Universitäts-Sternwarte München

Fakultät für Physik der Ludwig-Maximilians-Universität

Geschichte der Sternwarte

ESO-Instrumente – MICADO

Schon kurz nachdem das VLT in Betrieb gegangen war begannen bei ESO die Planungen für einen neuen Meilenstein der Teleskopentwicklung: Es sollte mit einem finanziellen Aufwand von etwa einer Milliarde € das weltweit größte optische Teleskop mit einem Hauptspiegel von knapp 40 Metern Durchmesser auf den Weg gebracht werden, der aus 798 sechseckigen Spiegelelementen zusammengesetzt wird. Der zunächst vorgesehene Durchmesser von 42 Metern war aus finanziellen Gründen verringert worden. Schon lange bevor 2010 die endgültige Entscheidung zum Bau dieses European Extremely Large Telescope (E-ELT) gefallen war, hatte ESO Instrumentierungs-Ausschreibungen vorgenommen. Dabei erhielt im Dezember 2007 ein internationales Konsortium, dem auch die Sternwarte Bogenhausen angehört, den Zuschlag zur Durchführung einer Designstudie für die First Light-Kamera MICADO (Multi-AO (Adaptive Optics) Imaging Camera for Deep Observations). Das Instrument sollte das Arbeiten in mehreren Moden erlauben, um die bahnbrechenden Optionen des E-ELT bzgl. Lichtsammelleistung und räumlicher Auflösung optimal nutzen können. Eine weitere Vorgabe der ESO war, dass die Kamera für den Einsatz mit unterschiedlichen Methoden der adaptiven Optik ausgelegt werden sollte. Bei diesen Verfahren werden die durch die Luftunruhe hervorgerufenen und ein unscharfes Bild verursachenden Wellenfrontstörungen kompensiert, indem man die Schwankungen künstlicher, durch Laserstrahlen in der oberen Atmosphäre erzeugter »Leitsterne« analysiert und das Objektbild entsprechend etwa einhundert Mal pro Sekunde korrigiert. Ohne eine derartige Technik könnten Großteleskope ihre theoretischen Möglichkeiten nicht ausnutzen.

Nachdem weltweit Standorte für das Riesenteleskop intensiv untersucht worden waren, entschied sich ESO 2010 für den Cerro Armazones, einen 3060 Meter hohen Berg, der nur 20 km Luftlinie vom Cerro Paranal entfernt liegt und in dessen unmittelbarer Umgebung bereits seit 1995 Observatorien der Ruhr-Universität Bochum und der Universität Antofagasta mit einigen kleineren Teleskopen arbeiteten. Die chilenische Regierung überließ daraufhin ESO 189 km² Land um den Berg und erklärte weitere 362 km² für 50 Jahre zum Schutzgebiet, um Beeinträchtigungen durch etwaige Bergbauarbeiten zu verhindern. Damit waren die Weichen für eine intensivere und konkretere Planung des Instruments durch das zwischenzeitlich stark angewachsene Konsortium gestellt, dem neben der Sternwarte Bogenhausen zunächst nur das Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik in Garching, das Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, das Institut für Systemdynamik der Universität Stuttgart, die Universitäten von Groningen und Leiden und das Osservatorio Astronomico di Padova angehörten. Etwas später waren dann noch das Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique des Observatoire de Paris, das Institut für Astrophysik der Universität Göttingen (ehemals Universitäts-Sternwarte), das Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble und schließlich noch die astronomischen Institute der Universitäten Wien, Innsbruck und Linz beigetreten. Die Arbeitsteilung innerhalb des Konsortiums orientiert sich dabei an den speziellen Erfahrungen der Partner bei der Realisierung entsprechender Großprojekte und den Möglichkeiten der vorhandenen und einzuwerbenden Ressourcen. So bringt die Sternwarte Bogenhausen auch in dieses Projekt wieder ihre schon bewährte Kompetenz in der Entwicklung der gesamten Elektronik und Instrumentensoftware (incl. Beobachtungsvorbereitungs-, Beobachtungs-, Kalibrations- und Wartungssoftware) ein und beteiligt sich außerdem an der Lösung kryomechanischer Teilprobleme. Da ESO für die elektronischen Mess- und Steuerungseinheiten der E-ELT-Instrumente entsprechend den modernen Entwicklungen auf diesem Gebiet neue Standards (u. a. speicherprogrammierbare Steuerungen) für Software und Hardware vorgegeben hat, darf der Wissensstand in der Instrumentengruppe nicht stagnieren, sondern muss sich immer wieder neuen Herausforderungen stellen.

Die gegenwärtige Planung sieht vor, dass MICADO nicht nur, wie ursprünglich beabsichtigt, als Infrarotkamera arbeiten wird, sondern auch spektroskopische und koronographische Beobachtungen erlauben soll. Damit kann dann nach der für 2024 geplanten Indienststellung eine große Zahl fundamentaler Fragestellungen einer Lösung nahegebracht werden, die vom Studium erdähnlicher Exoplaneten und der Analyse der schwächsten Sterne in der Milchstraße über Einzelsternanalysen stellarer Populationen von Galaxien im lokalen Universum, dem Aufbau galaktischer Kerne um Schwarze Löcher bis hin zur Struktur höchstrotverschobener Galaxien und der Beobachtung von »First Light« im Universum reichen. Die Kombination MICADO/E-ELT ist daher in der Lage, als Zeitmaschine die Bildung der ersten Sterne und Galaxien, die einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall stattfand, zu erkunden.

Der 3060 Meter hohe Cerro Armazones wurde 2010 von ESO als Standort für das E-ELT ausgewählt. Er liegt in Sichtweite des Cerro Paranal, nur etwa 20 km Luftlinie von diesem entfernt. Das Bild zeigt den Berg vor Beginn der Bauarbeiten auf dem Gipfel.

Auf der kleinen Erhebung im Vordergrund und am rechten Bildrand befindet sich ein 1995 errichtetes kleines deutsches bzw. chilenisches Observatorium. Seit Januar 2014 wird mit Straßenbau und Einebnen des Gipfelareals die Infrastruktur für das E-ELT geschaffen.

Auf diesem Bild, das im Mai 2018 aufgenommen wurde, lassen die bis dahin durchgeführten Erdbewegungen bereits die Fundamente des Teleskopgebäudes erkennen.

Das Riesenteleskop mit knapp 40 Metern Spiegeldurchmesser hat bisher nur als beeindruckende artist’s impression Gestalt angenommen. Die Höhe von Unterbau und Kuppel beträgt zusammen etwa 100 Meter, wirkt aber verglichen mit den Pyramiden von Gizeh beinahe noch zierlich.

Die Anordnung der MICADO-Bauteile im Kryostat nach den gegenwärtigen Designvorstellungen (v. o. n. u.): Spalt- und Koronographenmasken (rot markiert), Kollimatoroptik, zwei Filterräder mit je 18 Filterpositionen (grün markiert), atmosphärischer Dispersionskorrektor und Wechselmechanismen für Spektrographen- bzw. Imager-Betrieb (Mitte) sowie Kamera- und Detektoreinheit (unten).

So wird das MICADO-Instrument an einem der beiden Nasmyth-Foki des E-ELT montiert werden. Der Umlenkspiegel auf der oberen Platte führt das Licht des Teleskops dem Instrument zu, das sich vollständig in einem Kryostat (schwarz) befindet. Dazwischenliegende optische Elemente zur Bildstabilisierung (adaptive Optik) sind nicht eingezeichnet. Das Instrument ist fest mit dem blauen Ring, einem Derotatorflansch verbunden, mit dem die durch die Nachführung des Teleskops verursachte Bildfelddrehung kompensiert wird. Der untere Teil beherbergt im Wesentlichen die Elektronikkabinetts.

Bildquellen:

Nr. 1–8: ESO