Mikrooptik für Großteleskope

An der Entwicklung einer neuen Technologie für die astronomische Forschung arbeiten in einem gemeinsamen Projekt drei Arbeits­gruppen aus Heidelberg, Köln und Potsdam. Die Wissenschaftler wollen mikro­optische Systeme, die bereits in der Nachrichten­technik verwendet werden, für den Einsatz in Groß­teleskopen nutzbar machen. Das Verbund­vorhaben wird von der Landes­sternwarte Königstuhl im Zentrum für Astronomie der Universität Heidelberg, dem 1. Physikalischen Institut der Universität zu Köln und dem Leibniz-Institut für Astrophysik in Potsdam getragen. Für die dreijährigen Arbeiten, die aktuell begonnen haben, hat die Deutsche Forschungs­gemeinschaft (DFG) Förder­mittel in Höhe von rund 1,1 Millionen Euro bewilligt.

Das Projekt „Innovative astronomische Instrumentierung mittels photonischer Reformatierer“ (NAIR) wird von der DFG im Rahmen der Ausschreibung „Neue Geräte für die Forschung“ gefördert. Die Wissenschaftler in Heidelberg, Köln und Potsdam werden Bau­elemente entwerfen und testen, die das Licht von Sternen und Galaxien so geschickt umordnen können, dass damit hoch­präzise Messungen an kosmischen Objekten möglich werden. Der Einsatz dieser neuen Technologie an Groß­teleskopen ist zum Beispiel dafür vorgesehen, nach erdähnlichen Planeten naher Sterne zu suchen und die Zusammen­setzung ihrer Atmosphären zu bestimmen.

„Beim Bau von Spektrographen für moderne Teleskope stoßen wir zunehmend an technische und finanzielle Grenzen“, erläutert Andreas Quirrenbach, der Leiter der Landes­stern­warte Königstuhl ist. „Im nächsten Jahrzehnt werden jedoch Teleskope mit Spiegeln von bis zu vierzig Metern Durchmesser in Betrieb gehen. Wir benötigen neue Konzepte, um das Potential dieser Riesen­teleskope ausschöpfen zu können.“ Zu diesen innovativen Ansätzen gehört die Reformatierung von Licht: Dabei wird beispielsweise aus einem runden Bündel ein Lichtstrahl mit einem Querschnitt, der die Form eines dünnen Striches besitzt. Nach den Worten von Quirrenbach ist es möglich, auch relativ kleine Spektrographen mit sehr großen Teleskopen zu verwenden, wenn sie mit „gequetschten“ Licht­bündeln gespeist werden.

Mit der Umordnung von Sternenlicht hat sich der Heidelberger Wissenschaftler Robert Harris bereits während seiner Promotion beschäftigt. Dabei stieß er auf mikro­optische Bauelemente, die von der Tele­kommunikations­industrie in Schaltzentralen für Glasfaser­netzwerke eingesetzt werden. Sie besitzen komplexe Funktionen auf kleinstem Raum und bieten sich daher für die Reformatierung von Licht an. Nun entwickelt Harris speziell auf die Bedürfnisse der Astronomie zugeschnittene Komponenten. Für diese photonischen Systeme gibt es eine weitere Anwendungs­möglichkeit, so Lucas Labadie aus Köln. „Werden mehrere Teleskope zu einem sogenannten Interferometer zusammen­geschaltet, erhalten wir schärfere Aufnahmen, als dies mit einem einzelnen Teleskop möglich wäre. Dabei müssen allerdings alle Lichtbündel mit höchster Präzision zusammengeführt und überlagert werden.“ Voraussetzung dafür ist, dass die dafür verwendeten Bau­elemente optimiert und ihre physikalischen Eigenschaften noch besser verstanden werden. Vor allem dürfen sie selbst nur extrem wenig Licht schlucken, wie die Potsdamer Wissenschaftler Stefano Minardi und Roger Haynes hervorheben.

Mit der DFG-Förderung stehen Mittel für Mitarbeiter und Labor­geräte zur Verfügung, um neue Konzepte für die Nutzung mikro­optischer Systeme in astronomischen Instrumenten zu erarbeiten und zu erproben. Die Technologie soll auch anderen Wissenschaftlern für die Grundlagen­forschung zur Verfügung stehen.

U. Heidelberg / DE