Nachthimmel in bisher unerreichter Schärfe aufgenommen

Sie zeigen den Sternenhimmel sogar doppelt so scharf wie das Weltraumteleskop Hubble – obwohl das Teleskop auf der Erde steht: Mit Hilfe einer neuen Technik sind einem internationalen Astronomenteam die bisher hochauflösendsten Aufnahmen des Nachthimmels gelungen. Möglich wurde dies mit Hilfe eines vibrierenden Spezialspiegels, der Verzerrungen durch die Atmosphäre ausgleicht. Die damit erzielte Auflösung reicht aus, um von der Erde aus einen Tennisplatz auf dem Mond zu sehen.

Der Sternenhimmel hat Menschen schon immer fasziniert. Seit dem 17. Jahrhundert versuchen Astronomen, den Blick ins Firmament mit technischen Mitteln immer mehr zu schärfen. Doch schaut man von der Erde aus in den Himmel, gibt es ein Problem: Die Luftbewegungen der Atmosphäre verzerren den Blick auf die Sterne und machen das resultierende Bild unscharf. Mit bloßem Auge ist dieser Effekt am Funkeln der Sterne zu erkennen. Unter anderem deshalb ist beispielsweise das Weltraumteleskop Hubble in der Erdumlaufbahn stationiert – es fliegt damit oberhalb der störenden Atmosphäre.

Aufnahmen an der Auflösungsgrenze des sichtbaren Lichts

Es gibt aber noch eine andere Möglichkeit: die sogenannte adaptive Optik. Dabei gleicht eine Software nachträgliche die Verzerrungen der Atmosphäre aus, oder aber der Spiegel selbst ist beweglich und passt sich so an die Turbulenzen der Luft an. Eine Kombination von beidem haben Forscher um Projektleiter Laird Close von der University of Arizona in Tucson in 20-jähriger Arbeit ausgetüftelt. Das neue System montierten sie nun am 6,5 Meter Magellan-Teleskop des Las Campanas-Observatoriums in Chile. Zum ersten Mal kann damit ein Teleskop mit einem so großen Primärspiegel digitale Aufnahmen an der Auflösungsgrenze des sichtbaren Lichts erstellen.

Das Magellan-Teleskop mit dem oben montierten, adaptiven Sekundär-Spiegel, unte der Primär-Spiegel © Yuri Beletsky/ Las Campanas Observatory

Für die neuen „Magellan Adaptive Optics“ installierten die Forscher einen zweiten, nur knapp zwei Millimeter dünnen Spezialspiegel am Teleskop. Dieser schwebt – von einem Magnetfeld gehalten, rund neun Meter über dem Primärspiegel. Das Besondere dabei: Dieser sogenannte adaptive Sekundärspiegel kann seine Form an 585 Punkten seiner Oberfläche verändern. Sie vibrieren rund tausend Mal pro Sekunde, um so das Zittern der Luft im Blickfeld des Teleskops auszugleichen.

Eine Münze aus 150 Kilometern Entfernung

Der Test beim „First Light“ des solcherart aufgerüsteten Magellan-Teleskops war ein voller Erfolg, wie die Forscher berichten. „Es war aufregend zu sehen, wie diese neue Kamera den Nachthimmel schärfer abbildete als jemals zuvor möglich“, so Close. Zum ersten Mal kann man damit Aufnahmen von Objekten machen, die nur 0,02 Bogensekunden groß sind – das entspricht der Größe einer Münze, die man aus mehr als 150 Kilometern Entfernung betrachtet. Die Schärfe der Aufnahmen übertrifft selbst die des Weltraumteleskops Hubble um das Doppelte – denn dieses muss zwar keine Turbulenzen fürchten, hat aber einen nur rund 3,50 Meter großen Spiegel.

Vergleich ohne (links) und mit adaptiver Optik - das resultierende Bild ist 17 Mal schärfer. Ganz rechts eine Ausschnitt-Vergrößerung des mittleren Bildes. Sie zeigt, dass auch das bisher nicht auflösbare Doppelsternsystem Theta Ori C mit MagAO nun getrennt zu erkennen ist. © Laird Close/ UA

Schon die ersten Aufnahmen der neuen Kamera am Magellan-Teleskop bewiesen die Leistungsfähigkeit des Systems: Die Astronomen visierten damit Theta 1 Ori C an, ein Sternsystem im Orionnebel. Obwohl dieser Doppelstern so groß ist und so hell leuchtet, dass sein Lichtpunkt selbst mit einem einfachen Fernglas am Himmel zu erkennen ist, war es bisher nicht möglich, die beiden Sterne dieses Systems optisch voneinander zu trennen.

„Ich habe Theta 1 Ori C nun schon 20 Jahre lang mit verschiedenen Teleskopen beobachtet, aber ich konnte nie direkt sehen, dass es sich dabei um zwei Sterne handelt“, sagt Close. „Aber sobald wir das MagAO-System anschalteten, trennte sich der diffuse Lichtpunkt wunderbar in zwei einzelne Sterne.“

(University of Arizona, 23.08.2013 – NPO)