Künstlicher Leitstern

Künstlicher Leitstern

Das Keck-Observatorium projiziert einen Laserleitstern in den Nachthimmel

Ein künstlicher Leitstern oder Laserleitstern (englisch Laser Guide Star, LGS) ist ein durch einen Laserstrahl erzeugter Lichtpunkt in der oberen Atmosphäre. Er ermöglicht als „künstlicher Stern“ die Korrektur der Luftunruhe durch adaptive Optik, auch an Stellen des Himmels, wo kein entsprechend heller natürlicher Leitstern (Natural Guide Star, NGS) zur Verfügung steht.

Leitsterne für adaptive Optik

Systeme der adaptiven Optik an großen astronomischen Teleskopen benötigen den Lichtfleck eines natürlichen oder künstlichen Leitsterns, um die Turbulenzen der über dem Teleskop liegenden Schichten der Atmosphäre zu messen. Das Licht dieses Leitsterns wird mit dem Teleskop eingefangen und die Verzerrungen seiner Wellenfront werden mit einem Wellenfrontsensor, zum Beispiel einem Shack-Hartmann-Sensor, vermessen. Damit werden die Informationen gewonnen, um über ein elektronisches Regelsystem und einen verformbaren Spiegel die Wellenfront des eigentlichen Zielobjektes zu korrigieren. Dies führt zu schärferen Bildern von Objekten außerhalb der Atmosphäre (astronomische Objekte, aber auch Erdsatelliten). Bei guter Korrektur ist die Bildqualität dann nicht mehr vom Seeing, sondern von der Beugung des Lichts am Teleskopspiegel bestimmt.

Da die Verzerrungen durch die Luftunruhe sehr rasch veränderlich sind, muss der Leitstern hell sein, um genügend Photonen für viele Wellenfrontmessungen in einer Sekunde zu liefern. Er muss auch im isoplanatischen Fleck nahe am Zielobjekt stehen, da sonst das Licht vom Leitstern und vom Zielobjekt auf dem Weg zum Teleskop verschiedene turbulente Gebiete der Atmosphäre durchlaufen würde, so dass die am Leitstern gemessene Verzerrung nicht auf das Zielobjekt anwendbar wäre.

Es zeigt sich, dass für die meisten Gebiete des Himmels, besonders weit entfernt von der sternreichen Ebene der Milchstraße, kein genügend heller natürlicher Leitstern verfügbar ist. Für seltene Objektklassen wäre das eine starke Einschränkung der adaptiven Optik.

Laserleitsterne

Künstlicher Leitstern am VLT

Abhilfe schaffen Laserleitsterne, bei denen mit einer kleinen Fernrohroptik am Hauptteleskop ein heller Laserstrahl in die Richtung des Zielobjekts geschickt wird.

Bei Rayleigh-Laserleitsternen wird ein Laser im sichtbaren Licht oder nahen Ultraviolett benutzt, dessen Licht durch Rayleigh-Streuung an Molekülen und Aerosolen in den unteren 10–20 km der Atmosphäre zurückgestreut wird. Dadurch entsteht zunächst eine Lichtsäule, durch Verwendung gepulster Laser und Ausnutzung der Laufzeit des Lichts kann dies aber auf einen Lichtfleck in einer Schicht der Atmosphäre begrenzt werden.

Bei Natrium-Laserleitsternen wird stattdessen ein gepulster oder kontinuierlicher Laserstrahl mit der Wellenlänge der Natrium-D-Linie (589,2 nm) benutzt. Der Laserstrahl wird in der Atmosphäre in ca. 90 km Höhe von den Natriumatomen der Natriumschicht zurückgestreut.

Da auch der verwendete Laserstrahl durch die darunter liegenden Atmosphärenschichten abgelenkt wird, wird meist zusätzlich zum Laserleitstern ein normaler Stern beobachtet. Mit Hilfe dieses Sterns muss aber statt der gesamten Wellenfront nur die Verschiebung des beobachteten Bildes als Ganzes korrigiert werden, es reicht dafür ein relativ schwacher Stern.

Geschichte

Das erste erfolgreiche Projekt eines Laserleitsterns wurde für militärische Zwecke in den 1980er Jahren an der Starfire Optical Range in New Mexico durchgeführt und unterlag zunächst der Geheimhaltung. In den 1990er Jahren begannen erste zivile Experimente an astronomischen Teleskopen. Seit 2000 werden Laserleitsterne auch an Teleskopen der 8-m-Klasse wie dem Keck-Observatorium und dem Very Large Telescope installiert.

Siehe auch

Literatur

  • Claire E. Max et al.: Observing Techniques for Astronomical Laser Guide Star Adaptive Optics. In: Proc. SPIE. Band 3353, 1998, S. 277–281, Abstract, PDF.
  • Ian S. McLean: Laser Guide Star Systems. In: Ian S. McLean: Electronic imaging in astronomy - detectors and instrumentation. Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-76582-0, S. 63 ff.
  • Nancy Ageorges: Laser guide star adaptive optics for astronomy. Kluwer, Dordrecht 2000, ISBN 0-7923-6381-7.

Weblinks

 <Lang> Commons: Laser guide star – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Diese Artikel könnten dir auch gefallen



Die letzten News


04.05.2021
Handfeste Hinweise auf neue Physik
Das Fermilab (USA) hat heute erste Daten aus dem Myon g-2 Experiment veröffentlicht, welche die Messwerte des gleichnamigen, 2001 durchgeführten Experiments am Brookhaven National Laboratory bestätigen.
04.05.2021
Neuer Exoplanet um jungen sonnenähnlichen Stern entdeckt
Astronomen aus den Niederlanden, Belgien, Chile, den USA und Deutschland bilden neu entdeckten Exoplaneten „YSES 2b“ direkt neben seinem Mutterstern ab.
07.04.2021
Myon g-2: Kleines Teilchen mit großer Wirkung
Das Myon g-2-Experiment des Fermilab in den USA steht vor einem Sensationsmoment, der die Geschichte der Teilchenphysik neu schreiben könnte. Und vielleicht sogar Hinweise auf noch unbekannte Teilchen im Universum gibt.
02.04.2021
Zwei merkwürdige Planeten
Uranus und Neptun habe beide ein völlig schiefes Magnetfeld.
02.04.2021
Der erste interstellare Komet könnte der ursprünglichste sein, der je gefunden wurde
Neue Beobachtungen mit dem Very Large Telescope (VLT) der Europäischen Südsternwarte (ESO) deuten darauf hin, dass der abtrünnige Komet 2I/Borisov einer der ursprünglichsten ist, die je beobachtet wurden.
02.04.2021
Erstmals Atominterferometer im Weltraum demonstriert
Atominterferometer erlauben hochpräzise Messungen, indem sie den Wellencharakter von Atomen nutzen. Sie werden zum Beispiel für die Vermessung des Schwerefelds der Erde eingesetzt oder um Gravitationswellen aufzuspüren. Weitere Raketenmissionen sollen folgen.
02.04.2021
Sendungsverfolgung für eine Quantenpost
Quantenkommunikation ist abhörsicher, aber bislang nicht besonders effizient.
25.03.2021
Astronomen bilden Magnetfelder am Rand des Schwarzen Lochs von M 87 ab
Ein neuer Blick auf das massereiche Objekt im Zentrum der Galaxie M 87 zeigt das Erscheinungsbild in polarisierter Radiostrahlung.
24.03.2021
Die frühesten Strukturen des Universums
Das extrem junge Universum kann nicht direkt beobachtet werden, lässt sich aber mithilfe mathematischer Theorien rekonstruieren.
24.03.2021
Können Sternhaufen Teilchen höher beschleunigen als Supernovae?
Ein internationales Forschungsteam hat zum ersten Mal gezeigt, dass hochenergetische kosmische Strahlung in der Umgebung massereicher Sterne erzeugt wird. Neue Hinweise gefunden, wie kosmische Strahlung entsteht.
24.03.2021
Neue Resultate stellen physikalische Gesetze in Frage
Forschende der UZH und des CERN haben neue verblüffende Ergebnisse veröffentlicht.
21.03.2021
Elektronen eingegipst
Eine scheinbar einfache Wechselwirkung zwischen Elektronen kann in einem extremen Vielteilchenproblem zu verblüffenden Korrelationen führen.
21.03.2021
Chromatischer Lichtteilcheneffekt für die Entwicklung photonischer Quantennetzwerke enthüllt
Es ist ein weiterer Schritt auf dem Weg zur Entwicklung von Anwendungen der Quanteninformationsverarbeitung. In einem Schlüsselexperiment ist es gelungen, die bislang definierten Grenzen für Photonenanwendungen zu überschreiten.
18.03.2021
Stratosphärische Winde auf Jupiter erstmals gemessen
Mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) hat ein Team von Astronomen zum ersten Mal die Winde in der mittleren Atmosphäre des Jupiters direkt gemessen.
18.03.2021
Was Gravitationswellen über Dunkle Materie verraten
Die NANOGrav-Kollaboration hat kürzlich erste Hinweise auf sehr niederfrequente Gravitationswellen beobachtet.
18.03.2021
Filamente des kosmischen Netzwerks entdeckt
Einem internationalen Team von Astronominnen und Astronomen gelang zum ersten Mal die direkte Kartierung kosmischer Filamente im jungen Universum, weniger als zwei Milliarden Jahre nach dem Urknall. Die Beobachtungen zeigen sehr leuchtschwache Galaxien, und geben Hinweise auf deren Vorfahren.
18.03.2021
Blaupausen für das Fusionskraftwerk
Am 21 März 1991 erzeugte die Experimentieranlage ASDEX Upgrade im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching das erste Plasma.
12.03.2021
Was die reflektierte Strahlung von Exoplaneten verraten könnte
Als 1995 der erste Planet außerhalb unseres Sonnensystems gefunden wurde, war das eine Sensation, die später mit dem Physik-Nobelpreis gewürdigt wurde.
12.03.2021
Theoretische Lösung für Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit
Wenn Reisen zu fernen Sternen innerhalb der Lebenszeit eines Menschen möglich sein sollen, muss ein Antrieb gefunden werden, der schneller als Lichtgeschwindigkeit ist.
12.03.2021
Quantenkontrolle mit Fernbedienung
Quantentechnologien basieren auf der präzisen Kontrolle des Zustands und der Wechselwirkung einzelner Quantenteilchen.
12.03.2021
Wie Gesteine die Bewohnbarkeit von Exoplaneten beeinflussen
Die Verwitterung von Silikatgesteinen trägt massgeblich dazu bei, dass auf der Erde ein gemässigtes Klima herrscht.
12.03.2021
Roboter lernen schneller mit Quantentechnologie
Künstliche Intelligenz ist Teil unseres modernen Lebens und eine entscheidende Frage für praktische Anwendungen ist, wie schnell solche intelligenten Maschinen lernen können.
11.03.2021
Mikroskopisch kleine Wurmlöcher als theoretische Möglichkeit
In vielen Science-Fiction-Filmen spielen Wurmlöcher eine wichtige Rolle – als Abkürzung zwischen zwei weit entfernten Orten des Weltalls.
09.03.2021
Das am weitesten entfernte Radio-Leuchtfeuer im frühen Universum
Quasare sind die hellen Zentren von Galaxien, die von schwarzen Löchern angetrieben werden, und aktiv Materie ansammeln.
06.03.2021
Eine nahe, glühend heiße Super-Erde
In den vergangenen zweieinhalb Jahrzehnten haben Astronomen Tausende von Exoplaneten aus Gas, Eis und Gestein aufgespürt.