Mitteilung

Schärfere Bilder für VLT-Infrarot-Kamera

Adaptive Optics Facility auf HAWK-I-Instrument erweitert

30. Januar 2018

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat nun ein zweites Instrument, das mit der leistungsstarken Adaptive Optics Facility arbeitet. Das Infrarot-Instrument HAWK-I (High Acuity Wide-field K-band Imager) [1] profitiert nun ebenfalls von schärferen Bildern und kürzeren Belichtungszeiten. Dem ging eine erfolgreiche Kopplung der AOF mit MUSE voraus, dem Multi Unit Spectroscopic Explorer.

Die Adaptive Optics Facility (AOF) ist ein Langzeitprojekt am Very Large Telescope (VLT) der ESO, das sich der Vollendung nähert. Si ermöglicht Korrekturen mit Adaptiver Optik für alle Instrumente am Hauptteleskop 4 (Yepun) des VLT.

Adaptive Optik soll die verzerrenden Effekte der Erdatmosphäre kompensieren. Die Erweiterung befähigt HAWK-I jetzt zu schärferen Aufnahmen, außerdem reicht eine kürzere Belichtungszeit als zuvor aus, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen. Durch Nutzung der AOF können Astronomen nun mit HAWK-I sogar dann eine gute Bildqualität erreichen, wenn die Wetterbedingungen nicht perfekt sind.

Nach einer Reihe von Tests mit dem neuen System wurden die Astronomen und Ingenieure vom Inbetriebnahme-Team mit zahlreichen spektakulären Bildern belohnt – darunter auch eines vom Tarantelnebel-Sternentstehungsgebiet in der Großen Magellanschen Wolke.

Die AOF, die diese Beobachtung ermöglichte, ist aus mehreren miteinander arbeitenden Teilen zusammengesetzt. Dazu gehören die Four Laser Guide Star Facility (4LGSF) und der sehr dünne, verformbare Zweitspiegel von Hauptteleskop 4, der seine Kontur verändern kann [2] [3]. Die 4LGSF lässt vier 22-Watt-Laser in den Himmel strahlen, um Natrium-Atome in der oberen Atmosphäre zum Leuchten anzuregen und auf diese Weise künstliche Leitsterne zu erzeugen.

Sensoren im Modul GRAAL (GRound layer Adaptive optics Assisted by Lasers) der Adaptiven Optik nutzen diese künstlichen Leitsterne, um die atmosphärischen Bedingungen zu ermitteln. Tausend Mal in der Sekunde berechnet das AOF-System die Korrektur, die am verformbaren Zweitspiegel des Teleskops vorzunehmen ist, um die atmosphärischen Störungen zu kompensieren.

GRAAL korrigiert Turbulenzen in der Atmosphärenschicht bis etwa 500 Meter über dem Teleskop – der „Bodenschicht“. Je nach den Bedingungen kommen atmosphärische Turbulenzen in allen Höhe vor, aber Studien haben gezeigt, dass ein großer Teil der Störungen in der Bodenschicht der Atmosphäre auftreten.

Die Korrekturen, die von der AOF eingeleitet werden, verbessern schnell und kontinuierlich die Bildqualität, indem sie das Licht bündeln, um schärfere Aufnahmen zu erzeugen. So ist es HAWK-I möglich, feinere Details aufzulösen und schwächere Sterne zu entdecken als zuvor.

MUSE und HAWK-I sind nicht die einzigen Instrumente, die von der AOF profitieren werden; in der Zukunft wird das neue Instrument ERIS am VLT installiert sein. Die AOF ist auch ein Wegbereiter für Adaptive Optik am Extremely Large Telescope der ESO, dem ELT.

Endnoten

[1] HAWK-I ist ein Wide-Field-Imager, ein Instrument, das Bilder vom Himmel im Infrarot-Wellenlängenbereich macht. Dies erlaubt es dem Instrument, in interstellaren Staub und Gase, die das optische Licht blockieren, hineinzuschauen. Das Instrument benutzt vier Bildgebungs-Chips gleichzeitig, um solch ein großes Blickfeld zu haben, und fängt damit eine Fülle an Informationen ein.

[2] Mit etwas über einem Meter Durchmesser ist dies der größte adaptiv-optische Spiegel, der im Einsatz ist, und es erforderte Spitzentechnik, um ihn herzustellen. Er wurde 2016 am Hauptteleskop 4 angebracht (ann16708), um den originalen und konventionellen Zweitspiegel des Teleskops zu ersetzen.

[3] Andere Tools zur Optimierung des AOF-Betriebs wurden entwickelt und sind nun einsatzfähig. Dazu gehört eine Erweiterung der Astronomical-Site-Monitor-Software, die die Atmosphäre beobachtet, um die Höhe zu bestimmen, auf der die Turbulenzen auftreten. Und es gehört dazu das Laser Traffic Control System (LTCS), das andere Teleskope davor bewahrt, in die Laserstrahlen oder Punkte zu schauen und so womöglich ihre eigenen Beobachtungen zu beeinträchtigen.