Scharfe Sicht ins Universum

31. Mai 2011, 19:26
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Linzer Mathematiker suchen Algorithmus, der beim nächsten Superteleskop der Europäischen Südsternwarte Eso für gute Bilder sorgen soll

Wer in einer klaren Nacht zum Himmel schaut, wird Sterne funkeln sehen. Das sind weder die Folgen einer besonders romantischen Stimmung noch eines eventuell vorangegangenen Alkoholkonsums. Sterne funkeln, weil zwischen ihnen und dem Betrachter die Atmosphäre liegt, in der es zu zahlreichen Turbulenzen kommt, weshalb wiederum das gleichmäßige Licht der Himmelskörper nur den Bruchteil einer Sekunde lang gleich stark durchgeleitet wird.

Ein optischer Effekt in der Natur, dessen Auswirkungen vor allem den Astronomen über Jahrhunderte keine rechte Freude machte: Sie sahen aufgrund der Aktivitäten in der Atmosphäre mit Teleskopen nicht hundertprozentig scharf. Nicht einmal in der Atacame-Wüste in Chile wäre das gelungen, wo die Europäische Südsternwarte Eso aufgrund des trockenen Klimas, kaum störender Wolken und einer Umgebung ohne künstliches Licht ihr Very Large Telescope (VLT) Ende der 1990er-Jahre errichtet hat. In jüngster Zeit hatte dann jemand die Idee, dass man das einfallende Licht auf einem verformbaren, von einem Algorithmus gesteuerten Spiegel so reflektieren könnte, dass das dann beobachtete Bild des betrachteten astronomischen Objekts scharf ist.

Zeit spielt dabei eine ganz entscheidende Rolle: Da sich die Atmosphäre besonders rasch verändert, muss der Spiegel im Zeitintervall einer Millisekunde neu eingestellt werden. Beim Very Large Telescope, mit vier im Durchmesser acht Meter großen Spiegeln einem der derzeit weltweit größten Teleskope, musste man zur Berechnung der Spiegelsteuerung sogar eine eigens gebaute Computerhardware einsetzen.

Größerer Aufwand

Beim seit mehreren Jahren von der Eso geplanten Extremly Large Telescope (E-ELT) würde auch das nicht mehr zielführend sein. Nicht nur das Teleskop ist mit einem 39-Meter-Spiegel um ein Vielfaches größer. Auch der Aufwand für scharfe Bilder steigt enorm an, je größer der Spiegeldurchmesser ist.

Ein neuer Lösungsweg muss also gefunden werden: Nach dem Beitritt Österreichs zur Eso vor drei Jahren ging ein entsprechender Auftrag vom Wissenschaftsministerium an das Institut für Industrial Mathematics der Universität Linz, das Johann-Radon-Institut der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und an die Mathconsult GmbH: Ziel ist dabei, auch eine neue Generation von adaptiven Optiksystemen des geplanten Superteleskops zu steuern, erzählt Ronny Ramlau, Leiter des Projekts. 2009 begann man damit, diese "neue mathematische Herausforderung" umzusetzen. Bis spätestens 2013 wird es eine Lösung geben.

Schneller rechnen

Um den Spiegel im Very Large Telescope richtig zu verformen, wird die einfallende Lichtwellenfront berechnet. Den Mathematikern aus Linz gelang es bereits, einen Algorithmus zu entwickeln, der diese Aufgabe hundert- bis tausendfach schneller erledigt, als das bisher geschah - im Bereich von Mikrosekunden. Die Software erspart also Rechenschritte, die ganze Berechnung könnte eigentlich auch auf einem PC durchgeführt werden, wie Ramlau erzählt.

Die neuen adaptiven Optiksysteme im geplanten Superteleskop werden aus mehreren verformbaren Spiegeln bestehen, die den Einfluss von Turbulenzen in verschiedenen Schichten der Atmosphäre korrigieren. Die Systeme ermöglichen eine Vergrößerung des scharf zu beobachtenden Himmelsausschnitts.

Ein entscheidender Fortschritt: Dadurch können mehrere astronomische Objekte gleichzeitig beobachtet werden. Die Wissenschafter sollten somit effizienter als bisher arbeiten können, wenn sie, wie üblich bei der Eso, nach einer strengen, von Fachkollegen durchgeführten Bewertung ihres wissenschaftlichen Ziels ein Zeitfenster für ihre Beobachtungen erhalten haben.

Die Kosten für das Superteleskop, das 2018 in Betrieb gehen soll, werden sich auf eine Milliarde Euro belaufen. Das ist weniger, als man ursprünglich für das Budget veranschlagen wollte. Die Eso ist nämlich mit dem 39-Meter-Teleskop ein paar Meter vom ursprünglichen Plan, ein 42-Meter-Teleskop zu bauen, abgerückt - und wird damit Materialkosten beim Bau der Schutzkuppel sparen. Eine Vorsichtsmaßnahme, um die Finanzierungszusagen der insgesamt 18 Eso-Mitgliedsstaaten in Zeiten angespannter Budgets in öffentlichen Haushalten nicht zu gefährden.(Peter Illetschko/DER STANDARD, Printausgabe, 01.06.2011)

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    Eine gerade aktive "Geburtsstätte" von Sternen in unserer Galaxie, beobachtet von der Europäischen Südsternwarte Eso in Chile.

  • Ronny Ramlau leitet das ESO-Projekt in Linz.
    foto: jku linz

    Ronny Ramlau leitet das ESO-Projekt in Linz.

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