Adaptive Optik

Warum funkeln Sterne?

Funkelnde Sterne in lauer Sommernacht sind äußerst romantisch. Im Weltall leuchten die Sterne dabei ganz ruhig, sie funkeln nur, weil Blasen unterschiedlich warmer Luft in der Erdatmosphäre den Lichtstrahl eines Sterns immer wieder anders ablenken.

Auf schwarz-rotem Hintergrund viele helle Flecken unterschiedlicher Größe.
Sterne am Südhimmel – dank adaptiver Optik perfekt scharf

Das Licht der Sterne am Nachthimmel muss Strecken von zig Billionen Kilometern bis zu uns zurücklegen und läuft durch den Raum zwischen den Sternen und Planeten praktisch ungehindert hindurch. Doch erreicht das Licht die Erdatmosphäre, ist es mit dem ruhigen Lauf vorbei: Luftströmungen und Blasen von Luft unterschiedlicher Temperatur lenken den Lichtstrahl ab. Da die Blasen oft nur wenige Meter groß sind und sich schnell bewegen, erfolgt die Lichtablenkung im Bruchteil einer Sekunde immer wieder anders. Der Stern funkelt, er scheint unregelmäßig zu leuchten, während er für Astronauten auf der Internationalen Raumstation ganz gleichmäßig leuchtet.

Sterne funkeln, Planeten nicht

Durch die Luftblasen ändert sich nicht nur die Helligkeit des Sterns, sondern auch seine Position am Himmel: Das Bild des Sterns am Himmel tanzt dabei hin und her. Auf lang belichteten Aufnahmen sind Sterne daher zu Scheibchen verschmiert. Da von den hellen Planeten im Sonnensystem weit mehr Licht kommt, fällt das Funkeln nur bei ganz extremer Luftunruhe auf. So lassen sich Sterne und Planeten meist am Himmel auf einfache Weise unterscheiden: Sterne funkeln, Planeten nicht.

Mit „Gummi“-Spiegeln das Funkeln ausschalten

Selbst an den besten Standorten auf der Erde ist das Funkeln der Sterne so stark, dass es letztlich die Leistungsfähigkeit der Teleskope begrenzt. Die Spitzenteleskope auf der Erde könnten theoretisch alle viel schärfer sehen. Doch die wabernde Lufthülle lässt dies nicht zu. Nur Teleskope im Weltraum (wie etwa das Hubble-Teleskop) oder künftige Teleskope auf dem Mond sehen immer extrem scharf, da das Sternenlicht nicht durch eine störende Lufthülle muss.

Um die Störungen durch Atmosphäre auszuschalten, nutzen Astronomen seit einigen Jahren die Technik der so genannten adaptiven Optik. Dabei analysiert das Teleskop das tanzende Bild eines Sterns im Blickfeld. Von diesen Daten ausgehend wird bis zu 1000-mal pro Sekunde die Form eines sehr beweglichen Spiegels im Strahlengang verändert, um die Störungen der Lufthülle zu korrigieren. Diese Technik kommt beispielsweise beim Very Large Telescope (VLT) der europäischen Astronomie-Organisation ESO in Chile zum Einsatz. Mit viel technischem Aufwand sieht das Teleskop in der Atacama-Wüste dann fast so scharf, als wäre es im Weltraum.

Künstliche Sterne für adaptive Optik

Abbildung aus drei Segmenten; links eine verwaschene Wolke, rechts ein heller Punkt jeweils auf blauem Hintergrund; in der Mitte zwei perspektivisch dargestellte blaue Flächen, die linke mit unregelmäßigen niedrigen Ausschlägen, die rechte mit einem hoch aufragenden dünnen Ausschlag
Sternenlicht – mit und ohne Korrektur gegen das Funkeln

Für die adaptive Optik brauchen die Astronomen einen recht hellen Referenzstern in der Nähe des zu beobachtenden Objekts. Ein solcher Stern existiert aber für etwa zwei Prozent der Himmelsfläche. Ist kein natürlicher Referenzstern in der Nähe, schaffen sich die Forscherinnen und Forscher am Very Large Telescope (VLT) einen „Kunststern“. Dazu verwenden sie einen Speziallaser, der wie eine Stirnlampe auf dem Teleskop sitzt. In 90 Kilometern Höhe regt der Laser Natrium-Atome zum Leuchten an, die wie ein künstlicher Stern im Blickfeld wirken. Mit Hilfe des „Laser-Leitsterns“ lässt sich die adaptive Optik dann praktisch am ganzen Himmel nutzen.