Software für Europäische Südsternwarte
Kalibrierung astronomischer Beobachtungsdaten optimiert Datenreduktionspipeline.
Ohne Kalibrierung lassen sich astronomische Beobachtungsdaten nicht wissenschaftlich ausgewerten. Der Astrophysiker Werner Zeilinger und Mathematiker Hans Georg Feichtinger, beide Universität Wien, entwickelten mit ihren Arbeitsgruppen im Auftrag der Europäischen Südsternwarte ESO spezielle Softwaremodule für eine weitgehend automatisierte Kalibrierung. Diese neue Software, die in Datenreduktionspipelines Anwendung finden wird, filtert erfolgreich und effizient Verzerrungen aus optischen und infraroten Aufnahmen heraus.
Abb.: Der klare Himmel Chiles zeigt das rasch variierende rote und grüne Leuchten verschiedener Atome und Moleküle in den oberen Schichten der Erdatmosphäre. (Bild: Y. Beletsky / ESO)
Astronomische Beobachtungsdaten enthalten nicht nur das Signal des astronomischen Objektes, sondern auch die Signaturen von vielen anderen Signalquellen. Dies sind zumeist Rauschquellen, hervorgerufen durch Turbulenzen in der Erdatmosphäre, elektronisches Detektorrauschen und andere Fehlerquellen. Die optischen Elemente von Teleskop und Instrument erzeugen unvermeidbare geometrische Verzerrungen in der registrierten Aufnahme. Voraussetzung, um Sternpositionen mit hoher Genauigkeit messen und mehrere Aufnahmen benachbarter Himmelsregionen zu einem Mosaik zusammensetzen zu können, ist, diese Verzerrungen zu korrigieren. Ein wichtiger Schritt bei der Auswertung der Beobachtungsdaten ist daher, die Störsignale zu eliminieren und die interessanten astronomischen Signale herauszuarbeiten. Bei den heutzutage anfallenden großen Datenmengen erfolgen diese Arbeitsschritte automatisiert im Rahmen einer Datenreduktionspipeline. Die Europäische Südsternwarte ESO betreibt eine Vielzahl von Teleskopen, wobei jedes Instrument eine eigene spezifische Datenreduktionspipeline benötigt.
Die Wiener haben deshalb instrumentenunabhängige Softwaremodule für die ESO-Datenreduktonspipelines entwickelt. Sie erlauben eine weitgehend automatisierte Kombination astronomischer Aufnahmen, die aus unterschiedlichen Beobachtungsepochen stammen. Speziell entwickelte Algorithmen eliminieren den Himmelshintergrund in den Datensätzen und setzen die Bilder geometrisch korrekt zusammen. Diese Software lässt sich für alle ESO-Instrumente im optischen und infraroten Wellenlängenbereich verwenden.
Das Projekt ist eine wichtige Komponente für die Mitgliedschaft der Universität Wien an drei internationalen Konsortien, die Instrumente für das European Extremely Large Telescope (E-ELT) bauen. Arbeitsgruppen am Institut für Astrophysik der Universität Wien sind an zwei Instrumenten beteiligt, die als „First-Light“-Instrumente 2025/26 an das weltgrößte Teleskop kommen; das dritte wird ein Instrument der zweiten Generation sein, bei dem die Designphase gerade begonnen hat. Bei all diesen Instrumenten zeichnet die Universität Wien für die Entwicklung der Kalibrierungssoftware und eines Instrumentensimulators verantwortlich.
Die erfolgreiche universitätsinterne Kooperation zwischen dem Institut für Astrophysik und der Numerical Harmonic Analysis Group wird ebenso weiter geführt. Es ist geplant, gemeinsam mathematische Algorithmen zu entwickeln, die eine Reihe von Schlüsselaspekten in der astronomischen Datenanalyse behandeln, so etwa die Verarbeitung von dreidimensionalen Datensätzen, die Entwicklung von Bilddekonvolutionsalgorithmen und Algorithmen zur Simulation von astronomischen Beobachtungen.
U. Wien / CT
