Wenn es um Teleskope geht, dann interessieren die Astronomen vor allem ein Wert: Der Durchmesser. Nicht die Vergrößerung. Die ist uninteressant. Die Sterne und Galaxien sind so weit weg, dass es egal ist, wie stark ein Teleskop die Dinge vergrößert: Die Sterne werden immer nur Lichtpunkte sein. Aber der Durchmesser bestimmt, wie viel Licht bzw. elektromagnetische Strahlung ein Teleskop sammeln kann. Je größer, desto schwächere und desto fernere Objekte kann man noch sehen. Je größer ein Teleskop ist, desto besser ist aber auch sein Auflösungsvermögen. Damit beschreibt man die Fähigkeit eines optischen Geräts, zwei einzelne Objekte auch als einzelne Objekte darzustellen. Ein weit entfernter Doppelstern kann von einem kleinen Teleskop – oder dem menschlichen Auge – vielleicht nur als ein heller Lichtpunkt gesehen werden. Ein größeres Teleskop ist aber in der Lage, die zwei Sterne zu trennen und man sieht beide Lichtpunkte. Je größer das Auflösungsvermögen, desto schärfer sind die Bilder die man bekommt (ich habe das hier genauer beschrieben). Das Teleskop mit dem bisher besten Auflösungsvermögen wurde kürzlich in Betrieb genommen. Es ist ein paar hunderttausend Kilometer groß.

Natürlich handelt es sich nicht um ein echtes, physisches Objekt. Für so ein Gerät wäre die Erde viel zu klein. Man setzt hier die Technik der Interferometrie ein, um ein Teleskop zu simulieren, dass ein über Dreihunderttausend Kilometer groß ist. Mit der Interferometrie versucht man, die Grenzen zu umgehen, die einem die Natur vorgibt. Bei einem normalen Teleskop ist es unmöglich, Strukturen aufzulösen, die kleiner sind als das sogenannte Beugungsscheibchen. Das ensteht immer, wenn ein Lichtstrahl an einer Öffnung gebeugt wird. Selbst bei einem perfekten Teleskop wäre es unmöglich, eine Punktquelle uch wieder in einem Punkt abzubilden. Die Beugung sorgt zwangsläufig dafür, dass man nur einen kreisförmigen Fleck sieht. Das lässt sich nicht ändern, man kann das Problem aber umgehen. Man kann zum Beispiel zwei Teleskope benutzen, die beide das Objekt beobachten. Dann bringt man ihr Licht zur Interferenz. Die Lichtwellen werden sich an bestimmten Stellen verstärken, an anderen auslöschen: Man erhält ein typisches Interferenzmuster, ein Muster, dass man zum Beispiel auch sieht, wenn man zwei Steine ins Wasser wirft und die entstehenden Wellen betrachtet. Das sieht in etwa so aus:

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Bild: Oleg Alexandrov, Public Domain

Im Fall der beiden Teleskope würde man nun kein Beugungsscheibchen mehr sehen, sondern ein Interferenzmuster aus hellen und dunklen Linien. Ändert man den Abstand zwischen den beiden Teleskopen erhält man verschiedene Muster und diese kann man dann wieder zum ursprünglichen Bild kombinieren. Das gute daran ist: Die Auflösung wird nun nicht mehr durch den Durchmesser des Beugungsscheibchen bestimmt, sondern von der Breite der Interferenzstreifen. Die ist viel geringer und man kann viel kleinere Strukturen auflösen.

Besonders gut funktioniert das mit Radioteleskopen. Ihre Signale lassen sich wunderbar aufzeichnen und man kann Teleskope überall auf der Welt einsetzen und die Signale erst später im Rechner interferieren lassen. Im Wesentlichen läuft diese Technik darauf hinaus, ein viel größeres Teleskop zu simulieren, ein Teleskop, dass so groß ist, wie der maximale Abstand zwischen den verwendeten Geräten. Man kann sich das vereinfacht so vorstellen, dass man anstatt eines gewaltigen Teleskops viele kleine verwendet, so wie auch heute schon große Teleskopspiegel durch viele kleine Spiegel zusammengesetzt werden. Bei der sogenannten “Very Long Baseline Interferometry (VLBI)” muss man aber nicht wirklich den kompletten Durchmesser des großen Teleskops mit kleinen Radioteleskopen pflastern. Es reichen zwei Teleskope, deren Abstand man immer wieder ändert und die jeweiligen Messungen aufzeichnet. Am Ende kann man die Signale zusammenrechnen und so das Bild des großen Teleskops simulieren. Das Very Long Baseline Array zum Beispiel besteht aus 10 Teleskopen, die überall in den USA verteilt sind und deren maximaler Abstand 8600 Kilometer beträgt. Man muss die Technik aber nicht auf die Erde beschränken. Man kann auch Teleskope im Weltall kombinieren. Das ist das Ziel der RadioAstron-Mission, ein internationales Projekt der russischen Akademie der Wissenschaft.

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Das Weltraumteleskop RadioAstron, noch auf der Erde (Bild: Tigovik, CC-BY-SA 3.0)

Russland hatte ja in letzter Zeit eher Pech mit den Weltraummissionen. Die Marssonde Fobos-Grunt hat es leider nicht über die Erdumlaufbahn hinaus geschafft und wird demnächst in der Erdatmosphäre verglühen anstatt den Marsmond Phobos zu erforschen. Als aber im Juli 2011 RadioAstron ins All geschossen wurde, hat alles wunderbar funktioniert. Das Weltraumradioteleskop hat einen Durchmesser von 10 Metern und befindet sich auch einer Umlaufbahn, auf der es sich bis zu 350000 Kilometer von der Erde entfernt. Vom All aus kann es den Himmel beobachten und diese Daten können mit Beobachtungen die auf der Erde gemacht wurden, kombiniert werden. Zum Beispiel dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie. Dort hat man gemeinsam mit RadioAstron den Quasar 0212+735 beobachtet, der sich ein paar Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt befindet. Das Weltraumteleskop war dabei etwa 100000 Kilometer vom Teleskop in Effelsberg entfernt. Die Beobachtungen haben geklappt, die Daten konnten im Computer zusammengefügt werden und man war in der Lage, das erste Mal ein Interferenzsignal zu bekommen, dass von Teleskopen auf der Erde und aus dem All erzeugt wurde.

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Nachdem der Test erfolgreich war, wird das Teleskop nun bald den regulären Betrieb in seiner vollen – simulierten – Größe von knapp 360000 Kilometern aufnehmen. Damit erreicht man eine Auflösung von 10 Mikrobogensekunden. Das reicht aus, um Strukturen mit der Größe einer 1-Cent-Münze in Mondentfernung aufzulösen! Damit wird es nun auch erstmals möglich sein, schwarze Löcher aufzulösen. Bisher waren wir ja nur in der Lage, die Umgebung der schwarzen Löcher zu beobachten; die starke Strahlung die von der Materie abgegeben wird, die ein schwarzes Loch umgibt. Mit der Auflösung von RadioAstron kommen wir aber nun tatsächlich an die Dimensionen des schwarzen Lochs selbst heran, d.h. wir können Strukturen auflösen, deren Größenordnung dem Ereignishorizont eines typischen schwarzen Lochs entspricht. RadioAstron wird großartige Forschungsergebnisse liefern; es werden spektaktuläre Bilder werden. Und ich bin schon enorm gespannt darauf!

Kommentare (33)

  1. #1 Claudia
    16. Dezember 2011

    Also, ich weiß ja etwa nix von diesen Mondverschwörungstheorien, aber ich stelle mir vor, daß man diesen Typen mit Aufnahmen des Teleskops ziemlich schnell den Wind aus den Segeln nehmen könnte, würde man die Mondlandungs-Gerätschaften, die noch auf selbigem verblieben sind, ablichten. Oder?

  2. #2 Florian Freistetter
    16. Dezember 2011

    @Claudia: “aber ich stelle mir vor, daß man diesen Typen mit Aufnahmen des Teleskops ziemlich schnell den Wind aus den Segeln nehmen könnte, würde man die Mondlandungs-Gerätschaften, die noch auf selbigem verblieben sind, ablichten. Oder? “

    Naja, RadioAstron ist ein Radioteleskop. Das sieht nur Radiowellenlänge. MIt dem kann man am Mond nichts “sehen”. Optische Bilder der Landeplätze am Mond gibts aber auch: http://www.scienceblogs.de/astrodicticum-simplex/2010/07/fussspuren-am-mond-lro-fotografiert-den-landeplatz-von-apollo-16.php

  3. #3 Dietmar
    16. Dezember 2011

    @Claudia: Es ist tatsächlich ruhiger geworden. Aber die Hardcore-Spinner bleiben.

  4. #4 Dietmar
    16. Dezember 2011
  5. #5 Claudia
    16. Dezember 2011

    Oh, ah! Da stand ich wohl auf dem Schlauch. Aber erfreulich zu hören, daß diese Fraggles auf Belege reagieren. Hätte ich nicht gedacht. 🙂

  6. #6 noch'n Flo
    16. Dezember 2011

    Die erste Grafik ist ja geradezu hypnotisch…

  7. #7 Foxtrott
    16. Dezember 2011

    Jetzt versteh ich endlich warum mein Schwager, der am ‘Effelsbergteleskop’ arbeitet, das so spannend fand…

  8. #8 Wurgl
    16. Dezember 2011

    Interessant wäre da noch eine Vergleichsgraphik zur Auflösung des Effelsberger Teleskops ganz alleine.

  9. #9 Dietmar
    16. Dezember 2011

    Ich schreibe das mal hier hin: Christopher Hitchens ist gestorben.

  10. #10 Unwissend
    16. Dezember 2011

    “Die erste Grafik ist ja geradezu hypnotisch…”

    die werde ich mir heute abend erstmal zwei stunden am stück anschauen….

  11. #11 HaDi
    16. Dezember 2011

    @FF:

    Ihre Signale lassen sich wunderbar aufzeichnen und man Teleskope überall auf der Welt einsetzen und die Signale erst später im Rechner interferieren lassen.

    Da fehlt wohl ein “kann”

  12. #12 Christina
    16. Dezember 2011

    Florian widmet sich ausführlich der Interferometrie, hatte wir ja schon vor ein paar Tagen im Optischen, schön, schön 🙂
    Was man noch dazusagen muß, mit Interferometrie erreicht man zwar hohe Auflösungen, das aber auch nur mit lichtstarken Objekten, es ist ja schon ein Unterschied ob man eine (theoretische) Radioantenne mit einem Durchmesser von 360 000km hat oder eben nur ein 100m und ein 10m Dings. Im Optischen ist das sehr einfach vorstellbar, der besagte Vampirstern in Florians Beitrag vor ein paar Tagen, den man mit optischer Interferometrie vermesse hat, hat 5. Größenklasse! Würde man den mit irgendeiner normalen Kamera an einem der VLT Teleskope (das VLTI sind 4 davon!) mit der kürzestmöglichen Beobachtungszeit einfach so beobachten würde das den Chip grillen. So ein 8m Teleskop schafft normalerweise 25. Größenklasse in 10 Minuten…

  13. #13 schlappohr
    16. Dezember 2011

    Müssen bei diesem Verfahren die beteiligten Teleskope dann mit der Genauigkeit der Wellenlänge gegeneinander verschiebbar sein, wenn man das Interferenzmuster abstimmen will? Wie macht man das, wenn eines der Teleskope im All auf einer riesigen Umlaufbahn läuft und ein Funksignal schon länger als eine Sekunde dorthin braucht?

  14. #14 dii
    16. Dezember 2011

    Hei ho,

    du scheinst Gedanken lesen zu können, Florian…das ist genau mein Steckenpferd gerade. Interferometrie in der Astronomie.
    Leider ist es gar nicht so trivial Interferometrie optisch zu ermöglichen oder gar zu verstehen. Stichwort Kohärenz der Lichtquellen, Lichtquellen die eigentlich gar nicht “kohärent” sind!

    Aber ich schlage mich gerade hier durch:
    http://www.mpia.de/FRINGE/tutorials/01/tutorial_01.html

    Eine sehr tiefgreifendes Skript zur Interferometrie.

    Sportliche Grüße…D

  15. #15 jitpleecheep
    16. Dezember 2011

    @schlappohr: Also laut IEEE SignalProcessing Magazine Vol. 27/1 werden (zumindest einige?) Antennen seit 1962 gar nicht mehr bewegt, sondern die Interferenzen werden einfach durch die Erdrotation erzeugt.

  16. #16 Ferraristo
    16. Dezember 2011

    @Florian
    könnte man diese technik nicht auch mit normalen optischen teleskopen
    wie zb dem Hubble Teleskop und dem großen teleskop in Hawai (mir fällt der name gerade nicht ein)?

  17. #17 Florian Freistetter
    16. Dezember 2011

    @Ferraristo: “könnte man diese technik nicht auch mit normalen optischen teleskopen wie zb dem Hubble Teleskop und dem großen teleskop in Hawai (mir fällt der name gerade nicht ein)? “

    Naja, optische Interferometrie ist nochmal extra komplizierter. Da klappt das mit der nachträglichen Korrelation nicht so gut. Und Glasfaserkabel von Hubble zur Erde zu liegen ist etwas knifflig 😉

  18. #18 Christina
    16. Dezember 2011

    @Florian:

    Und Glasfaserkabel von Hubble zur Erde zu liegen ist etwas knifflig 😉

    vor allem wenn man bedenkt, daß Hubble keinen geostationären Orbit hat, da wär irgendwann die ganze Erdoberfläche mit Glasfaserkabel umwickelt 😉

  19. #19 Alex
    17. Dezember 2011

    @Florian:
    Ist es Theoretisch möglich möglich Schwarze Löcher auch als “Spiegel” zu benutzen, indem man genau am richtigen Punkt am Ereignishorizont reinschaut wo das licht um das Loch (zb um 90°) rumgebeugt wird aber wieder entkommt ? Ich weiss technisch sind wir noch lange nicht so weit, aber ich frage mich ob das überhaupt theoretisch möglich wäre. So könnte man zB. die Gasscheibe von unserer Sonne in ihrer Teeniezeit beobachten oder vielleicht die Supernova vom Krebsnebel etc.

  20. #20 Florian Freistetter
    17. Dezember 2011

    @ALex: “Ist es Theoretisch möglich möglich Schwarze Löcher auch als “Spiegel” zu benutzen, indem man genau am richtigen Punkt am Ereignishorizont reinschaut wo das licht um das Loch (zb um 90°) rumgebeugt wird aber wieder entkommt ?”

    Es gibt tatsächlich so etwas wie Gravitationslinsen: http://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationslinseneffekt

  21. #21 dii
    17. Dezember 2011

    @Alex: Coole Idee, eine SL als “reflektierenden Spiegel” zu benutzen. (dann aber mit ca 180°)
    Müsste man mal hochrechnen, ob das möglich ist. Denn das SL müsste dann schon
    in nä Nähe sein. Da das Licht ja idealerweise an doppelter Energie verliert. Es muss den Weg ja dann wieder zurück nehmen.

    Interessant wäre es wenn die Strahlen, wie beim Gravitationslinseneffekt, miteinander wieder interferieren würden, bzw Intensitätszunahme bei eigentlich zu schwachen Objekten.

  22. #22 Alex
    17. Dezember 2011

    @Florian
    Der Gravitationslinseneffekt ist mir schon bekannt. Meine Frage ist jedoch ob es genügend Licht gibt, dass komplett um das Schwarze Loch gebeugt wird und dann wieder zurückgeworfen wird. Also statt wie eine Linse nur einen vergrösserenden Effekt zu kriegen, wie ein, uhm wie ein Brilliant das licht welches eintritt wieder zurückzuwerfen. Auf diese Weise wäre es ja möglich direkt die Vergangenheit des eigenen Sonnensystems zu sehen 😀

  23. #23 frantischek
    12. November 2012

    Gibts nach fast einem Jahr eigentlich schon herzeigbare Ergebnisse?
    Nicht nur hier, sondern z.B. auch auf SWAB hab ich ja damals Sachen gelesen wie :” We´re going to see a Black Hole!” und warte seitdem drauf.

  24. #24 Florian Freistetter
    12. November 2012

    Hier gibts ein paar aktuellere Nachrichten: http://www.raumfahrer.net/news/astronomie/05072012203653.shtml
    Anscheinend fängt man mit entsprechenden Beobachtungen erst an: http://rbth.asia/articles/2012/10/13/stepping_up_search_for_black_holes_17329.html

  25. #25 frantischek
    12. November 2012

    Der gute Dr. Kardashew (oder auch der Autor des Artikels) nimmts aber auch nicht sooo genau damit seriöse Aussagen zu machen, oder versteh ich da was komplett falsch?

    “We are hoping to get an image of the ‘shadow’ of a black hole. If we see light, rather than a shadow, then this means that we are seeing a so-called ‘wormhole’,”

    Black holes could be the remains of ‘wormholes’

    Und das hier kommt mir auch nicht ganz koscher vor:

    “If someone was to fall into a black hole, then, in simple terms, according to the modern theory, they could fly through the singularity and end up in another Universe,” said the assistant director of FIAN’s Astro Space Centre, Igor Novikov.

  26. #26 frantischek
    12. November 2012

    Aso. Is beides aus dem zweiten Link von dir.

  27. #27 Florian Freistetter
    12. November 2012

    @frantischek: Ja, der übertreibt ein wenig…

  28. #28 neumond
    4. Oktober 2013

    Habe den Artikel gerade gelesen. Ein paar Jahre zu spät, ich weiß … Habe dennoch eine Frage: Du, Florian, schreibst: “… optische Interferometrie ist nochmal extra komplizierter. Da klappt das mit der nachträglichen Korrelation nicht so gut.”
    Warum ist das so? Liegt das an der beobachteten Wellenlänge/Frequenz?

  29. #29 Alderamin
    4. Oktober 2013

    @neumond

    Bei der radioastronomischen Interferometrie kann man die Signale mit Zeitstempeln versehen aufzeichnen und die Aufzeichnungen dann später im Rechner interferieren lassen.

    Bei der optischen Interferometrie geht das wegen der kurzen Wellenlängen nicht, man erreicht nicht die nötige zeitliche Auflösung bei einer Aufzeichnung (und die Datenmenge wäre wohl auch zu groß. Man muss hier tatsächlich den Lichtweg zwischen Teleskop und Interferometer für alle Lichtquellen auf den Bruchteil einer Wellenlänge gleich groß machen (über bewegliche Spiegel). Das geht nur auf kurze Distanzen, z.B. bei den Teleskopen am Very Large Telescope VLT, aber nicht zwischen Teleskopen auf verschiedenen Kontinenten.

  30. #30 neumond
    5. Oktober 2013

    Danke. Entspricht meiner Vermutung.

  31. #31 Till
    24. November 2013

    Es wäre doch genial ein paar Radioteleskope in die lagrange punkte l3. l4 und l5 der Erde zu platzieren. Prinzipiell hätte man dann ja das Auflösungsvermögen eines 2 AU großen Teleskops.
    Gibt es dazu schon einen Projektvorschlag bei der ESA/NASA?

  32. #32 Roland
    2. Dezember 2014

    Wenn die einzelnen Messungen hintereinander und nicht gleichzeitig gemacht werden können, warum kann man dann nicht mit dem selben Teleskop zu verschiedenen Zeiten beim Umlauf der Erde um die Sonne Aufnahmen (von statischen Objekten) machen?
    So hätte man doch auch schon ohne Weltraumteleskope Abstände von 2 AU realisieren können, oder?

  33. #33 Alderamin
    2. Dezember 2014

    @Roland

    Um Interferenz zu messen, muss man natürlich gleichzeitig an mehreren (mindestens zwei) Orten die selben Wellen messen. Allenfalls kann man nacheinander verschiedene Basislinien vermessen.