Adaptive Optik für große Felder zeigt, was sie kann

2-01_Orion-Bullets — Eine Testaufnahme der »Orion Bullets« im nahen Infraroten mit der Adaptiven Optik GeMS und der Kamera GSAOI am 28. Dezember 2012: Das 85 Bogensekunden große Gesichtsfeld wird perfekt geschärft, gegenüber dem damals herrschenden Seeing um einen Faktor 10. [Gemini Observatory/AURA]

Erste Experimente mit GeMS vor zwei Jahren, die Laserstrahlen der neuartigen Adaptiven Optik verschwinden im Himmel über Chile. [Gemini Observatory/AURA]

So funktionieren die Laser-Sterne von GeMS: Eine Aufnahme durch ein Teleskop zeigt fünf helle Punkte, die die Laser in einer 90 km hohen Atmosphärenschicht erzeugen. Dort wird Natrium zum Leuchten angeregt; die Strahlen in der Atmosphäre darunter sieht man nur, weil das Licht hier an Schwebeteilchen gestreut wird. [Gemini Observatory/AURA]

Mit einem Großteleskop auf der Erde so scharfe Himmelsaufnahmen zu machen, als ob es sich im Weltraum befände und keinerlei Luftunruhe störte: Diesem Traum sind die Astronomen in den vergangenen Jahrzehnten immer näher gekommen, indem sie mit rasant verformbaren Spiegeln im Strahlengang die Verformung der Lichtwellenfronten aus dem Weltraum während ihrer letzten Kilometer durch die Atmosphäre auszugleichen versuchten. Bei solch einer »Adaptiven Optik« ist der biegsame Spiegel das eine, mindestens genauso wichtig ist es aber, die Deformationen der Wellenfront überhaupt erst einmal zu bestimmen. Das gelingt durch die Analyse des Lichts heller Sterne dicht neben dem Zielobjekt – die es aber meistens nicht gibt, weshalb meist künstliche Laser-Sterne nachhelfen müssen. Trotzdem blieb das Feld am Himmel, das permanent geschärft werden konnte, auf vielleicht ein Dutzend Bogensekunden rund um den echten oder künstlichen Stern beschränkt: bis vor einigen Jahren an mehreren Großsternwarten Experimente mit »Multi-Conjugate Adaptive Optics« (MCAO) begannen, bei denen mehrere Lasersterne am Himmel und mehrere Spiegel im Strahlengang für vergleichsweise große scharfe Himmelsfelder sorgen.

Die atmosphärischen Verformungen werden dabei gewissermaßen dreidimensional erfasst und ausgeschaltet – und der Aufwand lohnt sich, wie nun das Gemini Multi-Conjugate Adaptive Optics System (GeMS) am südlichen der beiden internationalen Gemini-8m-Teleskope in Chile zusammen mit dem Gemini South AO Imager (GSAOI) bewiesen hat. Hier wird die Luftunruhe mit Hilfe von fünf künstlichen Laser-Sternen und drei biegsamen Spiegeln in einem Gesichtsfeld von 85″ × 85″ ausgeglichen: Bei der Aufnahme hier noch während der Testphase am 28. Dezember 2012 konnte bei einem natürlichen Seeing von 0,8″ bis 1,1″ eine Größe der Stern-Bilder von nur noch 0,084″ bis 0,103″ im nahen Infraroten erreicht werden, eine Schärfesteigerung um einen Faktor 10! Das Motiv liegt am Rand des Orionnebels: In falschfarbigem Blau erscheinen hier überschallschnelle und ziemlich mysteriöse »Geschosse« – ca. 400km/s schnell – aus einem Sternentstehungsgebiet links unten außerhalb des Gesichtsfelds, weshalb dieser Teil des Orionnebels auch »Orion Bullet Region« genannt wird.

Daniel Fischer

Gemini-Pressemitteilung: