400 Jahre Astronomisches Teleskop
400 Jahre Astronomisches Teleskop
400 Jahre Astronomisches Teleskop
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Max Camenzind<br />
Senioren Uni<br />
Würzburg WS 2011<br />
Meilenstein<br />
<strong>Teleskop</strong>entwicklung
<strong>400</strong> <strong>Jahre</strong><br />
<strong>Teleskop</strong>-<br />
Entwicklung<br />
Galilei Galileo 1609<br />
Johannes Kepler 1611
Unsere Themen<br />
• Beobachtungsfenster Erdatmosphäre<br />
• Optische Systeme: Auflösungsvermögen<br />
• Klassische Refraktoren: 1700 - 1860<br />
• Blütezeit Refraktoren Ende 19. Jahrhunderts<br />
• Observatorien des 20. Jh.: Mount Wilson,<br />
Palomar, Kitt Peak, ESO Chile, Calar Alto<br />
• Observatorien der Neuzeit: Mauna Kea, Mt.<br />
Paranal, Mt. Graham (LBT), GTC, …<br />
• Nähere Zukunft: LSST, GMT, TMT, E-ELT
Transparenz der Erdatmosphäre
Transparenz der Erdatmosphäre<br />
• Hängt von Dichte- und Temperaturverlauf ab;<br />
• Absorption durch N 2, O 2, O 3 (Ozon), CO 2, H 2O;<br />
• Streuung und Absorption an Staub
Erdatmosphäre
Beugung - Auflösungsvermögen<br />
Beugung an<br />
Kreis-Öffnung:<br />
�Airy-Scheibe<br />
(1835)<br />
�Punktquelle<br />
wird auf Scheibe<br />
abgebildet<br />
sin d = m l/D<br />
� 1. Min m = 1,220<br />
� 2. Max m = 1,635
Auflösungseffekte<br />
Schlechte Auflösung verschmiert die Quellen.<br />
� Verfälschung der Strukturen.<br />
IRAS 1983 ISO 1995 Spitzer 2003
Optische <strong>Teleskop</strong>e: das Auge<br />
• Historisch und bis heute wichtigster<br />
Wellenlängenbereich.<br />
• Auge:<br />
– Wellenlängenbereich: <strong>400</strong> - 800 nm<br />
– Öffnung: bis 7 mm<br />
– Auflösung: ca. 1 Bogenminute<br />
– Grenzhelligkeit ca. 6 mag.
Die ersten Refraktoren<br />
Optische <strong>Teleskop</strong>e: Refraktoren<br />
• Geschichte:<br />
– Erstes <strong>Teleskop</strong>: Hans Lippershey 1608<br />
– Erste astronomische Nutzung : Galileo Galilei 1609<br />
Heutiges Linsenteleskop (Refraktor)<br />
beruht auf dem Kepler´schen Fernrohr:<br />
Sammellinsen als Objektiv und Okular<br />
Vergrösserung: V = f obj/f Oku<br />
Probleme von Linsenfernrohren:<br />
- Chromatische Aberration<br />
(Brechungsindex ist Funktion von l)<br />
- Durchmesser auf 1m begrenzt.
Galilei – Kepler <strong>Teleskop</strong>e
Galilei<br />
(Fernglas)
Galilei erklärt sein <strong>Teleskop</strong>
Galilei’s<br />
Erkenntnisse
Galilei’s Milchstraße � Sterne
Nützliche Anwendungen …
Das “Bierbrauer <strong>Teleskop</strong>”<br />
Bierbrauer Hevelius <strong>Teleskop</strong> ~ 1670 / 40 m lang / Danzig
Hevelius Mondkarte ~ 1650
Romantische<br />
Zeiten<br />
Der 1835 aufgestellte<br />
Fraunhofersche Refraktor
Neue Observatorien<br />
• Geschichte<br />
– 18. Jhdt: erstes Großteleskop (Herschel)<br />
– 19. Jhdt: Zeit der großen Linsenfernrohre<br />
– 1917: 30 <strong>Jahre</strong> Mt Wilson 100 Zoll (2,5 m)<br />
• Nachweis des extragalaktischen Ursprungs der Spiralnebel<br />
(Hubble 1926).<br />
• Entdeckung der Expansion des Universums (Hubble 1929)<br />
• Auflösung des Andromedanebels in Einzelsterne (Baade<br />
1942).<br />
– 1948: 30 <strong>Jahre</strong> Mt Palomar 200 Zoll (5m)<br />
– 1976: Selentschuk im Kaukasus (6m)<br />
• Erster Spiegel: Fehlproduktion<br />
• Auch heute noch mechanische und thermische Probleme<br />
– 70er, 80er <strong>Jahre</strong>: mehrere 3,5 - 4m <strong>Teleskop</strong>e<br />
• ähnliche Bauart wie Mt Palomar.<br />
• z.B. Calar Alto 3,5m, ESO 3,6m, AAT 3,9m, Kitt Peak 4m
Ausgehendes 19. Jahrhundert<br />
Zeit der Refraktoren<br />
Observatoire de Paris 1889 (Grande Lunette, Meudon 33 Zoll)
Wien 1888
Wien 1888:<br />
27 Zoll Öffnung
Potsdam Babelsberg
Potsdam<br />
80 cm<br />
12,0 m<br />
Refraktoren - Linsenteleskope<br />
Thaw<br />
Pittsburgh<br />
30 Zoll
Das Yerkes Observatorium<br />
Yerkes Observatorium ist ein Institut des<br />
Department of Astronomy and Astrophysics<br />
der University of Chicago (Lake Geneva, 1897).
Refraktoren – das Meisterstück<br />
Yerkes Refraktor (1897): 40 Zoll Öffnung (102 cm), f = 19,4 m
Riesenteleskop Berlin 1896
Die ersten Spiegelteleskope<br />
• Erstes Spiegelteleskop: Newton (1668)<br />
– Vorteile des Spiegelteleskops gegenüber Refraktor:<br />
• Nur eine große optische Fläche zu schleifen.<br />
• Kann auf der ganzen Fläche gelagert werden.<br />
• Geringere Anforderungen and die Glasqualität.<br />
• Kompakte Bauweisen möglich.<br />
– Heutige Großtelekope ausschließlich Spiegeltelesk.
Fokal-<br />
Systeme<br />
Reflektor<br />
Primär-Fokus<br />
Cassegrain<br />
Fokus<br />
Coude-Fokus:<br />
ortsfester<br />
Fokus<br />
durch mehrere<br />
Umlenkspiegel<br />
Cassegrain Fokus
Friedrich Wilhelm Herschel<br />
(1738-1822) - 40 Fuß-<strong>Teleskop</strong><br />
• Er entdeckte den<br />
siebten Planeten:<br />
Uranus (1781)<br />
• „Erfinder“ des<br />
astronomischen<br />
Großteleskops<br />
• Hat sich nicht<br />
durchgesetzt.
Lilienthal ~ 1793 Bremen
Leviathan 1845 – 1,83 m<br />
Birr - Metallspiegel 60% Reflexion<br />
William Parsons � Nebel „Andromeda“ besteht aus Sternen !
Leviathan 2005 Nachbau
Lord Rosses Whirlpool Galaxy
60 Zoll 1908<br />
100 Zoll 1917 � 2,54 m<br />
� 30 <strong>Jahre</strong> lang das führende <strong>Teleskop</strong> (Hubble)
1917 -- First equatorial giant � 100 Zoll (2,5m)<br />
Hooker <strong>Teleskop</strong> auf Mt. Wilson � Hubble’s “Besitz”
Palomar Observatory<br />
Hale <strong>Teleskop</strong><br />
1948 eröffnet<br />
Spiegel in New York hergestellt
Hale <strong>Teleskop</strong><br />
200 Zoll (5 m)<br />
(1948)
Hale <strong>Teleskop</strong> - Cassegrain
Palomar Schmidt-Spiegel<br />
� POSS I + II
Selentschuk-Observatorium<br />
SAO 6m<br />
Kaukasus<br />
1975 erstes Licht<br />
Spiegel gekühlt<br />
Bolschoi <strong>Teleskop</strong>
Kitt Peak National Observatory<br />
1958 gegründet / Arizona Tucson 2097 müM
Kitt Peak<br />
WIYN<br />
Telescope<br />
1994 in Betrieb<br />
3,5 m dünn Spiegel<br />
46 t Spiegel<br />
�aktive Optik<br />
�Verschiedene<br />
Fokalsysteme:<br />
Cassegrain<br />
Nasmyth
Azimuth - Nasmyth Fokus
ESO<br />
La Silla<br />
seit 1964<br />
2<strong>400</strong> m üM
ESO Hauptquartier Garching
ESO 3,6 m (1976)<br />
La Silla
ESO<br />
3,6 m<br />
<strong>Teleskop</strong><br />
-<br />
Casse-<br />
Grain<br />
Fokus
<strong>Teleskop</strong>e deutscher Astronomen
Calar Alto<br />
3,5 m Spiegel<br />
1983 erstes Licht
CFHT<br />
Observatorium auf<br />
Hawaii<br />
Nordhalbkugel<br />
seit 1968
Mauna Kea<br />
Mauna Loa<br />
Hawaii
Mauna Kea <strong>Teleskop</strong>e
Modernes (Carbon)<br />
Ritchey-Chretien<br />
16 Zoll <strong>Teleskop</strong><br />
(hyperbol. Spiegel)<br />
Preis: $38.000<br />
Leitfernrohr
Probleme großer Spiegel<br />
• Generelles Problem großer Spiegel im<br />
klassischen Design:<br />
– Glas ist eine Flüssigkeit<br />
– statische Stabilität: möglichst dicke Spiegel<br />
– Schnelle thermische Adaption (maximal ~1h):<br />
möglichst dünne Spiegel<br />
– Geringe Verformung: teure Gläser (Zerodur)<br />
– Schon bei ca. 50 cm sind bei klassischem Design<br />
beide Bedingungen nicht einzuhalten (� Probleme<br />
beim 6m-<strong>Teleskop</strong>)<br />
– Beispiel: Palomar 5m: thermische Adaptionszeit: ca.<br />
3 Wochen<br />
�seit ~1980: aktive Optiken
Großteleskope der Neuzeit
Keck (Mauna Kea)<br />
Keck-Plattform<br />
Segmentierte Spiegel
Hawaii: Keck I & II<br />
1993 & 1996 in Betrieb
Paranal Observatorium ESO
VLT<br />
Mount<br />
Paranal<br />
(Chile)<br />
4 Units<br />
-<br />
Kueyen<br />
Antu<br />
Melipal<br />
Yepun
Paranal Plattform<br />
• 4 VLT <strong>Teleskop</strong>e<br />
• Hilfsteleskope (Interferometrie)<br />
• Survey <strong>Teleskop</strong>e
Kueyen<br />
Paranal
FORS<br />
LSW<br />
1. Detektor<br />
Cassegrain
FORS2<br />
Das FORS2-<br />
Instrument<br />
(gelb) im<br />
Cassegrain-<br />
Fokus von<br />
VLT-<strong>Teleskop</strong> 2,<br />
das für<br />
Testzwecke<br />
fast horizontal<br />
geneigt ist.<br />
Höhe: 3 m,<br />
Durchmesser:<br />
1,6 m,<br />
Gewicht:<br />
2.5 Tonnen
MIDI<br />
VLTI<br />
(MPIA)<br />
-<br />
Interfero<br />
-metrie<br />
mit<br />
2 VLTs
Gran Telescopio Canarias – 10,4 m
GTC
Large Binocular Telescope LBT<br />
Mount Graham / Arizona / 25% Deutschland<br />
• 2 x 8,4-m<br />
Spiegel<br />
• Optische<br />
Bank<br />
• Interfero<br />
metrie
LBT hat 2 co-pointing Primärfokus<br />
+ 1 Gregorian focal station
Observatorien der Zukunft
Large Synoptic Survey Telescope<br />
8-m LSST / Cerro Pachon / 2005
Large Synoptic Survey Tel LSST
LSST
Large Synoptic Survey Telescope<br />
Spiegel & Fokal-System
Large Synoptic Survey Telescope<br />
Fokal-System
Giant Magellan T<br />
Optische Eigensch:<br />
• 7 x 8,4m Spiegel<br />
• 18m Fokallänge<br />
• f/0.7 Primärspiegel<br />
• f/8 Gregory Fokus<br />
• 21,4 m equivalent<br />
Sammelfläche<br />
• 24,5 m equivalent<br />
Winkelauflösung<br />
• 20 - 25’ Bildfeld
GMT – Cerro Las Campanas<br />
Gregory Fokus Cassegrain Fokus
GMT – Cerro Las Campanas - 2018
TMT<br />
Observatory<br />
Corporation<br />
2003<br />
West Coast<br />
� Thirty<br />
Meter<br />
Telescope TMT<br />
30 m, 492 Segment<br />
Hawaii ~ 2018
E-ELT / ESO<br />
Konzept 2011:<br />
� In Betrieb ~ 2018<br />
� 39,3 m Primary<br />
� 6m Secondary !<br />
� 960 Segmente
E-ELT Nasmyth Fokus
E-ELT – Cerro Armazones<br />
3060 müM Chile
ALMA<br />
Chile<br />
ESO Projekt
ALMA = Atacama Large Millimeter Array:<br />
Sajnantor Chile: ~ 64 x 12 Meter Tische<br />
Basis Linien: 150 Meter bis 10 km
Zusammenfassung<br />
• In <strong>400</strong> <strong>Jahre</strong>n hat sich eine gewaltige<br />
Entwicklung in der <strong>Teleskop</strong>technik<br />
vollzogen. Heutiger Standard: 8 – 10 m.<br />
• Wer die besten <strong>Teleskop</strong>e hat, kann die<br />
Astronomie weiter bringen (Bsp. Hubble).<br />
• Wird in den nächsten 10 <strong>Jahre</strong>n weiter<br />
entwickelt � 30 – 40 m <strong>Teleskop</strong>e.<br />
• Radio <strong>Teleskop</strong>e werden erst seit dem 2.<br />
Weltkrieg gebaut � ALMA, LOFAR, SKA.
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