Ein Glaschip von wenigen Zentimetern Größe übernimmt eine Aufgabe, für die Astronomen bislang aufwendige optische Systeme benötigten. Forschende haben damit erfolgreich das Licht zweier Teleskope kombiniert. Mehr als 15 Jahre Entwicklungsarbeit stecken in der Technik.
Ein Glaschip, kaum größer als eine Briefmarke, könnte künftig einen Teil der aufwendigen Optik großer Teleskopanlagen ersetzen. Forschende der schottischen Heriot-Watt University haben gemeinsam mit Partnern aus Deutschland und den USA einen Chip entwickelt, der das Licht zweier Teleskope zusammenführt. Bei Beobachtungen am CHARA-Observatorium in Kalifornien hat das erstmals mit dieser Technologie funktioniert.
Der Chip ist das Herzstück eines neuen Messinstruments namens CHARIOT. Die Ergebnisse sind im September 2026 in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society erschienen. Erstautorin ist Aline Dinkelaker vom Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam.
Warum Astronomen mehrere Teleskope verbinden
Wer weit entfernte Sterne genauer untersuchen möchte, muss möglichst kleine Details erkennen können. Große Teleskopspiegel helfen dabei. Doch ihr Bau ist teuer und technisch anspruchsvoll. Eine Alternative besteht darin, mehrere Teleskope gemeinsam zu nutzen. Bei der sogenannten Interferometrie werden die Lichtstrahlen verschiedener Instrumente miteinander kombiniert. Entscheidend ist dabei unter anderem der Abstand zwischen den Teleskopen.
Stehen sie weit auseinander, können Astronomen feinere Details erkennen, als es mit einem einzelnen kleinen Teleskop möglich wäre. Die erreichbare Winkelauflösung kann der eines viel größeren Spiegels entsprechen. Allerdings sammeln die zusammengeschalteten Teleskope nicht genauso viel Licht wie ein solcher Riesenspiegel. Wie unterschiedlich große Teleskope und Teleskopverbünde arbeiten, zeigt auch unser Überblick über die größten Teleskope der Welt.
Das Zusammenschalten ist allerdings kompliziert. Die Lichtstrahlen legen unterschiedliche Wege zurück und müssen äußerst genau aufeinander abgestimmt werden. Schon kleinste Abweichungen können die Messung beeinflussen. Bislang kommen dafür häufig größere optische Anlagen mit Spiegeln, Linsen und weiteren Bauteilen zum Einsatz. Einen Teil dieser Arbeit kann nun ein wenige Zentimeter großer Glaschip übernehmen.
Wie der Glaschip das Sternenlicht kombiniert
Im Inneren des Chips verlaufen winzige Lichtkanäle, sogenannte Wellenleiter. Sie führen das Licht auf festgelegten Wegen durch das Glas, ähnlich wie eine Glasfaser. Die Forschenden erzeugen diese Kanäle mit extrem kurzen Laserpulsen. Dabei verändert der Laser gezielt die Eigenschaften des Materials, sodass das Licht anschließend den vorgegebenen Wegen folgt.
Verwendet wird ein spezielles Quarzglas namens Infrasil. Es lässt die für das Instrument wichtige Infrarotstrahlung gut passieren. CHARIOT arbeitet bei Wellenlängen um 2,2 µm, also in einem Bereich, den das menschliche Auge nicht wahrnehmen kann.
Das Licht beider Teleskope gelangt über Glasfasern in den Chip. Dort wird es aufgeteilt und überlagert. Dabei entstehen charakteristische Signale, die als Interferenzsignale bezeichnet werden. Aus ihnen können Astronomen beispielsweise Informationen über die Größe eines Sterns gewinnen.
Die hohe Auflösung entsteht weiterhin durch den Abstand der Teleskope. Der Glaschip sorgt dafür, dass sich ihre Lichtsignale gemeinsam auswerten lassen. Robert Thomson von der Heriot-Watt University erklärt in einer Pressemitteilung seiner Hochschule vom 27. Oktober 2026 (aus dem Englischen übersetzt):
„Traditionell erfordert die Kombination des Lichts mehrerer Teleskope sperrige Instrumente mit komplexen Anordnungen aus Spiegeln und Linsen. Wir haben gezeigt, dass ein großer Teil dieser Arbeit stattdessen von einem nur wenige Zentimeter großen Glaschip übernommen werden kann.“
Erfolgreicher Praxistest in Kalifornien
Getestet wurde der Chip am CHARA Array auf dem Mount Wilson in Kalifornien. Dort stehen sechs Teleskope, deren Licht für hochauflösende astronomische Messungen kombiniert werden kann. Das neue Instrument CHARIOT nutzt zunächst das Licht von jeweils zwei Teleskopen. Die ersten erfolgreichen Beobachtungen fanden bereits im Mai 2024 statt. Weitere Tests folgten im Oktober 2024 und Juli 2025.
Dabei gelang es, Interferenzsignale verschiedener Sterne zu erfassen. Die Forschenden konnten damit zeigen, dass der Chip nicht nur im Labor, sondern auch unter realen Beobachtungsbedingungen funktioniert.
Bei besonders hellen Sternen erreichte das Instrument bereits eine hohe Messpräzision. Für eine wichtige Kenngröße der Lichtüberlagerung lag die relative statistische Unsicherheit unter 1 %. Das ist allerdings kein allgemeiner Genauigkeitswert für sämtliche Messungen. Auch bei der Empfindlichkeit gab es Fortschritte. CHARIOT konnte Interferenzsignale von schwächeren Sternen nachweisen als das zuvor eingesetzte Instrument JouFLU.
Insgesamt erreicht das neue System bislang ungefähr die Leistungsfähigkeit seines Vorgängers. Bei der Messpräzision besonders heller und mittelheller Sterne war JouFLU teilweise noch überlegen. Die neue Technik hat also nicht sämtliche bisherigen Leistungsgrenzen überwunden.
Neue Chips lassen sich innerhalb weniger Stunden austauschen
Der Glaschip bietet einen weiteren Vorteil: Er lässt sich vergleichsweise einfach austauschen. CHARIOT wurde als Testplattform für neue photonische Bauteile entwickelt. Die Chips sind über Glasfasern mit dem Messinstrument verbunden. Nach Angaben der Heriot-Watt University können sie innerhalb weniger Stunden gegen andere Modelle ausgetauscht werden.
Das erleichtert es den Forschenden, unterschiedliche Bauformen direkt am Teleskop zu testen. Auch Verbesserungen lassen sich ausprobieren, ohne jedes Mal ein vollständig neues Messinstrument entwickeln zu müssen. Der Chip ersetzt allerdings nicht die gesamte Optik. Spiegel, Linsen, Einrichtungen zur Anpassung der Lichtwege und empfindliche Detektoren werden weiterhin benötigt.
Für Robert Thomson ist der erfolgreiche Praxistest ein wichtiger Schritt. In der Hochschulmitteilung sagt er (aus dem Englischen übersetzt): „Dies ist ein bedeutender Meilenstein für ein Forschungsprogramm, das vor mehr als 15 Jahren begonnen hat.“
Künftig sollen vier Teleskope zusammenarbeiten
Die Forschenden wollen CHARIOT nun weiter verbessern. Ein Ziel ist es, schwächere Lichtsignale genauer zu erfassen. Dafür müssen sie unter anderem die Datenerfassung und die Verarbeitung der Messsignale optimieren.
Langfristig untersuchen sie außerdem, ob sich das Instrument von zwei auf vier Teleskope erweitern lässt. Auch eine Kühlung des Strahlkombinierers wird erwogen. Sie könnte störende Wärmestrahlung verringern, die besonders bei empfindlichen Infrarotmessungen eine Rolle spielt.
Solche Verbesserungen könnten künftig auch für die Untersuchung von Staub in der Umgebung anderer Sterne interessant werden. Dieser Staub liefert Hinweise auf die Entstehung und Entwicklung von Planetensystemen.
Bis dahin sind weitere Tests erforderlich. Die bisherigen Beobachtungen haben vor allem eines gezeigt: Ein wesentlicher Teil der optischen Strahlkombination lässt sich auf einen nur wenige Zentimeter großen Chip verlagern.
Quellen
- Dinkelaker et al. (2026): Stellar interferometry with a K-band integrated optics beam combiner instrument at the CHARA Array – I. First on-sky fringes for CHARIOT. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, veröffentlicht am 21. September 2026. Originalstudie mit Instrumentenaufbau und Messdaten.
- Heriot-Watt University: Tiny photonic chip links telescopes together to view the universe in astonishing details. Pressemitteilung vom 27. Oktober 2026 mit den Originalzitaten.
- Heriot-Watt Research Portal: CHARIOT-Forschungsveröffentlichung. Bibliografische Angaben, Projektbeteiligte und wissenschaftliche Zusammenfassung.
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