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Ausgewählte Ausgabe: S1-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Sonnenbeobachtung mit bisher unerreichter Genauigkeit durch Längenmessgeräte

Sie scheint zum Greifen nah und sorgt dafür, dass auf der Erde Leben wächst und gedeiht: die Sonne. Trotzdem wissen wir noch erstaunlich wenig über die Vorgänge in diesem Stern. Das wollen Sonnen- forscher mit dem neuen DKIST-Sonnenteleskop auf Hawaii ändern. Das Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik in Freiburg entwickelt dafür einen Visible Tunable Filter. Die Einstellung des Filters steuern Längenmessgeräte von Heidenhain mit einer Genauigkeit von unter einem Nanometer.


„Wir wissen, dass etwas auf der Sonnenoberfläche vor sich geht. Aber wir können nicht sehen, warum!“ So beschreibt Prof. Dr. Wolfgang Schmidt, Leiter Beobachtung im Bereich Experimentelle Sonnenphysik am Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik in Freiburg, die aktuellen Möglichkeiten der Sonnenforschung. Den Blick auf das Warum soll ab 2019 das neue DKIST-Sonnenteleskop auf Hawaii ermöglichen. Mit 4 m Spiegeldurchmesser wird es das größte Sonnenteleskop weltweit sein und damit einen besonders detailreichen Blick auf die Sonnenoberfläche ermöglichen.

Erstmals Blick auf die Details

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Bild 1
Aufnahme eines Flecks auf der Sonnenober- fläche mit aktueller Technologie: DKIST wird eine deutlich höhere Auflösung liefern und den Blick auf viel mehr Details freigeben.

„Bisher sehen wir immer nur eine Summe von Veränderungen auf der Sonne (Bild 1). Mit dem neuen Teleskop werden wir Strukturen ab 20 km Größe auf der Sonnenoberfläche und damit einzelne Änderungen erkennen können“, führt Prof. Dr. Wolfgang Schmidt weiter aus. Das klingt zunächst nicht besonders aufregend. Aber diese Auflösung reicht völlig aus, um einen Blick auf die Details der Vorgänge zu werfen, die auf der Sonnenoberfläche ablaufen. Unterhalb dieser Auflösung, davon gehen die Sonnenforscher aus, passiert auf der Sonne, im Gegensatz zur Erde oder zu anderen Planeten mit kalter beziehungsweise fester Oberfläche, nicht viel. Denn die Gasstruktur der Sonne und die herrschenden Temperaturen von über 6000 °C sorgen für zu viel Bewegung der Atome.
Welche gewaltige optische Leistung für diesen Blick auf die Sonnenoberfläche erforderlich ist, veranschaulicht Prof. Dr. Wolfgang Schmidt mit einem einfachen Beispiel: „Von der Erde aus mit einem Teleskop auf die Sonne zu blicken und dabei Strukturen ab 20 km Größe zu erkennen ist dasselbe wie aus 40 km Entfernung Zeitung zu lesen. Und zwar den Text, nicht die Überschriften.“ Man könnte mit dem DKIST-Teleskop also von Calais über den Ärmelkanal hinweg eine Zeitung am Hafenkiosk von Dover lesen.

Instrumente am Teleskop werten Sonnenbilder aus

Diese optische Leistungsfähigkeit des DKIST-Teleskops ist die Voraussetzung dafür, dass an das Teleskop angebaute Instrumente den Wissenschaftlern aus aller Welt neue Einblicke in die Vorgänge auf der Sonne eröffnen werden. Eines davon entwickelt das Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik in Freiburg: den Visible Tunable Filter, kurz VTF. Der VTF wird es ermöglichen, genau definierte, sehr schmale Wellenlängenbänder des von der Sonnenoberfläche abgestrahlten Lichts zu untersuchen. Daraus können die Sonnenforscher unter anderem Informationen über Plasmatemperatur, Druckverhältnisse, Magnetfeldstärken und Plasmabewegungen auf der Sonnenoberfläche ablesen und Daten über die Veränderungen im Magnetfeld der Sonne gewinnen.
Der Aufbau des VTF-Filters ist prinzipiell sehr einfach. Das Sonnenlicht wird durch einen Luftspalt zwischen zwei beschichteten, teildurchlässigen Glasplatten hindurch geführt. Hierdurch kommt es zur Interferenz des mehrfach im Luftspalt reflektieren Lichts. Das führt zu einer Filterung der Wellenlängen, der herausgefilterte Spektralbereich ergibt sich aus der Breite des Luftspalts und damit aus dem Abstand der Glasplatten zueinander. So einfach, so gut. Wären da nicht die Dimensionen der Glasplatten und die Anforderungen an die Präzision der Glasplatten und den Luftspalt. Das ganze VTF samt Trägerkonstruktion wird so, wie es 2019 auf Hawaii in Betrieb genommen wird, zwei Stockwerke hoch und rund vier Tonnen schwer sein. Allein eine der beiden Glasplatten wiegt mehr als 20 kg.

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Autoren

 Florian Schindler

Produktmarketing Heidenhain

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