Zoom auf die Sonne

Das neue Teleskop Gregor soll das Tagesgestirn von Teneriffa aus mit bisher unerreichter Präzision beobachten

15. Mai 2012

Der Tag der Astronomen ist die Nacht. Denn wer Sterne sehen will, muss warten, bis es dunkel ist. Es gibt jedoch eine Ausnahme: die Sonne. An ihr lassen sich aus der Nähe nicht nur die Eigenschaften eines typischen Sterns studieren, sondern auch noch die Beziehung zu den Planeten. Um Materieausbrüche, Flecken oder das solare Magnetfeld im Detail zu beobachten, braucht es Teleskope großer Öffnung – wie Gregor, das am 21. Mai auf Teneriffa eingeweiht wird. Mit einem Spiegeldurchmesser von 1,5 Metern zeigt das Fernrohr auf der Sonne noch 70 Kilometer kleine Strukturen und gehört damit weltweit zu den drei leistungsfähigsten Instrumenten zur Beobachtung des Tagesgestirns.

Die Sonne im Brennpunkt: Mit einem Spiegeldurchmesser von 1,5 Metern, adaptiver Optik und verschiedenen Instrumenten wie Spektrographen und Kameras gehört Gregor weltweit zu den drei leistungsfähigsten Teleskopen zur Beobachtung des Tagesgestirns.

Text: Helmut Hornung

Teneriffa ist nicht nur ein Hotspot für Urlauber. Auch die Astronomen haben längst die Vorzüge der Kanareninsel entdeckt. So herrschen auf der Hochebene am Fuß des 3718 Meter hohen Vulkans Teide ideale Bedingungen für Himmelsbeobachtungen. Vor zehn Jahren begannen dort Forscher eines Konsortiums aus Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, Institut für Astrophysik Göttingen, Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung sowie weitere internationale Partner mit dem Bau des Sonnenteleskops Gregor.

Der Name ist kein Akronym, sondern soll an James Gregory (1638 bis 1675) erinnern. Der schottische Mathematiker und Astronom hatte im 17. Jahrhundert ein Fernrohr entwickelt, in dem ein sekundärer konkaver Spiegel das reflektierte Licht des primären Parabolspiegels durch ein kleines Loch im Primärspiegel auf das Okular und damit ins Auge lenkt. Dieses optische Prinzip kommt auch bei dem neuen Teleskop auf Teneriffa zur Anwendung.

Allerdings wird kaum ein Wissenschaftler die Sonne mit Gregor direkt „in Augenschein“ nehmen, das erledigen elektronische Detektoren wie Spektrographen, Polari- und Interferometer sowie Kameras. Und auch sonst lässt sich das Hightech-Himmelsauge nicht mit der Konstruktion von James Gregory vergleichen. Das Teleskop ist vollständig in offener Bauweise angelegt, um Luftturbulenzen im Strahlengang zu vermeiden. Untergebracht ist es in einem Gebäude mit abklappbarer Kuppel.

Der 1,5 Meter durchmessende Hauptspiegel besteht aus der wärmeunempfindlichen Glaskeramik Zerodur und wird aktiv gekühlt, um eine Aufheizung der Vorderfläche des Spiegels durch absorbiertes Sonnenlicht zu vermeiden. Zwei weitere Spiegel haben die Ingenieure aus Siliciumcarbid (Cesic) gefertigt.

Gregor sieht mit einer adaptiven Optik besonders scharf: Über ein kompliziertes System von Aktuatoren und Spiegeln kompensiert das System die Schlieren innerhalb der Erdatmosphäre, die ständig das Bild der Sonne verzerren wie die wallenden Luftmassen, die über einer sommerlich-heißen Asphaltstraße flirren.

Ein rotierender Umlenkspiegel verteilt das durch die adaptive Optik erzeugte Strahlenbündel auf die verschiedenen Instrumente. Diese sollen in bisher nicht gekannter Präzision diverse physikalische Parameter der Sonne vermessen, insbesondere ihr Magnetfeld, und dabei noch 70 Kilometer kleine Strukturen offenbaren – ein angesichts der Sonnenentfernung von 150 Millionen Kilometer erstaunliches Auflösungsvermögen.

Das Observatorium im Hochhaus: Gregor steht unter der abklappbaren Kuppel auf dem Dach. Das Teleskop und die wissenschaftlichen Instrumente steuern die Forscher von einem Kontrollraum im dritten Stock des Gebäudes aus.

Das komplexe Magnetfeld spielt bei nahezu allen Prozessen in und auf dem brodelnden Gasball eine entscheidende Rolle. Es ist für die Energiebilanz der äußeren Atmosphärenschichten verantwortlich, es steckt hinter dem solaren Aktivitätszyklus (das Auftreten der Sonnenflecken folgt einem elfjährigen Rhythmus) und es produziert die meisten der manchmal spektakulären sichtbaren Phänomene: Protuberanzen, Flares, koronale Massenauswürfe und irdische Polarlichter.

Aus theoretischen Überlegungen und numerischen Berechnungen wissen die Forscher, dass sich die Wechselwirkungen zwischen dem solaren Plasma und dem Magnetfeld auf sehr kleinen räumlichen Skalen von etwa 70 Kilometer auf der Sonne vollziehen. Genau diese Auflösung wird Gregor erreichen.

Das Teleskop betrachtet das Tagesgestirn im sichtbaren und im infraroten Licht. Dabei nimmt es die Photosphäre in den Fokus – jene rund 300 Kilometer dünne Gasschicht, die uns als Sonnenoberfläche erscheint. Aber auch die darüber liegende Chromosphäre wollen die Forscher untersuchen. Sie erhoffen sich von Gregor ein besseres Verständnis der oben genannten solaren Phänomene. Schließlich sollen diese neuen Erkenntnisse dabei helfen, Materieausbrüche, die Satelliten im Weltraum oder irdische Stromnetze gefährden können, exakter vorherzusagen.

Gregor gehört zum Observatorio del Teide des Instituto Astrofisica des Canarias (IAC). Wenn das Teleskop am 21. Mai offiziell eingeweiht wird und danach seinen wissenschaftlichen Betrieb aufnimmt, hat es seine Feuerprobe schon hinter sich: Am 12. März 2009 hatte Gregor zum ersten Mal Sonnenlicht gesehen, damals noch mit einem Testspiegel von einem Meter Durchmesser.

So wird das Teleskop am Teide auf Teneriffa in den nächsten Jahren mit Sicherheit die Sonnenphysik erhellen – aber auch den klassischen Astronomen etwas bieten: Dank der hervorragenden optischen und mechanischen Eigenschaften wollen sie mit Gregor sonnenähnliche Sterne in langen Messreihen untersuchen, wie sie an anderen Nachtteleskopen nicht möglich sind.

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