Neues Teleskop-Design könnte ferne Himmelsobjekte mit beispiellosen Details abbilden
Copyright/Quelle: Antoine Labeyrie, Collège de France und Observatoire de la Côte d’Azur
Washington D.C. (USA) – Ein multi-institutionelles Team aus Optikern, Wissenschaftlern und Ingenieuren hat eine neue Kamera entwickelt, die es sogenannten Hyperteleskopen ermöglichen könnte, mehrere Sterne gleichzeitig abzubilden. Das so verbesserte Teleskopdesign bietet das Potential, extrem hochauflösende Bilder von Objekten außerhalb unseres Sonnensystems wie Planeten, Pulsaren, Kugelhaufen und entfernten Galaxien zu erstellen und sogar Leben auf fernen Exoplaneten identifizieren zu können.
„Ein derartiges Mehrfeld-Hyperteleskop könnte im Prinzip ein sehr detailliertes Bild eines Sterns aufnehmen, das möglicherweise auch seine Planeten und sogar die Details der Planetenoberflächen zeigt“, erläutert Antoine Labeyrie, emeritierter Professor am Collège de France und am Observatoire de la Cote d’Azur, zugleich einer der Pioniere des neuen Hyperteleskop-Designs. „Auf diese Weise könnten auch Planeten außerhalb unseres Sonnensystems so detailliert gesehen werden, dass mithilfe der Spektroskopie nach Beweisen für dortiges photosynthetisches Leben gesucht werden könnte.“
Wie die Gruppe von Forschern um Labeyrie aktuell im Fachjournal der Optical Society (OSA) „Optics Letters“ (DOI: 10.1364/OL.385953) berichtet, bestätigen optische Modellierung, dass das Mehrfeld-Design die enge Sichtfeldabdeckung der bisher entwickelten Hyperteleskope erheblich erweitern könnte.
Hintergrund
Große optische Teleskope verwenden einen konkaven Spiegel, um Licht von Himmelsquellen zu fokussieren. Obwohl größere Spiegel aufgrund ihrer verringerten sog. diffraktiven Streuung des Lichtstrahls detailliertere Bilder erzeugen können, gibt es eine Grenze für die Größe dieser Spiegel. Hyperteleskope wurden entwickelt, um diese Größenbeschränkung zu überwinden, indem große Spiegelanordnungen verwendet werden, die weit voneinander entfernt sein können.
Die Autoren des Fachartikels haben schon zuvor mit relativ kleinen Prototyp-Hyperteleskop-Designs experimentiert. In den französischen Alpen befindet sich derzeit eine Prototyp-Vollversion des Konzepts im Bau (s. Abb.o.). Entsprechende Hyperteleskope würden ein viel größeres Sichtfeld erlangen und könnten sowohl auf der Erde, als auch in einem Mondkrater oder sogar in noch deutlich größerem Maßstab im Weltraum umgesetzt werden.
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Der Bau eines Hyperteleskops im Weltraum würde beispielsweise eine große Anordnung kleiner Spiegel erfordern, die voneinander derart platziert sind, um einen sehr großen konkaven Spiegel zu bilden. Der große Spiegel fokussiert das Licht eines Sterns oder eines anderen Himmelsobjekts auf einen separaten Empfänger, der eine Kamera und andere notwendige optische Komponenten trägt.
„Das Mehrfelddesign ist eine eher bescheidene Ergänzung des optischen Systems eines Hyperteleskops, sollte aber seine Fähigkeiten erheblich verbessern“, sagte Labeyrie und führt dazu weiter aus: „Eine endgültige Version, die im Weltraum eingesetzt wird, könnte einen zehnmal größeren Durchmesser als die Erde haben und Details extrem kleiner Objekte wie des sog. Krabbenpulsars enthüllen, einen Neutronenstern, von dem angenommen wird, dass er nur 20 Kilometer groß ist.“
Hintergrund
Hyperteleskope verwenden die sogenannte Pupillendichte, um die Lichtsammlung zu konzentrieren und hochauflösende Bilder zu erzeugen. Dieser Prozess schränkt jedoch das Sichtfeld für Hyperteleskope stark ein und verhindert die Bildung von Bildern diffuser oder großer Objekte wie eines Kugelsternhaufens, eines exoplanetaren Systems oder einer Galaxie.
Um diesem Problem zu begegnen, entwickelten die Forscher ein mikrooptisches System, das mit der Fokuskamera des Hyperteleskops verwendet werden kann, um gleichzeitig separate Bilder für jedes Feld zu erzeugen. Dies ermöglicht es beispielsweise für Sternhaufen, separate Bilder von jeweils Tausenden von Sternen gleichzeitig zu erhalten.
Das vorgeschlagene Mehrfelddesign könne als ein Instrument betrachtet werden, das aus mehreren unabhängigen Hyperteleskopen besteht, von denen jedes eine unterschiedlich geneigte optische Achse aufweist, die ihm ein einzigartiges Abbildungsfeld verleiht, erläutern die Autoren. Diese unabhängigen Teleskope fokussieren dann benachbarte Bilder auf einen einzelnen Kamerasensor.
Die Integration der Mehrfeldaddition in Hyperteleskop-Prototypen würde die Entwicklung neuer Komponenten erfordern, einschließlich adaptiver Optikkomponenten, um verbleibende optische Mängel im außeraxialen Design zu korrigieren. Die Forscher entwickeln auch weiterhin Ausrichtungstechniken und Steuerungssoftware, damit die neue Kamera mit dem Prototyp in den Alpen verwendet werden kann und schon jetzt haben sie auch ein ähnliches Design für eine mondbasierte Version entwickelt.
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Quelle: Optical Society
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