu lokalisieren, wenn man ein scharfes Bild hat statt eines verschwommenen", erklärt Michael Hart. Mit dem neuen System können ganze Sternhaufen in einer einzigen Beobachtung untersucht werden. Die Gruppe erwartet, dass die neue Technik bei sehr großen Teleskopen wie dem geplanten Giant Magellan Telescope zum Einsatz kommen wird. Für die Zukunft sieht Hart noch großes Potenzial: "Wir haben die Grenzen unseres Systems der adaptiven Optik noch nicht erreicht."