Für Astronomen und Physiker sind die Tiefen des Weltraums eine Fundgrube, die uns Antworten auf einige der tiefsten Fragen der Existenz geben kann. Die Beobachtung des Weltraums birgt jedoch einige Herausforderungen, nicht zuletzt die visuelle Genauigkeit.
In diesem Fall verwenden Wissenschaftler die sogenannte aktive Optik, um äußere Einflüsse auszugleichen. Die Technik wurde erstmals in den 1980er Jahren entwickelt und beruhte auf der aktiven Formgebung der Spiegel eines Teleskops, um Verformungen zu verhindern. Dies ist bei Teleskopen mit einem Durchmesser von mehr als 8 Metern und segmentierten Spiegeln erforderlich.
Definition:
Der Name Active Optics bezieht sich auf ein System, das einen Spiegel (normalerweise den primären) in seiner optimalen Form gegen alle Umgebungsfaktoren hält. Die Technik korrigiert Verzerrungsfaktoren wie Schwerkraft (bei unterschiedlichen Teleskopneigungen), Wind, Temperaturänderungen, Verformung der Teleskopachse und andere.
Die adaptive Optik formt die Spiegel eines Teleskops aktiv, um Verformungen aufgrund äußerer Einflüsse (wie Wind, Temperatur und mechanische Beanspruchung) zu vermeiden, während das Teleskop aktiv ruhig und in seiner optimalen Form gehalten wird. Die Technik ermöglichte den Bau von 8-Meter-Teleskopen und solchen mit segmentierten Spiegeln.
Verwendung in der Astronomie:
In der Vergangenheit mussten die Spiegel eines Teleskops sehr dick sein, um ihre Form zu halten und genaue Beobachtungen zu gewährleisten, wenn sie über den Himmel suchten. Dies wurde jedoch bald unmöglich, da die Größen- und Gewichtsanforderungen unpraktisch wurden. Neue Teleskopgenerationen, die seit den 1980er Jahren gebaut wurden, haben sich stattdessen auf sehr dünne Spiegel verlassen.
Da diese jedoch zu dünn waren, um sich in der richtigen Form zu halten, wurden zwei Methoden eingeführt, um dies zu kompensieren. Einer war die Verwendung von Aktuatoren, die die Spiegel starr und in einer optimalen Form halten würden, der andere war die Verwendung kleiner, segmentierter Spiegel, die den größten Teil der Gravitationsverzerrung verhindern würden, die bei großen, dicken Spiegeln auftritt.
Diese Technik wird von den größten Teleskopen verwendet, die im letzten Jahrzehnt gebaut wurden. Dazu gehören unter anderem die Keck-Teleskope (Hawaii), das Nordic Optical Telescope (Kanarische Inseln), das New Technology Telescope (Chile) und das Telescopio Nazionale Galileo (Kanarische Inseln).
Andere Anwendungen:
Neben der Astronomie wird Active Optics auch für eine Reihe anderer Zwecke eingesetzt. Dazu gehören Laseraufbauten, bei denen Linsen und Spiegel verwendet werden, um den Verlauf eines fokussierten Strahls zu steuern. Interferometer, Geräte, mit denen störende elektromagnetische Wellen ausgesendet werden, sind ebenfalls auf Active Optics angewiesen.
Diese Inferometer werden für Zwecke der Astronomie, der Quantenmechanik, der Kernphysik, der Faseroptik und anderer Bereiche der wissenschaftlichen Forschung verwendet. Aktive Optiken werden auch für die Verwendung in der Röntgenbildgebung untersucht, wo aktiv verformbare Spiegel mit streifendem Einfall verwendet würden.
Adaptive Optik:
Active Optics ist nicht mit Adaptive Optics zu verwechseln, einer Technik, die auf einer viel kürzeren Zeitskala arbeitet, um atmosphärische Effekte auszugleichen. Die Einflüsse, die die aktive Optik kompensiert (Temperatur, Schwerkraft), sind an sich langsamer und haben eine größere Aberrationsamplitude.
Auf der anderen Seite korrigiert Adaptive Optics atmosphärische Verzerrungen, die sich auf das Bild auswirken. Diese Korrekturen müssen viel schneller sein, aber auch eine kleinere Amplitude haben. Aus diesem Grund verwendet die adaptive Optik kleinere Korrekturspiegel (häufig den zweiten, dritten oder vierten Spiegel in einem Teleskop).
Wir haben viele Artikel über Optik für das Space Magazine geschrieben. Hier ist das Photonensieb, das die Optik revolutionieren könnte. Was hat Galileo erfunden? Was hat Isaac Newton erfunden? Was sind die größten Teleskope der Welt?
Wir haben auch eine ganze Episode von Astronomy Cast rund um Adaptive Optics aufgenommen. Hören Sie hier, Episode 89: Adaptive Optik, Episode 133: Optische Astronomie und Episode 380: Die Grenzen der Optik.
Quellen:
- Wikipedia-aktive Optik
- Science Daily - Aktive Optik
- Europäische Südsternwarte - Aktive Optik
- Australia Telescope National Facility - Aktive Optik
