Quelle: Universität Wien 4. September 2024.

4. September 2024 – Zwei Instrumente für das künftig größte optische Teleskop der Welt, das Extremely Large Telescope der Europäischen Südsternwarte in Chile, haben die abschließende Designprüfung bestanden und damit einen wichtigen Meilenstein erreicht. Sie werden künftig Bilder des Universums in noch nie dagewesener Tiefe liefern: METIS, eine Kamera plus Spektrograph im mittleren Infrarotbereich, wird durch Staub- und Gaswolken blicken und so die Stern- und Planeten-Entstehung nachvollziehen können. Die 20 Tonnen schwere Kamera MICADO hingegen soll unter anderem Bilder von Sternsystemen in nahen Galaxien, Exoplaneten und schwarzen Löchern liefern. An der Entwicklung ist die österreichische Kooperation A* (Universitäten Wien und Innsbruck, JKU Linz, Österreichische Akademie der Wissenschaften) beteiligt.

In rund drei Jahren soll das weltweit größte optische Teleskop, das Extremely Large Telescope (ELT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) in der chilenischen Atacama-Wüste in Betrieb gehen. Ausgerüstet mit verschiedenen Instrumenten, zwischen denen man innerhalb von Minuten umschalten kann, wird das ELT von der Erde aus Blicke ins Universum in noch nie dagewesener Tiefe ermöglichen. Zwei dieser Instrumente, an deren Entwicklung auch zahlreiche österreichische Expert*innen beteiligt sind, haben nun die abschließende Designprüfung bestanden und damit einen wichtigen Meilenstein erreicht: Die „Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations“ (MICADO), eine leistungsstarke hochauflösende Kamera für das ELT, hat die Designphase im Sommer abgeschlossen; der „Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph“ (METIS) bereits im Mai. Beide Instrumente sollen bereits beim Start des ELT oder kurz danach in Betrieb gehen.

METIS, Kamera und Spektrograph zugleich, ist für die Beobachtung im mittleren Infrarotbereich ausgelegt und eignet sich daher ideal für die Untersuchung kalter oder von Staub umhüllter Objekte. „Während sehr heiße Objekte wie unsere Sonne hauptsächlich sichtbares Licht aussenden, strahlen kältere Objekte wie Planeten oder Staubwolken vor allem im mittleren Infrarotbereich. Durch die Analyse des Lichts in diesem Frequenzbereich wird METIS untersuchen, wie sich Sterne und Planeten in Staub- und Gaswolken bilden, und kann durch den Staub im Zentrum von Galaxien blicken, um deren supermassereiche schwarze Löcher zu untersuchen“, erklärt Kieran Leschinski vom Institut für Astrophysik der Universität Wien. Er ist Teil der österreichischen Expert*innengruppe, an der die Universität Wien, die Universität Innsbruck, die Johannes Kepler Universität Linz sowie RICAM Linz/Österreichische Akademie der Wissenschaften beteiligt sind.

Beiträge zur Forschung an Exoplaneten
Darüber hinaus wird METIS voraussichtlich spannende Beiträge zur Erforschung von Exoplaneten leisten, indem es kleine, felsige Exoplaneten beobachtet und die Temperatur, das Wetter und die chemische Zusammensetzung ihrer Atmosphären auf der Suche nach bewohnbaren Welten untersucht. „Mit METIS verfolgen wir ein breites Spektrum wissenschaftlicher Ziele, von der Erforschung der Entstehungsgeschichte unseres Sonnensystems über den Blick in das Zentrum von Galaxien bis hin zur Untersuchung ihrer rätselhaften supermassiven schwarzen Löcher. Der wissenschaftliche Schwerpunkt von METIS liegt auf der Untersuchung von Planetenentstehungsscheiben und kürzlich entstandenen – sowie nahen – Exoplaneten“, so Norbert Przybilla, Professor am Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck.

20 Tonnen-schwere Kamera MICADO wird entfernte Galaxien beobachten
Das zweite Instrument, bei dem der Designprozess kürzlich abgeschlossen wurde, ist die „Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations“, kurz MICADO. MICADO wird hochauflösende Bilder des Universums liefern und die Entstehungsmechanismen entfernter Galaxien offenbaren. Bei der Entwicklung von MICADO stand der Wunsch nach höchster Präzision und Stabilität im Vordergrund, um die geforderte hohe Empfindlichkeit, Auflösung, astrometrische Genauigkeit und Abdeckung eines großen Wellenlängenbereichs zu erreichen. Um das gewährleisten zu können, wird das Instrument eine stattliche Größe erreichen: Rund sechs Meter hoch, wird es nicht weniger als 20 Tonnen wiegen.

Das Herzstück des Instruments wird, genauso wie jenes von METIS, in einem Kryostaten untergebracht, der es kühl hält, so dass es im nahen Infrarotbereich effektiv und ohne Störung durch andere Wärmequellen arbeiten kann. Dadurch wird es möglich sein, hochauflösende Bilder des Universums zu erhalten, die die detaillierten Strukturen und Entstehungsmechanismen entfernter Galaxien offenbaren und es den Astronom*innen ermöglichen, einzelne Sterne und Sternsysteme in nahen Galaxien sowie Planeten und deren Entstehung außerhalb unseres Sonnensystems zu untersuchen. Darüber hinaus wird MICADO ein einzigartig leistungsfähiges Instrument zur Erforschung von Umgebungen sein, in denen die Gravitationskräfte extrem stark sind, wie etwa in der Nähe des supermassiven schwarzen Lochs im Zentrum unserer Galaxie, der Milchstraße.

„Erdgebundene astronomische Beobachtungen werden durch Turbulenzen in der Erdatmosphäre gestört und können auch mit freiem Auge als Blinken der Sterne wahrgenommen werden. Das Team an der JKU Linz und am RICAM leistet mit der Entwicklung der Algorithmen zur Korrektur dieser Turbulenzen mittels verformbarer Spiegel einen wesentlichen Beitrag, um scharfe Bilder ferner Himmelsobjekte aufnehmen zu können“, erklärt Ronny Ramlau, Professor am Institut für Industriemathematik der Johannes Kepler Universität Linz und Scientific Director am RICAM Linz/ÖAW.

Expert*innenstimmen:
Kieran Leschinski, Institut für Astrophysik der Universität Wien: „Das Extremely Large Telescope (ELT) wird das leistungsfähigste optische/infrarote Teleskop sein, das je gebaut wurde. Mit seinem enormen 39-Meter-Hauptspiegel wird das ELT es ermöglichen, die schwächsten und entferntesten Objekte im Kosmos zu beobachten – von den ersten Galaxien, die sich nach dem Urknall gebildet haben, bis hin zu potenziell bewohnbaren Exoplaneten, die nahegelegene Sterne umkreisen. Unser Team hier in Österreich ist verantwortlich für die Entwicklung der Software für MICADO und METIS, die es Astronom*innen ermöglichen wird, bahnbrechende wissenschaftliche Ergebnisse aus den Rohdaten zu gewinnen, die direkt von den Instrumenten des Teleskops kommen.“

Werner Zeilinger, Institut für Astrophysik der Universität Wien: „Die räumliche Auflösung, die das ELT erreicht, ist so hoch, dass eine Lego-Figur auf einer Raumstation beobachtet werden kann. Allerdings führt bei einer solch hohen Auflösung selbst die kleinste Turbulenz in der Atmosphäre dazu, dass die Bilder verschwimmen – ähnlich als ob ich ein Objekt am Boden eines Schwimmbeckens betrachte. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, integriert das Extremely Large Telescope (ELT) mehrere flexible Spiegel, die sich hunderte Male pro Sekunde verformen und so die atmosphärischen Verzerrungen in Echtzeit beseitigen können. Dadurch wird das ELT in Summe in der Lage sein, Bilder deutlich schärfer aufzunehmen als das Hubble-Weltraumteleskop.“

Manuel Güdel, Professor am Institut für Astrophysik der Universität Wien: „METIS wird unser Verständnis von Planetensystemen revolutionieren. Durch seine hochauflösenden Infrarotbilder und -spektren wird es möglich sein, Exoplaneten und ihre Atmosphären in beispielloser Detailgenauigkeit zu untersuchen. Dieses hochmoderne Instrument wird auch dabei helfen, potenziell bewohnbare Welten zu identifizieren und uns näher an die Beantwortung der tiefgreifenden Frage bringen, ob Leben außerhalb unseres Sonnensystems existiert. Zudem wird METIS Einblicke in die Sternentstehung und die Bedingungen rund um junge Sterne geben, welche wiederum die Planetenentstehung und -entwicklung antreiben.“

Wolfgang Kausch, Institut für Astro- und Teilchenphysik der Universität Innsbruck: „Damit wir mit MICADO die geforderte hohe Empfindlichkeit, Auflösung, astrometrische Genauigkeit und Abdeckung eines großen Wellenlängenbereichs in der ELT-Umgebung erreichen, wird das Instrument nicht weniger als 20 Tonnen wiegen und eine Höhe von sechs Metern haben.“

Roland Wagner (RICAM Linz, ÖAW): „Innerhalb von MICADO wird am RICAM der ÖAW und an der JKU Linz eine Software zur Bewertung der Bildqualität mittels der sogenannten Point Spread Function entwickelt. Damit können in der Analyse der Bilder die Eigenschaften der beobachteten Sterne genauer als bisher bestimmt werden. Die Methode dafür wird gerade an Daten bereits existierender Teleskope getestet.“

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Quelle: ESON 27. Juni 2024.

27. Juni 2024 – Das deutsche Unternehmen SCHOTT hat erfolgreich den Rohling für das letzte der 949 Segmente gegossen, die für den Hauptspiegel (M1) des Teleskops in Auftrag gegeben wurden. Mit einem Durchmesser von mehr als 39 Metern wird der M1 der mit Abstand größte Spiegel sein, der je für ein Teleskop hergestellt wurde.

Aufgrund seiner Größe kann der M1 nicht aus einem einzigen Stück Glas gefertigt werden. Er besteht aus 798 sechseckigen Segmenten, die jeweils etwa fünf Zentimeter dick und 1,5 Meter breit sind und zusammen zehn Millionen Mal mehr Licht sammeln als das menschliche Auge. Weitere 133 Segmente wurden hergestellt, um die Wartung und Neubeschichtung der Segmente zu erleichtern, sobald das Teleskop in Betrieb ist. ESO hat außerdem 18 Ersatzsegmente beschafft, sodass die Gesamtzahl nun 949 beträgt.

Die M1-Rohlinge, geformte Werkstücke, die später zu Spiegelsegmenten poliert werden, bestehen aus ZERODUR©, einem von SCHOTT entwickelten Glaskeramikmaterial mit geringer Ausdehnung, das für die extremen Temperaturbereiche am Standort des ELT in der Atacama-Wüste optimiert wurde. Dieses Unternehmen hat auch die Rohlinge von drei weiteren ELT-Spiegeln – M2, M3 und M4 – in seinen Werken in Mainz hergestellt.

„Die ESO hat bei SCHOTT mehr als nur ZERODUR© bestellt“, erklärt Marc Cayrel, Leiter der ELT-Optomechanik bei ESO. „In enger Zusammenarbeit mit ESO hat SCHOTT jeden einzelnen Produktionsschritt optimiert und das Produkt so angepasst, dass es die sehr hohen Anforderungen des ELT erfüllt und oft sogar übertrifft. Die hervorragende Qualität der Rohlinge wurde während der Massenproduktion von mehr als 230 Tonnen dieses Hochleistungsmaterials beibehalten. Die ESO ist daher sehr dankbar für die Professionalität der kompetenten Teams bei SCHOTT, unserem vertrauenswürdigen Partner.“

Thomas Werner, Projektleiter bei SCHOTT, ergänzt: „Unser gesamtes Team ist begeistert, dass wir den größten Einzelauftrag für ZERODUR® in der Geschichte unseres Unternehmens abschließen konnten. Für dieses Projekt haben wir die Serienproduktion von Hunderten von ZERODUR®-Spiegelsubstraten erfolgreich abgeschlossen, während wir normalerweise nur Einzelstücke herstellen. Es war uns eine Ehre, die Zukunft der Astronomie mitgestalten zu dürfen.“

Nach dem Guss durchlaufen alle Segmente ein mehrstufiges, internationales Verfahren. Nach einer langsamen Abkühlungs- und Wärmebehandlungsphase wird die Oberfläche jedes Rohlings bei SCHOTT durch ultrapräzises Schleifen geformt. Anschließend werden die Rohlinge an das französische Unternehmen Safran Reosc geliefert, wo jeder Rohling in eine sechseckige Form geschnitten und auf einer optischen Fläche mit einer Genauigkeit von 10 Nanometern poliert wird. Das bedeutet, dass die Oberflächenunregelmäßigkeiten des Spiegels weniger als ein Tausendstel der Breite eines menschlichen Haares betragen. An der Arbeit an den M1-Segmentbaugruppen sind außerdem beteiligt: das niederländische Unternehmen VDL ETG Projects BV, das die Segmentstützen herstellt; das deutsch-französische FAMES-Konsortium, das die 4500 nanometergenauen Sensoren zur Überwachung der relativen Position jedes Segments entwickelt hat und deren Herstellung abschließt; das deutsche Unternehmen Physik Instrumente, das die 2500 Stellmotoren entwickelt hat, die das Segment nanometergenau positionieren können, und das dänische Unternehmen DSV, das für den Transport der Segmente nach Chile zuständig ist.

Nach dem Polieren und Zusammenbau wird jedes M1-Segment über den Ozean zur technischen Einrichtung des ELT am Paranal-Observatorium der ESO in der Atacama-Wüste transportiert – eine 10.000 Kilometer lange Reise, die bereits über 70 M1-Segmente hinter sich haben. Am Paranal, nur wenige Kilometer von der Baustelle des ELT entfernt, wird jedes Segment mit einer reflektierenden Silberschicht überzogen und anschließend sorgfältig gelagert, bis die Hauptstruktur des Teleskops bereit ist, sie aufzunehmen.

Wenn es später in diesem Jahrzehnt in Betrieb genommen wird, wird das ELT der ESO das größte Auge am Himmel sein. Es wird die größten astronomischen Herausforderungen unserer Zeit bewältigen und bisher unvorstellbare Entdeckungen machen.

Weitere Informationen
Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftler*innen weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie. Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt.

Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt. Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie Durchmusterungsteleskope wie z. B. VISTA. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Quelle: Universität Göttingen 6. Juni 2026.

6. Juni 2024 (pug) Die Europäische Südsternwarte (ESO) hat mit einem internationalen Konsortium von Institutionen eine Vereinbarung über die Entwicklung und den Bau von ANDES, dem ArmazoNes High Dispersion Echelle Spectrograph, unterzeichnet. Das ANDES-Instrument wird auf dem Extremely Large Telescope (ELT) der ESO installiert. Wissenschaftliche Ziele sind die Suche nach Anzeichen von Leben auf Exoplaneten, die Identifikation der ersten Sterne, Tests von Variationen der fundamentalen Konstanten der Physik und die Vermessung der Beschleunigung der Expansion des Universums. Daran beteiligt ist auch das Institut für Astrophysik und Geophysik der Universität Göttingen.

ANDES ist ein leistungsstarker Spektrograf, ein Instrument, das Licht in seine einzelnen Wellenlängen aufspaltet, so dass Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wichtige Eigenschaften astronomischer Objekte, wie etwa ihre chemische Zusammensetzung, bestimmen können. Das Instrument wird eine bisher unerreichte Wellenlängenpräzision im sichtbaren und nahen infraroten Bereich des Lichts aufweisen und in Kombination mit dem leistungsstarken Spiegelsystem des ELT den Weg für Forschung in zahlreichen Bereichen der Astronomie ebnen.

ANDES wird detaillierte Untersuchungen der Atmosphären erdähnlicher Exoplaneten durchführen und Forschenden ermöglichen, nach Anzeichen von Lebensformen zu suchen. Es wird chemische Elemente in weit entfernten Objekten aus dem frühen Universum analysieren und dürfte das erste Instrument sein, das Sterne der Population III, die frühesten Sterne im Universum, erfassen kann. Darüber hinaus werden die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit den ANDES-Daten prüfen können, ob sich grundlegende physikalische Konstanten mit der Zeit und dem Raum verändern. Die umfangreichen Messdaten werden auch die Beschleunigung und Expansion des Universums erfassen, eins der größten Rätsel unseres Kosmos.

Das Institut für Astrophysik und Geophysik der Universität Göttingen ist verantwortlich für die Kalibrierung des neuen Instruments. Die Arbeiten werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Das ELT der ESO, das derzeit in der Atacama-Wüste im Norden Chiles gebaut wird, wird einen Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 39 Metern haben, der aus 798 sechseckigen Segmenten besteht. Das ELT soll bis 2030 in Betrieb genommen werden. Es wird das größte optische Teleskop der Welt sein und eine neue Ära der bodengebundenen Astronomie einläuten.

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Quelle: ESON 11. Juli 2023.

11. Juli 2023 – Der Bau dieses technisch komplexen Projekts schreitet zügig voran. Das ELT hat nun den Meilenstein der Fertigstellung von 50 % überschritten.

Das Teleskop befindet sich auf dem Cerro Armazones in der chilenischen Atacama-Wüste, wo Ingenieurinnen und Ingenieure, Handwerkerinnen und Handwerker derzeit in rasantem Tempo die Struktur der Teleskopkuppel zusammensetzen. Die Stahlkonstruktion, die sich jeden Tag sichtbar verändert, wird bald die für Teleskopkuppeln typische runde Form annehmen.

Die Teleskopspiegel und andere Komponenten werden von Unternehmen in Europa gebaut, wo die Arbeiten ebenfalls gut vorankommen. Das ELT der ESO wird ein bahnbrechendes optisches Design mit fünf Spiegeln haben, darunter ein riesiger Hauptspiegel (M1), der aus 798 sechseckigen Segmenten besteht. Mehr als 70 % der Rohlinge und Halterungen für diese Segmente sind inzwischen hergestellt worden, während M2 und M3 gegossen sind und gerade poliert werden. Die Fortschritte bei M4, einem adaptiven, flexiblen Spiegel, der seine Form tausendmal pro Sekunde anpasst, um durch Luftturbulenzen verursachte Verzerrungen zu korrigieren, sind besonders beeindruckend: Alle sechs dünnen Flügel sind vollständig fertiggestellt und werden in ihre strukturelle Einheit integriert. Darüber hinaus wurden alle sechs Laserquellen, eine weitere Schlüsselkomponente des adaptiven Optiksystems des ELT, hergestellt und zur Erprobung an die ESO geliefert.

Alle anderen Systeme, die für die Fertigstellung des ELT benötigt werden, einschließlich des Kontrollsystems und der für die Montage und Inbetriebnahme des Teleskops erforderlichen Ausrüstung, machen ebenfalls gute Fortschritte in ihrer Entwicklung oder Produktion. Darüber hinaus befinden sich alle vier ersten wissenschaftlichen Instrumente, mit denen das ELT ausgestattet sein wird, in der letzten Entwurfsphase und einige stehen kurz vor dem Beginn der Fertigung. Darüber hinaus ist der größte Teil der unterstützenden Infrastruktur für das ELT jetzt am oder in der Nähe des Cerro Armazones vorhanden. So ist zum Beispiel das technische Gebäude, das unter anderem für die Lagerung und Beschichtung der verschiedenen ELT-Spiegel verwendet wird, vollständig errichtet und eingerichtet, während eine Photovoltaikanlage, die den ELT-Standort mit erneuerbarer Energie versorgt, im vergangenen Jahr in Betrieb genommen wurde.

Der Bau des ELT der ESO wurde vor neun Jahren mit einem ersten Spatenstich eingeleitet. Der Gipfel des Cerro Armazones wurde 2014 abgeflacht, um Platz für das Riesenteleskop zu schaffen.

Die Fertigstellung der verbleibenden 50 % des Projekts wird jedoch voraussichtlich wesentlich schneller vonstattengehen als der Bau der ersten Hälfte des ELT. Die erste Hälfte des Projekts umfasste den langwierigen und sorgfältigen Prozess der Fertigstellung des Designs der überwiegenden Mehrheit der Komponenten, die für das ELT hergestellt werden sollen. Darüber hinaus mussten für einige Elemente, wie z. B. die Spiegelsegmente und die sie tragenden Komponenten und Sensoren, detaillierte Prototypen erstellt und umfangreiche Tests durchgeführt werden, bevor sie in Serie produziert werden konnten. Darüber hinaus wurde der Bau durch die COVID-19-Pandemie beeinträchtigt, sodass der Standort für mehrere Monate geschlossen werden musste und sich die Produktion vieler Teleskopkomponenten verzögerte. Da die Produktionsprozesse nun wieder vollständig aufgenommen und optimiert wurden, wird die Fertigstellung der restlichen Hälfte des ELT voraussichtlich nur noch fünf Jahre dauern. Dennoch ist der Bau eines so großen und komplexen Teleskops wie des ELT nicht frei von Risiken, bis es fertiggestellt ist und funktioniert.

Der Generaldirektor der ESO, Xavier Barcons, sagt: „Das ELT ist das größte der nächsten Generation bodengestützter optischer und Nahinfrarot-Teleskope und dasjenige, das in seiner Konstruktion am weitesten fortgeschritten ist. Angesichts der Herausforderungen, die große, komplexe Projekte mit sich bringen, ist es keine Kleinigkeit, 50 % der Arbeiten abzuschließen. Dies war nur möglich dank des Engagements aller Beschäftigten der ESO, der kontinuierlichen Unterstützung durch die ESO-Mitgliedstaaten und des Engagements unserer Partner aus der Industrie und den Instrumentenkonsortien. Ich bin sehr stolz, dass das ELT diesen Meilenstein erreicht hat.“

Das ELT der ESO, das 2028 seine wissenschaftlichen Beobachtungen aufnehmen soll, wird sich mit astronomischen Fragen befassen, wie zum Beispiel: Sind wir allein im Universum? Sind die Gesetze der Physik universell? Wie sind die ersten Sterne und Galaxien entstanden? Es wird unser Wissen über unser Universum dramatisch verändern und uns veranlassen, unseren Platz im Kosmos neu zu überdenken.

Endnoten
Die prozentuale Fertigstellung des ELT wird anhand des „Earned Value“ geschätzt, einer Projektmanagement-Kennzahl, die zur Bewertung des Projektfortschritts unter Berücksichtigung von Zeitplan und Kosten verwendet wird. Derzeit hat das ELT den Projektplan zu 50 % erfüllt.

Über die ESO
Die Europäische Südsternwarte (ESO) befähigt Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit, die Geheimnisse des Universums zum Nutzen aller zu entdecken. Wir entwerfen, bauen und betreiben Observatorien von Weltrang, die Astronominnen und Astronomen nutzen, um spannende Fragen zu beantworten und die Faszination der Astronomie zu wecken, und wir fördern die internationale Zusammenarbeit in der Astronomie. Die ESO wurde 1962 als zwischenstaatliche Organisation gegründet und wird heute von 16 Mitgliedstaaten (Belgien, Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Irland, Italien, den Niederlanden, Österreich, Polen, Portugal, Schweden, der Schweiz, Spanien, der Tschechischen Republik und dem Vereinigten Königreich) sowie dem Gastland Chile und Australien als strategischem Partner unterstützt.

Der Hauptsitz der ESO und ihr Besucherzentrum und Planetarium, die ESO Supernova, befinden sich in der Nähe von München in Deutschland, während die chilenische Atacama-Wüste, ein wunderbarer Ort mit einzigartigen Bedingungen für die Himmelsbeobachtung, unsere Teleskope beherbergt.

Die ESO betreibt drei Beobachtungsstandorte: La Silla, Paranal und Chajnantor. Am Standort Paranal betreibt die ESO das Very Large Telescope und das dazugehörige Very Large Telescope Interferometer sowie Durchmusterungsteleskope wie z. B. VISTA. Ebenfalls am Paranal wird die ESO das Cherenkov Telescope Array South betreiben, das größte und empfindlichste Gammastrahlen-Observatorium der Welt. Zusammen mit internationalen Partnern betreibt die ESO auf Chajnantor APEX und ALMA, zwei Einrichtungen zur Beobachtung des Himmels im Millimeter- und Submillimeterbereich. Auf dem Cerro Armazones in der Nähe von Paranal bauen wir „das größte Auge der Welt am Himmel“ – das Extremely Large Telescope der ESO. Von unseren Büros in Santiago, Chile, aus unterstützen wir unsere Aktivitäten im Land und arbeiten mit chilenischen Partnern und der Gesellschaft zusammen.

Die Übersetzungen von englischsprachigen ESO-Pressemitteilungen sind ein Service des ESO Science Outreach Network (ESON), eines internationalen Netzwerks für astronomische Öffentlichkeitsarbeit, in dem Wissenschaftler und Wissenschaftskommunikatoren aus allen ESO-Mitgliedsländern (und einigen weiteren Staaten) vertreten sind. Deutscher Knoten des Netzwerks ist das Haus der Astronomie in Heidelberg.

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Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: ESO.

Am 5. Oktober 1995 gaben die Schweizer Astronomen Michel Mayor und Didier Queloz auf einer Fachtagung die Entdeckung des ersten Exoplaneten bekannt, welcher einen sonnenähnlichen Stern umkreist. Der vermutlich etwa vier Milliarden Jahre alte ‚Heimatstern‘ dieses Planeten trägt den Namen 51 Pegasi, verfügt über die Spektralklasse G 2 IV und befindet sich in einer Entfernung von etwa 50 Lichtjahren zu unserem Sonnensystem im Sternbild Pegasus.

51 Pegasi b – so der offizielle Name des hier beheimateten Exoplaneten – ist zugleich der erste nachgewiesene Vertreter aus der Klasse der Hot Jupiter. Hierbei handelt es sich um eine bisher relativ häufig nachgewiesene Art von Exoplaneten, welche dem Planeten Jupiter in unserem Sonnensystem bezüglich der Größe und Masse zwar ähneln, die ihre Zentralsterne jedoch – im Gegensatz zu den Gasplaneten unseres Sonnensystems – in Entfernungen von nur wenigen Millionen Kilometern umkreisen. Der Planet 51 Pegasi b verfügt zum Beispiel über etwa 0,46 Jupitermassen und umkreist seinen Zentralstern innerhalb von 4,23 Tagen in einer Entfernung von lediglich etwa 7,8 Millionen Kilometern.

Seit der Entdeckung dieses ersten Exoplaneten konnten Astronomen bis zum heutigen Tag weitere 1.914 Planeten außerhalb unseres Sonnensystems nachweisen, welche sich auf 1.210 Sternsysteme verteilen. Mehrere Tausend ‚Exoplaneten-Kandidaten‘ warten dagegen derzeit noch auf eine Bestätigung durch weitere Observationen.

Genau 20 Jahre nach seiner Entdeckung rückte jetzt jedoch erneut 51 Pegasi b in das Rampenlicht. Einem internationalen Astronomen-Team unter der Leitung von Jorge Martins vom Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço und der Universidade do Porto in Portugal ist es gelungen, das Spektrum, welches von diesem Planeten reflektiert wird, im sichtbaren Bereich des Lichts nachzuweisen und zu analysieren.

Für ihre Untersuchungen verwendeten die beteiligten Astronomen das Instrument HARPS am 3,6-Meter-Teleskop des La-Silla-Observatoriums der Europäischen Südsternwarte (ESO) in den nordchilenischen Anden. Der Échelle-Spektrograf HARPS – so die Kurzform für den „High Accuracy Radial velocity Planet Searcher“ – dient der hochpräzisen Messung der Radialgeschwindigkeit von Sternen und kann somit auch für die Suche nach Exoplaneten eingesetzt werden, welche diese Sterne eventuell umkreisen.

Die Untersuchung von Exoplaneten
Die Untersuchung von Exoplaneten, welche sich relativ nahe an einem hellen und zudem viele Lichtjahre entfernt gelegenen Stern befinden, gestaltet sich als sehr kompliziert. Bei einer der dabei angewandten Techniken handelt es sich um die Beobachtung von Planetentransits. Sobald ein Exoplanet von der Erde aus gesehen direkt vor seinem Mutterstern vorbeizieht, nimmt die Helligkeit des beobachteten Sterns um einen winzigen Bruchteil ab, da der Planet einen Teil des von seinem Zentralgestirn ausgehenden Lichts abschirmt. Durch wiederholte Beobachtungen dieser periodisch auftretenden Helligkeitsveränderungen kann unter anderem die Dauer der Umlaufzeit des Planeten bestimmt werden.

Die derzeit am weitesten verbreitete Methode zur Untersuchung der Atmosphäre eines Exoplaneten beruht auf der Beobachtung des Spektrums des Muttersterns während des Vorübergangs dieses Planeten vor dem Stern. Dabei durchläuft ein kleiner Teil des Sternlichts auch die Atmosphäre des Planeten und wird dabei von dieser ‚gefiltert‘. Diese Technik wird als Absorptionsspektroskopie bezeichnet. Eine alternative Vorgehensweise stellt die Beobachtung der beiden Körper während der Bedeckung des Planeten durch den Stern dar. Hierbei können in erster Linie Informationen über die Temperatur des Exoplaneten gewonnen werden.

Bei diesen Analysen ist es jedoch zwingend notwendig, dass sich die Umlaufbahn des zu untersuchenden Planeten auf einer Bahnebene befindet, welche von der Erde aus betrachtet einen Planetentransit ermöglicht. Und derartige Bedingungen sind nur bei verhältnismäßig wenig Exoplaneten gegeben. Auch der Planet 51 Pegasi b kann nicht auf diese Art untersucht werden.

Eine neue Methode
Die jetzt bei der Untersuchung von 51 Pegasi b von Jorge Martins und seinen Kollegen angewandte Methode ist dagegen von derartigen Transits unabhängig und erlaubt damit die Erforschung von deutlich mehr Exoplaneten als bisher. Sie ermöglicht die direkte Untersuchung des Spektrums eines Planeten im Bereich des sichtbaren Lichts, was zugleich bedeutet, dass daraus zudem verschiedene weitere Eigenschaften des Planeten abgeleitet werden können, welche mit anderen Methoden nicht nachweisbar sind.

Hierbei wird das Lichtspektrum des Zentralsterns als Vorlage für die Suche nach einer ‚abgeschwächten‘ Version des Spektrums verwendet, welches zwar von dem Stern stammt, das aber in Wirklichkeit von dem den Stern umkreisenden Planeten reflektiert wird. Aufgrund der Bewegung des Planeten auf seiner Umlaufbahn um den Stern verschieben sich dabei die spektralen Signaturen des reflektierten Lichts relativ zu dem Stern. Die Messung dieses Effekts ist eine eine äußerst anspruchsvolle Aufgabe, da die Planeten im Vergleich zu ihren gleißend hellen Muttersternen sehr lichtschwach sind. Der Planet 51 Pegasi b erreicht im sichtbaren Licht zum Beispiel nur lediglich etwa ein 50.000stel der Helligkeit seines Muttersterns.

Zusätzlich erschwerend wird das Licht eines zu untersuchenden Exoplaneten durch weitere Effekte und ‚Rauschquellen‘ überlagert und verzerrt. Angesichts dieser immensen Hürden ist die jetzt erfolgte erfolgreiche Beobachtung dieses Effekts durch den HARPS-Spektrografen ein hervorragender Beweis dafür, dass diese Methode nicht nur in der Theorie besteht, sondern tatsächlich auch in der Praxis wissenschaftlich sinnvoll anwendbar ist.

„Diese Art des Nachweises ist von großer wissenschaftlicher Bedeutung, da sie es möglich macht, die reale Masse des Planeten und die Neigung seiner Umlaufbahn zu bestimmen, was für das tiefere Verständnis des Systems unerlässlich ist. Es ermöglicht uns auch den Reflektionsgrad, die sogenannte Albedo, des Planeten abzuschätzen, woraus man wiederum die Zusammensetzung sowohl der Planetenoberfläche als auch der Atmosphäre ableiten kann“, so Jorge Martins.

Wie sich bei den Untersuchungen herausstellte, verfügt 51 Pegasi b über eine Masse von etwa der Hälfte der Masse des Planeten Jupiter und – in Bezug auf unseren Heimatplaneten – über eine Bahnneigung von etwa neun Grad. Die Bahn des Exoplaneten liegt von der Erde aus gesehen also fast ‚auf der Seite‘ – es finden jedoch keine gegenseitigen Bedeckungen zwischen Planet und Zentralstern statt.

Außerdem scheint der Planet trotz seiner geringeren Masse vom Durchmesser her etwa doppelt so groß auszufallen wie der Jupiter. Diese Diskrepanz zwischen Masse und Durchmesser erklärt sich durch die starke Aufheizung und die dadurch bedingte Ausdehnung der Planetenatmosphäre, welche durch die extreme Nähe zum Zentralstern verursacht wird. Des weiteren scheint 51 Pegasi b über eine hohe Reflektanz zu verfügen. Dies sind typische Eigenschaften für einen ‚Heißen Jupiter‘, welcher sich sehr nahe bei seinem Mutterstern befindet und somit viel Sternlicht ausgesetzt ist.

Glänzende Aussichten für die Zukunft
Diese Analysen – und die Tatsache, dass dieses Ergebnis mit dem vergleichsweise ‚kleinen‘ 3,6-Meter-Teleskop der ESO gewonnen wurde, welches bei dieser Technik nur einen beschränkten Anwendungsbereich bietet – eröffnen den Astronomen zugleich glänzende Aussichten für die nähere Zukunft. Die an diesem Teleskop zur Zeit existierenden Instrumentenkonfigurationen werden bereits in Kürze von deutlich leistungsfähigeren Instrumenten an größeren Teleskopen, wie zum Beispiel dem Very Large Telescope (kurz VLT) der ESO oder dem zukünftigen European Extremely Large Telescope (E-ELT) übertroffen werden, welches voraussichtlich im Jahr 2022 in Betrieb gehen wird (Raumfahrer.net berichtete).

„Wir erwarten jetzt sehnlichst erstes Licht des ESPRESSO-Spektrografen am VLT, so dass wir genauere Untersuchungen von diesem und anderen Planetensystemen anstellen können“, so Nuno Santos von der Universidade do Porto, einer der an der Untersuchung beteiligten Astronomen. Der voraussichtlich ab dem Jahr 2016 am VLT zum Einsatz kommende Spektrograf ESPRESSO (kurz für „Echelle SPectrograph for Rocky Exoplanet and Stable Spectroscopic Observations“) und später nochmals leistungsfähigere Instrumente an deutlich größeren Teleskopen wie dem E-ELT werden bei gesteigerter Lichtsammelleistung mit noch deutlich mehr Präzision sowohl die Entdeckung kleinerer Exoplaneten vereinfachen als auch mehr Details über Planeten wie 51 Pegasi b liefern können.

Die hier kurz vorgestellten Ergebnisse der Arbeit von Jorge Martins et al. wurden am 22. April 2015 unter dem Titel „Evidence for a spectroscopic direct detection of reflected light from 51 Peg b“ in der Fachzeitschrift Astronomy & Astrophysics publiziert.

Verwandte Meldungen bei Raumfahrer.net:

• Neues Teleskop-Projekt beginnt mit Exoplaneten-Suche (16. Januar 2015)
• Exoplanetensuche – First Light für SPHERE (9. Juni 2014)
• Exoplanet GU Psc b durch direkte Abbildung entdeckt (22. Mai 2014)
• Neue Methode zur Untersuchung von Exoplaneten (10. Februar 2010)

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Verwandte Seite bei Raumfahrer.net:

• Exoplaneten Newsarchiv

Fachartikel von Jorge Martins et al.:

• Evidence for a spectroscopic direct detection of reflected light from 51 Peg b (Arxiv, Volltext, engl.)

Der Beitrag Erstes Spektrum eines Exoplaneten im sichtbaren Licht erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Christian Klempsmann. Quelle: ESO.

Am gestrigen Dienstag unterzeichneten Professor Lena Kolarska-Bobińska, die polnische Ministerin für Wissenschaft und Hochschulwesen und Tim de Zeeuw, Generaldirektor der ESO, im Beisein ranghoher Vertreter der ESO und der Republik Polen, in Warschau eine Vereinbarung, nach der die Republik Polen der Staatengemeinschaft beizutreten beabsichtigt, die das European Southern Observatory betreibt.

Diese zwischenstaatliche Vereinbarung muss noch vom polnischen Parlament ratifiziert werden, bevor der Betritt offiziell bestätigt werden kann.

Bereits in der Vergangenheit kooperierten beide Parteien; so fand zum Beispiel der letzte „ESO Industry Day“ in Warschau statt und gab der polnischen Industrie die Gelegenheit, sich über die bestehenden Einrichtungen der ESO ebenso zu informieren, wie über den Bau des European Extremely Large Telescope (E-ELT).

Polen, Heimatland von Nikolaus Kopernikus, hat eine lange Tradition in der Erforschung des Weltalls, so dass sowohl Polen als auch die ESO von der Vereinbarung profitieren werden.

Die Mitgliedsstaaten der ESO sind:

Belgien, Brasilien (noch nicht ratifiziert), Dänemark, Deutschland, Frankreich, Finnland, Italien, Niederlande, Österreich, Polen, Portugal, Spanien, Schweden, Schweiz, Tschechien und das Vereinigte Königreich.

Weiterführende Informationen
Nikolaus Kopernikus

Die europäische Südsternwarte / European Southern Observatory

Brasilien wird 15. Mitgliedsland der ESO

E-ELT praktisch beschlossen

Der Beitrag Zuwachs in der ESO-Familie erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: ESO.

Der aus mehreren sechsseitigen Segmenten zusammengesetzte Hauptspiegel soll einen Durchmesser von 39,30 m besitzen, das ganze Projekt etwa 1,1 Milliarden Euro kosten. Über eine ausgeklügelte adaptive Optik sollen sich Bewegungen der ohnehin klaren und kalten Luft weitgehend ausgleichen lassen. Anschließend kann das Licht auf verschiedene Sensoren geleitet werden, die im optischen und infraroten Spektralbereich hochempfindlich sind.

Um den Bau des Teleskops sicher zu stellen, ist die Zustimmung von mindestens zwei Dritteln der Ratsmitglieder erforderlich. Bei der Ratstagung am Montag in Garching gab es 6 feste Zusagen und 4 Absichtserklärungen, die noch einer formalen Bestätigung bedürfen. Auch die übrigen fünf Ratsmitglieder haben ihre Unterstützung zugesagt, so dass Entwicklungs- und Bauaufträge wohl noch in diesem Jahr rausgehen können.

2012 soll bereits mit Infrastrukturmaßnahmen am Cerro Armazones in Nordchile, ganz in der Nähe weiterer Standorte der ESO begonnen werden. Die Europäische Südsternwarte feiert in diesem Jahr den 50. Jahrestag ihrer Gründung. Mittlerweile vereinigt sie wissenschaftliche Ambitionen von 15 Staaten weltweit. Zur ESO gehören Belgien, Brasilien, Dänemark, Deutschland, Finnland, Frankreich, Großbritannien, Italien, die Niederlande, Österreich, Portugal, Schweden, Spanien, die Schweiz und die Tschechische Republik. Der wissenschaftliche Beobachtungsbetrieb des E-ELT soll zu Beginn des nächsten Jahrzehnts aufgenommen werden.

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• ESO-Teleskop E-ELT

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Ein Beitrag von Oliver Karger. Quelle: ESO.

Der Grund für die Designänderung des Teleskops, welches sich momentan in der sogenannten detaillierten Designphase befindet, liegt in der Abwägung zwischen wissenschaftlicher Leistungsfähigkeit und einer größtmöglichen Kosteneffizienz. Dies gab die europäische Südsternwarte ESO vergangene Woche bekannt.
Konkret soll der Hauptspiegel von ursprünglich 42 Metern Durchmesser auf 39,3 Meter verkleinert werden. Hierdurch kann die komplexe Konstruktion der Spiegelhalterung strukturell vereinfacht werden. Weiterhin ist es dadurch möglich, den Sekundärspiegel, welcher das gesammelte Licht zu den Diagnostiken führen soll, ebenfalls zu verkleinern.

Diese Maßnahmen senken zwar die maximal erreichbare Auflösung des Teleskops um etwa neun Prozent, im Gegenzug wird das Öffnungsverhältnis jedoch erhöht.

Des Weiteren können die Kosten von bisher knapp 1,3 Milliarden Euro auf momentan 1,05 Milliarden Euro gesenkt werden. Innerhalb dieses Finanzrahmens sind bereits die Entwicklungskosten der Instrumente sowie eine Finzanzreserve für unerwartete technische Probleme enthalten.

Der Baubeginn auf dem Cerro Armazones in Sichtweite zum Cerro Paranal, auf welchem sich das VLT befindet, ist momentan für Januar 2012 vorgesehen. Der Wissenschaftsbetrieb soll Anfang der 2020er augenommen werden.

Raumcon:

• E-ELT

Der Beitrag E-ELT schrumpft etwas … erschien zuerst auf Raumfahrer.net.

Ein Beitrag von Günther Glatzel. Quelle: ESO. Vertont von Peter Rittinger.

Maßgebend dafür war die optische Qualität der Atmosphäre in dieser Region, die sich durch große Klarheit, eine geringe Luftfeuchtigkeit und das weitgehende Fehlen störender Lichtquellen im weiten Umkreis auszeichnet. Außerdem befindet sich der 3.060 Meter hohe Cerro Armazones in nur 20 Kilometern Entfernung vom Cerro Paranal, auf dem die ESO bereits mehrere Observatorien unterhält, darunter das Very Large Telescope (VLT). Wohn- und Arbeitsstätten müssten daher nicht völlig neu errichtet sondern nur erweitert werden.

Mit dem E-ELT, das über einen Hauptspiegel mit einem Durchmesser von 42 Metern verfügen wird, soll Astronomie im Bereich des sichtbaren Lichts und infraroter Strahlung betrieben werden. Baubeginn könnte bereits 2011 sein, die Fertigstellung ist für 2018 geplant. Die Kosten werden auf rund eine Milliarde Euro geschätzt. Das Design des Teleskops wurde bereits 2006 weitgehend abgeschlossen, einzelne Komponenten und Instrumente bereits entwickelt und erprobt.

Hauptziele für den Teleskopeinsatz werden das Finden von Exoplaneten bis zu Erdgröße, die Abbildung einzelner Exoplaneten und die Analyse der Atmosphären, Erkenntnisse zur Entwicklung unseres Universums vom Urknall über Inflation, dunkle Entwicklungsphasen und die Bildung von Galaxien bis heute, der Nachweis Dunkler Materie und Dunkler Energie sowie die Erforschung der Zusammensetzung und Entwicklung von Sternen und protoplanetaren Scheiben sein.

Das insgesamt 5.500 Tonnen schwere Teleskopsystem besteht aus einem riesigen, um 360 Grad drehbaren Gerüst, in dem sich der 42 Meter durchmessende Hauptspiegel sowie 4 weitere Sekundärspiegel befinden, welche das Licht weiter konzentrieren, atmosphärische Störungen ausgleichen und auf die auf einer festen Plattform untergebrachten, hochentwickelten und austauschbaren Instrumente lenken. Hier können Abbildungen und Spektren gewonnen werden, aus denen Bilder erstellt, die Zusammensetzung oder Temperatur von leuchtenden oder durchleuchteten kosmischen Objekten analysiert oder Bewegungen mit hoher Genauigkeit von bis zu 1 cm/s (Schneckentempo) gemessen werden sollen.

Der sphärische Hauptspiegel besteht aus 984 sechseckigen Segmenten mit einer Diagonale von jeweils 1,45 m. Der Sekundärspiegel, der über dem Hauptspiegel angebracht ist und dessen Licht auf einen dritten Spiegel in dessen Zentrum fällt, hat selbst noch einen Durchmesser von 6 Metern. Der vierte Spiegel ist adaptiv, das heißt, seine Form wird so angepasst, dass er Verzerrungen durch die Bewegung der Luft über dem Teleskop mit hoher Präzision bis zu 1.000 Mal pro Sekunde ausgleichen kann. Der 5. Spiegel schließlich ist in einem weiten Bereich drehbar und lenkt das gesammelte Licht zu den Instrumenten.

Raumcon:

• ESO-Teleskop E-ELT (seit Dezember 2006)

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