Carpe noctem an der Sternwarte

6. Juni 2014, 17:56
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Eine neue Software für die ESO soll helfen, die zur Verfügung stehende Zeit an Teleskopen optimal zu nutzen und die Bilder automatisch zu kalibrieren

Wien/Innsbruck - Bevor das Licht eines Sterns auf den Spiegel eines Teleskops fällt, hat es viel durchgemacht. Die Erdatmosphäre hat die Strahlung teilweise absorbiert, gleichzeitig hat das Eigenleuchten des Himmels den Hintergrund des Bildes aufgehellt. Bevor Astronomen ihre Daten wissenschaftlich auswerten können, müssen sie also zahlreiche Kalibrierungen durchführen. Doch die dafür nötigen zusätzlichen Beobachtungen kosten Zeit - und damit Geld.

Die Arbeitsgruppe um Stefan Kimeswenger vom Institut für Astro- und Teilchenphysik der Uni Innsbruck hat nun eine Software entwickelt, mit deren Hilfe zusätzliche Beobachtungen genauer geplant werden können. Die Zeit, die für Kalibrierungen aufgewendet wird, kann damit auf ein Minimum reduziert werden. Die Bemühungen machen sich bezahlt: Immerhin kostet eine Betriebsstunde am Very Large Telescope (VLT), wo die Software derzeit eingesetzt wird, zwischen 7000 und 10.000 Euro. Bei Teleskopen der nächsten Generation, wie dem in Bau befindlichen European Extremely Large Telescope (E-ELT), dürften diese Zahlen voraussichtlich noch viel höher sein.

Um ihr Ziel zu erreichen, mussten die Forscher die Wechselwirkung des Lichts mit den Molekülen und Aerolsolpartikeln der Atmosphäre exakt nachbilden. Auch die zeitliche Veränderung der Hintergrundhelligkeit wurde berücksichtigt. So ist etwa das sogenannte Zodiakallicht ein zeitlich variabler Störfaktor. Dabei handelt es sich um Licht, das an interplanetarem Staub gestreut wurde. Aber auch der sogenannte Airglow, ein Eigenleuchten der Atmosphäre, trägt zur Helligkeit des Himmels bei und ist abhängig von der Jahreszeit. Die Tiroler Forscher haben nun genau modelliert, wann der Himmel wie hell sein wird, und können so vorhersagen, wann und wie viele Kalibrierungsaufnahmen nötig sind.

Die Software übertrifft alles, was bisher für die Planung von astronomischen Beobachtungen zur Verfügung stand. "Früher hat man das ganze Jahr über alles nach dem gleichen Muster gemacht und die zeitliche Variation ignoriert", erklärt Stefan Noll von der Uni Innsbruck. "Das war natürlich sehr ungenau. Wir haben jetzt erstmals alle Effekte berücksichtigt und in unsere Berechnungen einbezogen. Das steigert die Effizienz deutlich."

Das zweite nun abgeschlossene Projekt leiteten der Astrophysiker Werner Zeilinger und der Mathematiker Hans Georg Feichtinger an der Uni Wien. Es hatte zum Ziel, mehrere Bilder benachbarter Himmelsregionen zu einem Mosaik zusammenzusetzen. Dazu ist es nötig, jene Verzerrungen, die bei der Abbildung entstehen, zu korrigieren. Erst in dem resultierenden Bild lassen sich Sternpositionen dann exakt bestimmen. Das soll weitgehend automatisch geschehen, denn das Datenvolumen, das moderne Teleskope produzieren können, ist enorm. Die Forscher haben deshalb eine sogenannte Datenreduktionspipeline programmiert, die diese Aufgabe übernimmt. Andere Störquellen wie das Rauschen des Detektors wurden schon zwar schon bisher von den Pipelines entfernt; ein automatisches Zusammensetzen des Bildes war aber nicht möglich.

Auf halbem Weg

"Ich fand immer, dass man da auf halbem Weg stehen gelassen wird", sagt Oliver Czoske von der Uni Wien, der an der Entwicklung beteiligt war. "Man hat zwar die fertig kalibrierten Einzelaufnahmen, aber die müssen ja noch zusammengesetzt werden." Die neue Kalibrationspipeline löst dieses Problem. Sie wird nach den bisher üblichen ersten Kalibrationsschritten angewendet und baut Einzelbilder von benachbarten Himmelregionen geometrisch korrekt zu einem großen Mosaik zusammen. Auch Bilder, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen wurden, lassen sich mit der Software kombinieren.

Doch die Zusammenarbeit mit der Europäischen Südsternwarte ist mit der Fertigstellung ihrer Software für die österreichischen Teams noch nicht vorbei. Die Forscher der Uni Wien sind an drei internationalen Konsortien beteiligt, die Instrumente für das E-ELT bauen. Dabei sind sie für die Entwicklung eines Instrumentensimulators zuständig. Dieser soll in Zukunft den Astronomen eine sehr genaue Vorstellung davon ermöglichen, wie die mit einem bestimmten Instrument gewonnenen Daten aussehen werden. Die Qualität der zu erwartenden Ergebnisse lässt sich damit genau abschätzen, und die benötigte Beobachtungszeit schon bei der Antragstellung ermitteln.

Auch in Innsbruck geht Zusammenarbeit mit der ESO weiter. In einem Nachfolgeprojekt unter der Leitung von Norbert Przybilla wird Datenverarbeitungssoftware für Spektrografen am E-ELT entwickelt werden. (Elisabeth Guggenberger, DER STANDARD, 4.6.2014)

  • Eine Betriebsstunde am Very Large Telescope kostet bis zu 10.000 Euro. Eine neue Software soll die Arbeitszeit verkürzen - und bessere Ergebnisse bringen.
    foto: eso / yuri beletsky

    Eine Betriebsstunde am Very Large Telescope kostet bis zu 10.000 Euro. Eine neue Software soll die Arbeitszeit verkürzen - und bessere Ergebnisse bringen.

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