Astronomie

Die klaren Nächte auf dem 2.426 Meter hohen Roque de los Muchachos, der höchsten Erhebung La Palmas, sind ideal für den Blick des Gran Telescopio Canarias ins All. Foto: Nik Szymanek
Jürgen Breier

Jäger der Galaxien

Das weltgrößte Teleskop steht auf der Kanareninsel La Palma. Astronomen wollen damit eine zweite Erde finden.

Die Zukunft steht bekanntlich in den Sternen. Die Vergangenheit allerdings auch. Jahrtausendelang konnte man die Himmelskörper nur mit bloßem Auge betrachten, bis 1609 Galileo Galilei als erster ein Fernrohr für astronomische Beobachtungen einsetzte. Seine Nachfolger dringen inzwischen mit immer leistungsfähigeren Himmelsaugen tiefer und tiefer in das Universum vor. Sie wollen das Rätsel lösen, wie Sterne und Planeten entstehen – und damit unsere eigene kosmische Vergangenheit verstehen.

Paradies für Sternenforscher

Der neue Star unter den weltweiten Himmelsspähern ist das Gran Telescopio Canarias (GTC). Es steht auf dem 2.426 Meter hohen Roque de los Muchachos, der höchsten Erhebung auf La Palma. Die kanarische Insel gilt wie ihre Schwester Teneriffa wegen der klaren Nächte als idealer Standort, um das Universum zu beobachten. Rund 20 Großteleskope sind auf diesen Inseln schon im Einsatz. „Die Qualität der Beobachtung ist hier phantastisch, dank der transparenten Luft über den Wolken und der Passatwinde, die für eine gleichmäßige und laminare Luftströmung ohne Turbulenzen sorgen”, erklärt Pedro Alvarez, Direktor des GTC.
Quelle: SCHOTT
Das 41 Meter hohe und 500 Tonnen schwere GTC hat einen Hauptspiegel mit 10,4 Metern Durchmesser und ist damit das größte optische Teleskop der Welt. Nach siebenjähriger Bauzeit gab es Mitte Juli 2007 das sogenannte „First Light”. Zum ersten Mal öffnete sich die Luke und Sternenlicht fiel auf den noch nicht komplett montierten Spiegel. Augenzeugen dieses spannenden Moments waren sowohl internationale Astronomen als auch Ehrengäste, an der Spitze der spanische Kronprinz Felipe. Betreiber des fast 130 Millionen Euro teuren Galaxienjägers ist das Instituto de Astro-física de Canarias (IAC). Das Großteleskop auf La Palma soll nicht zuletzt den Standort auf den Kanarischen Inseln als Europäische Nordsternwarte – Gegenpol zur Europäischen Südsternwarte – festigen. Wenn weiterhin alles planmäßig verläuft, können die Forscher ab Ende 2008 ihre Arbeit aufnehmen.
Foto: Miguel Briganti, IAC
Hauptspiegel wiegt 18 Tonnen

Als modernes Großteleskop ist das Gran Telescopio Canarias sowohl mit einer aktiven als auch einer adaptiven Optik ausgestattet. Bei der aktiven Optik wird der Spiegel an Hunderten von Positionen hinten durch Verstellelemente gestützt, deren Längen bei einem Kippen der Spiegel nachreguliert werden, so dass diese auf jeden Fall die perfekte hyperbolische Form behalten. So werden kleinste geometrische Unregelmäßigkeiten des Gesamtsystems korrigiert, denn nur eine optimale Ausrichtung sichert eine hohe Abbildungsqualität. Die Technik der adaptiven Optik trägt dazu bei, dass die Bilder der Großteleskope nicht verschwimmen. Die Luft über den Himmelsaugen ist ständig in Bewegung, und die dadurch verursachten Schlieren sorgen für eine Unschärfe. Diese macht sich umso stärker bemerkbar, je größer das Fernrohr ist.

Der Hauptspiegel des Großteleskops auf La Palma setzt sich aus 36 leicht nach innen gewölbten sechseckigen Segmenten zusammen. Jedes misst 1,9 Meter in der Diagonalen, ist 8,5 Zentimeter dick und 500 Kilogramm schwer. Zusammen bilden sie eine Fläche von 75 Quadratmeter und wiegen rund 18 Tonnen. Den Auftrag zur Herstellung der Spiegelträger-Segmente hatte SCHOTT in Mainz erhalten. Die ersten Kontakte dazu gab es bereits 1994. Die Rohlinge bestehen aus Zerodur® Glaskeramik. Dieses von SCHOTT entwickelte Material hat einen Wärmeausdehnungskoeffizient von praktisch gleich Null. Das heißt, eine Veränderung der Abmessungen ist selbst bei starken Temperaturschwankungen kaum feststellbar und damit ist das Material ideal als Substrat für Teleskop- und Satellitenspiegel. Die hohen Anforderungen der Astronomen – nicht nur an die innere Qualität des Materials, sondern auch an die Genauigkeit der Geometrie durch die Bearbeitung – erforderten den Einsatz modernster Messtechnik. Dazu setzte der Technologiekonzern ein mobiles 3D-Laser-Tracker-System ein, das die Segmente auf hunderstel Millimeter genau misst. „Hochgerechnet auf eine Fläche, die etwa so groß ist wie Manhattan, betrüge die maximale Abweichung nur wenige Zentimeter”, macht SCHOTT Projektmanager Volker Wittmer die Präzisionsarbeit deutlich. Etwa acht Monate waren die Glasspezialisten mit der Produktion eines jeden Rohlings beschäftigt. Von Januar 2000 an verließen bis zu drei Segmente pro Monat, sicher verpackt in Spezialbehältern, die Werkshallen, um anschließend bei einem französischen Unternehmen nahe Paris die notwendige Feinpolitur zu erhalten. Danach wurden die Teilstücke mit einer reflektierenden Aluminiumschicht hauchdünn bedampft. Aufgrund klimatischer Einflüsse muss diese Beschichtung in regelmäßigen Zeitabständen erneuert werden. Daher hat der Auftraggeber sechs zusätzliche Module bestellt, die einen raschen Austausch ermöglichen und so Ausfallzeiten des Teleskops minimieren.
Mit dem GTC steht das bisher beste Instrument zur Erforschung des Himmels der Nordhalbkugel zur Verfügung. Die Leistungsfähigkeit ist vergleichbar mit dem Keck-Teleskop auf Hawaii und dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte auf dem Cerro Paranal in Chile. Das neue spanische Observatorium erhöht nicht nur die Zahl der Teleskope der Acht- bis Zehn-Meter-Klasse weltweit, es wird auch eine große Kollektoroberfläche mit einer ausgezeichneten Bildqualität vereinen. Die Beobachtungen werden sich zum einen auf weit entfernt liegende Objekte konzentrieren. Hiermit will man neue Erkenntnisse über Herkunft und Entwicklung von Galaxien sowie die Entstehung des Universums gewinnen. Zum anderen wird man Objekte ins Visier nehmen, die sehr lichtschwach sind, wie beispielsweise Planeten bei fernen Sonnen.

„Es wäre wunderbar, wenn dieses Teleskop uns dabei helfen könnte, einen Planeten zu finden, der unserem ähnlich ist”, hofft GTC-Direktor Pedro Alvarez
Riese unter den Teleskopen: Das GTC ist 41 Meter hoch, 500 Tonnen schwer und hat einen Hauptspiegel mit 10,4 Metern Durchmesser (ganz links). Dieser besteht aus 36 sechseckigen Segmenten (oben links), die zusammen eine Fläche von 75 Quadratmeter bilden und rund 18 Tonnen wiegen. GTC-Direktor Pedro Alvarez (unten links) will damit neue Erkenntnisse über ferne Galaxien und die Entstehung des Universums gewinnen. Im Juli 2007 öffnete sich die Luke zum ersten Blick ins All. Fotos: (links unten) GTC, (rechts) Ángel L. Aldai