SCHOTT solutions Nr. 1/2010 > Astronomie

Wenn Teilchen aus Sonneneruptionen auf die Erde treffen, erzeugen sie Polarlichter, können aber auch zu Stromausfällen oder Telekommunikationsstörungen führen – damit uns dies nicht unvorbereitet trifft, wird künftig das Sonnenteleskop GREGOR stets ein waches Auge über uns haben. Foto: Kiepenheuer Institut

GREGOR der Große


Sonnenteleskope brauchen
besonders temperaturstabile Spiegel. Die Fortschrittlichsten arbeiten heute mit Zerodur® Glaskeramik.


Gerhard Samulat

Gespannt warteten die Astronomen vom Freiburger Kiepen­heuer-Institut für Sonnenphysik auf die wichtigste Komponente ihres neuen Sonnenteleskops GREGOR: den 1,5 Meter durchmessenden und aufwendig gewichtserleichterten Hauptspiegel aus Zerodur® Glaskeramik. Alle anderen Komponenten des Observatoriums, das in der Nähe des ­Teide, Spaniens höchstem Berg, auf der Kanareninsel Teneriffa steht, sind bereits fertig und wurden von den Astronomen mit einem Testspiegel geprüft. Mit der hochgradig temperaturstabilen Glaskeramik von SCHOTT arbeiten bereits die leistungsstärksten Sonnenteleskope der Welt: das Big Bear Solar Observatory BBSO in Kalifornien, das schwedische Sonnenteleskop SST, das sich wie GREGOR auf den Kanaren befindet, sowie Sunrise, das Mitte 2009 an einem Ballon über dem arktischen Polarkreis in die Luft stieg. Der Werkstoff Zerodur® gilt zudem als „heißester” Kandidat für die nächste Generation an Sonnen­teleskopen, für das amerikanische Advanced Technology Solar Telescope ATST auf Hawaii ebenso wie für das europäische European Solar Telescope EST, das auf Teneriffa errichtet werden soll. Obgleich die Spiegelträger der direkten Sonneneinstrahlung ausgesetzt sind, dehnen sie sich bei Hitze nur unmerklich aus: „Wir haben einmal berechnet, dass sich die Länge eines zehn Kilometer langen Zerodur® Stücks zwischen Sommer und Winter nur etwa um einen Zentimeter verändert”, sagt Dr. Thomas Westerhoff, Leiter Produktgruppe Zerodur® von SCHOTT.
Der Zerodur® Spiegelträger – hier beim Polieren – hat auf der Rückseite eine auf­wendige Taschenstruktur, die der optimalen Gewichts­erleichterung dient. Foto: Carl Zeiss
Bei der Herstellung der komplexen Geometrie war höchste Präzision gefordert. „Trotzdem konnten wir die vereinbarte Formgenauigkeit zum Teil sogar deutlich unterbieten“, sagt Dr. Westerhoff. „An einigen Stellen durften wir nicht mehr als 40 Mikrometer von den vorgegebenen Werten abweichen”, erzählt er. Das entspricht etwa der Hälfte der Dicke eines Haares. Hinzu kommt, dass sich die Kunden für ihr Glanzstück keine einfache Geometrie wünschten: Für scharfe Bilder der Sonne muss der Spiegel asphärisch geformt sein. Das heißt, die Oberfläche hat in der Mitte einen anderen Krümmungsradius als an den Außenrändern. „Die Hüllkurve haben wir deutlich besser hinbekommen als vereinbart“, verrät Westerhoff. Das erleichterte den Aufwand für das Polieren bei Carl Zeiss in Ober­kochen. „Die größte Herausforderung bestand allerdings darin, Personal und Technik optimal in den Fertigungsprozess einzubinden“, ergänzt der verantwortliche Fertigungsleiter Thomas Werner. In der dreimonatigen Bearbeitungszeit wurden mehr als 450 eng tolerierte geometrische Merkmale fehlerfrei gefertigt. GREGOR verfügt über eine adaptive Optik. Sie kompensiert die Wirkung der Luftunruhe der Erdatmosphäre auf das Sonnenbild, welches sonst unscharf erscheinen würde. Die Astronomen können so kleinste Strukturen mit einer Größe von nur 50 Kilometern auf der gut 150 Millionen Kilometer entfernten Sonnenoberfläche beobachten.

Wenn das Teleskop, das vom Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik in Freiburg, dem Astrophysikalischen Institut Potsdam, dem Institut für Astrophysik Göttingen und dem Max-Planck-Institut für Sonnensystem­forschung errichtet wurde, vollständig ist, gestatten ihm seine Instrumente, viele Eigenschaften des Zentralgestirns mit bislang ungekannter Präzision zu vermessen. Das gilt insbesondere für sein wechselhaftes Magnetfeld, das für Sonnenflecken sowie für Ausbrüche gewaltiger Mengen an Sonnenmaterie verantwortlich gemacht wird.
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ZERODUR® Glaskeramik