Kjempeteleskop

Den såkalte gigantisk teleskop fra den Berlin varemessen i 1896. Det ble renovert og er igjen i bruk på Archenhold observatoriet .

På 1700- og 1800-tallet ble astronomiske teleskoper med uvanlig store dimensjoner kalt gigantiske teleskoper . Dette kan referere til både lengden ( brennvidden ) på teleskopet og åpningen ( blenderåpningen ) på objektivet. De store instrumentene fra 1700-tallet var hovedsakelig speilteleskoper av metall . På 1800-tallet produserte derimot lange teleskoper (refraktorer) som fokuserte lyset med store linser .

Begrepet "gigantisk teleskop" ble brukt i den profesjonelle verden av de to århundrene, men ikke klart definert. Noen medier bruker fremdeles betegnelsen for nutidens store reflekterende teleskoper, og det er derfor de også blir behandlet her.

Objektivlinse versus speil

Spørsmålet om hvilken konstruksjonsmetode som er gunstigere for astronomi har vært kontroversiell i århundrer. Siden oppfinnelsen av speilteleskopet (rundt 1650) er farenes renhet og muligheten for større diametre tatt i betraktning for dette . Ulemper var i utgangspunktet tap av lys med metallspeil (ca. 50%), større diffraksjon ved hjelpespeilet og den vanskeligere justeringen. Til fordel for refraktoren (og fremdeles snakker for amatørastronomer den dag i dag), var bedre oppløsning av fine detaljer og den mest lavere innflytelsen fra luftturbulens de viktigste faktorene .

Når det gjelder den teknisk mulige størrelsen og brukbarheten for de respektive forskningsmålene, har de to typer konstruksjoner vekslet flere ganger siden rundt 1750 og opplevd mange nyvinninger innen det optiske systemet , i mekanikken, monteringen og sensorene som ble brukt. Speileteleskoper dominerer forskningen i dag.

Mens et teleskopspeil med en diameter på 50 cm allerede ble ansett for å være ekstraordinært stort rundt 1800 - akkurat som et 50 cm objektiv på en refraktor rundt 1850 - er dette merket i dag i speilstørrelser på 6–10 m og vil øke til over 30 m innen 2025. I motsetning til dette endte størrelsesutviklingen av linsesystemer på 1890-tallet på 90-100 cm (Lick og Yerkes observatorium ), fordi glasskroppen på linsen allerede deformeres merkbart under sin egen vekt fra denne størrelsen. Når det gjelder speil, er problemer av denne typen mye lettere å kontrollere og korrigere fordi de - i motsetning til linser som bare holdes i kanten av monteringen - kan støttes bakfra over hele overflaten.

1600-tallet: Problemet med linsefeil og lysintensitet

Hevels gigantisk teleskop

Rett etter oppfinnelsen av teleskopet i 1609 av Galileo , Kepler og Stafford, fulgte innsatsen for å øke forstørrelsen og spesielt lysintensiteten til målene, som bare var omtrent 3 cm store . Mens høyere forstørrelser kunne oppnås relativt raskt gjennom lengre brennvidder, ble høyere lysstyrke på bildet motsatt av farge- og linsefeilene , som økte kraftig med størrelsen på linsen . Før utviklingen av to- linses akromatiske linser av John Dollond rundt 1760, kunne store linser med tilstrekkelig bildeskarphet bare oppnås med et veldig flatt objektivkutt, noe som krevde ekstremt lange brennvidder.

Spesielt spektakulær var de lange linseteleskopene som tilhørte Gdansk borgermester Johannes Hevelius , som han hadde satt opp på terrassen til rådhuset rundt 1670 og senere foran byportene. Det største antenneteleskopet på rådhuset var omtrent 10 meter langt og var følelsen av mange statlige mottakelser. Selv det lengste teleskopet gjennom tidene går tilbake til Hevelius. Den var omtrent 25 meter lang og montert på en trinseblokk på en ca 20 meter høy mast . Fordi et kontinuerlig rør ville ha vært for tungt, ble sidelyset redusert med et system med 20 blenderåpninger. På grunn av sin ekstreme følsomhet for vind og det vanskelige å bruke festet (trinseblokken måtte betjenes av en assistent på toppen av masten), var dette gigantiske teleskopet av begrenset verdi for astronomisk praksis.

Schroeters speilteleskoper

Gigantisk teleskop fra Lord Rosse, Birr (Irland)

Rundt 1670 utviklet Isaac Newton en forbedret type reflektorteleskop, som var grunnlaget for de kraftige teleskopene som Johann Hieronymus Schroeter (1745–1816) bygde for sitt private observatorium i Lilienthal nær Bremen på 1770-tallet og som var de største i verden kl. tiden. Det var her de utmerkede måneobservasjonene ble gjort (utgitt som Selenotopographische Fragmente ), og hans assistent Friedrich Wilhelm Bessel , som var ansatt som observatør , ble utdannet til astronom her.

Schroeter begynte sine senere banebrytende måneobservasjoner i 1779 med et rent fargeteleskop fra Dollond med en blenderåpning på bare 6 cm og en brennvidde på 90 cm. Herschels oppdagelse av Uranus (1781) fikk den velstående tjenestemannen til å bestille et reflekterende teleskop 12/122 cm fra ham. Et 17/214 cm newtonsk teleskop fulgte snart, som han bygde et to-etasjers observatorium for i hagen. Hans program inkluderte systematiske observasjoner av månen og solen , de store planetene samt variabler , binære stjerner og tåker.

Schroeter fullførte sitt egentlige ”gigantiske teleskop” i 1794 - det hadde en blenderåpning på 51 cm og en brennvidde på 825 cm. I tillegg til det forrige måleprogrammet, var han også i stand til å undersøke nattsiden av månen , oppdage mange stjerneklynger og tåker og gjøre observasjoner på dagtid av de lyse planetene. Den begynnende amatørastronomen oppnådde snart berømmelse og fikk besøk av astronomer, politikere og militæret. Med Franz Xaver von Zach og Wilhelm Olbers grunnla han Astronomical Society i 1800 - som snart ble involvert i banebrytende forskning - og det såkalte " Sky Police " for den målrettede jakten på den antatte mindre planeten mellom banene til Mars og Jupiter. Faktisk ble 3 av de 4 største asteroider oppdaget på Schröters store reflekterende teleskop.

Det neste gigantiske teleskopet ble bygd av Lord Rosse i 1845 til en pris av £ 12.000 (rundt £ 1.300.000 i dagens kjøpekraft). Hovedspeilet målte 1,83 m i diameter og hadde en brennvidde på 16 m. Dette teleskopet var preget av en utrolig høy lysintensitet for tiden og fikk snart kallenavnet " Leviathan of Parsonstown ".

Fraunhofer akromater

Problemet med linsefeil ble i prinsippet løst av britiske John og Peter Dollond allerede i 1760/70 , men det var bare Josef Fraunhofer rundt 1820 som gjorde gjennombruddet til større linsediametre . For eksempel hadde Dorpater refractor bygget av Fraunhofer en 245 mm linse.

I en rapport til det bayerske vitenskapsakademiet i 1824 snakket Fraunhofer om fordelene med Dorpater-instrumentet:

“Det er det største i sitt slag, og også nytt med hensyn til de viktigste delene av oppsettet ... De største visuelle verktøyene som har eksistert så langt er teleskopene laget av metallspeil. Men siden det mest perfekte metallspeilet bare reflekterer en liten del av det innfallende lyset, må speilteleskopene være ekstremt store ... [Videre] kan ikke lysstrålenes avvik korrigeres på grunn av den sfæriske formen på de reflekterende overflatene. . B. aldri brukt til meridianinstrumenter etc. "

Med den siste bemerkningen refererer Fraunhofer til det astronomiske forskningsfokuset i sin tid - himmelmekanikk og deres grunnlag, hastighet og posisjonsbestemmelse av himmellegemer ( astrometri ). Bessel foretok de første avstandsmålingene av faste stjerner i 1838 med heliometeret designet av Fraunhofer for de fineste vinkelmålingene (se 61 Cygni ).

Selv om forskningsfokuset endret seg med fremveksten av astrofysikk og fotografering i andre halvdel av 1800-tallet, forble Fraunhofers utvikling en modell for alle instrumentprodusenter i Europa til tidlig på 1900-tallet. Det var ikke før det store Hooker-teleskopet på Mount Wilson (USA) at svingen til nye speilsystemer i konstruksjonen av store teleskoper begynte rundt 1920.

De "store refraktorene" på slutten av 1800-tallet

Kuppelen til ildfasten i Nice

I siste kvartal av det 19. århundre, da astrofysikk og mindre planetforskning ble viktigere, kom observasjon på nybygde store refraktorer frem i noen tiår. En av hovedårsakene til dette var at de muliggjorde presise spektralanalyser samt posisjonsastronomi og observasjon av de fineste detaljene på planeter.

Det startet med Nice Observatory i Europa (se bilde) og i Amerika med US Naval Observatory i Washington med et 10 meter langt objektivteleskop. Den hadde en 26-tommers linse (ca. 65 cm i diameter) som veide ca. 100 kg. Under ledelse av Simon Newcomb jobbet marineobservatoriet primært med presis bestemmelse av de grunnleggende astronomiske konstantene .

Den store refraktoren til det nye Vienna University Observatory (som på det tidspunktet fortsatt var langt utenfor det bebygde området) var litt større , en 27-tommers (68 cm blenderåpning ), som ble bygget i 1875 av den daværende toppprodusenten Grubbs i Irland. Teleskopet, som var verdens største på 5 år og fortsatt er i bruk i dag etter en renovering, har en brennvidde på over 10 meter og ble montert i en kuppel med en diameter på 14 meter. Opprinnelig var to assistenter påkrevd for å betjene systemet, og driften ble senere delvis automatisert.

Refraktoren, hvis kuppel ligger 27–36 m over stedet, hviler på en 35 m høy søyle som er 5 m dyp i fjellet. Basen er nesten 10 m i diameter. Mursteinskonstruksjonen, ventilert i kjelleren, garanterer en jevn temperatur uten at søylene roteres . Søylene til de enda større Lick og Yerkes-teleskopene (USA rundt 1895) er derimot hule på toppen .

Fokus for observasjoner i Wien var på posisjonsmålinger og spektralanalyse av binære stjerner og kroppene i solsystemet. Blant annet var det de mest nøyaktige bildene av gassplaneten Jupiter på den tiden . Det store instrumentet fikk Trieste observatoriumsdirektør Johann Palisa til å flytte til Wien som observatør . Han oppdaget totalt 123 mindre planeter og holder dermed rekorden for deres visuelle funn. Han organiserte eksakte banebestemmelser og publiserte fotografiske Palisa-Wolf-Sternatlas med Max Wolf (Heidelberg) rundt 1900 .

Nesten samtidig ble Astrophysical Institute Potsdam satt opp på Telegrafenberg ikke langt fra Berlin . Det var det første i sitt slag og fikk i utgangspunktet et mindre teleskop enn det i Wien, men var utstyrt med det mest moderne spektroskopet . Da Russland (i Pulkowo nær Petersburg) og USA (Harvard, Washington) bygde mye kraftigere refraktorer, bestilte Potsdam sin store 28-tommers dobbel refraktor , som kunne brukes til å observere visuelt, spektroskopisk og fotografisk samtidig. Den hadde en brennvidde på 12 meter og ble innviet i 1899 under beskyttelsen til Kaiser Wilhelm II . Bedrifter fra hele Tyskland hadde jobbet med 7-tonns teleskopet. De to linsene kom fra München, den mobile observatørstadiet (" astronomisk stol ") fra Berlin.

Gjennombruddsfunn inkludert den interstellare saken , som forskeren Johannes Franz Hartmann utforsket i 1910 og modellkonseptene for stjernedannelse revolusjonerte. I 1930 observatørene var opptatt med asterism av novae . Etter andre verdenskrig var fokuset på utforskningen av de binære stjernene, hvor presise uttalelser om massene til disse himmellegemene ble mulig. Etter det var refraktoren ute av drift i 30 år på grunn av værskader, men ble renovert for jubileumsåret 1999.

Wien mistet rangeringen av å ha det største teleskopet rundt 1880 til Pulkowo-observatoriet , som Russland bygde i nærheten av hovedstaden St. Petersburg som det viktigste observatoriet for tsarriket. Den mer enn 10 meter lange refraktoren hadde en 30-tommers linse og skulle bringe Russland tilbake i forkant av global astronomi. Kvaliteten var høy, men den led snart under de tøffe værforholdene 700 km sør for polarsirkelen .

Ved århundreskiftet la målinger ved US Naval Observatory grunnlaget for moderne astrometri og det grunnleggende systemet for astronomi . Den Harvard Observatory og flere andre store observatorier tok også del i dette internasjonale prosjektet.

På grunn av suksessen til Edward Holden , hovedobservatøren i Washington og senere direktør for Lick Observatory , satte Lick Observatory et enda større objektivteleskop i drift med en 91 cm blenderåpning i 1888, 12 år etter Wien “Great Refractor”. For denne såkalte Lick refractor ble det første observatoriet bygget på et høyere fjell, det klimatisk ekstremt gunstige Mount Hamilton ( 1327  m ). Med et gjennomsnitt på 330 klare netter per år og minimal luftturbulens, skilte den seg ut blant alle Californias lett tilgjengelige topper.

Edward Holden skrev om det i 1888:

“Jeg blir gradvis kjent med håndteringen av det store teleskopet og lærer hvordan jeg best kan observere med det. Det krever spesiell behandling, men når alle ytre forhold er gunstige, gjør det en utmerket jobb ... Jeg har sett de lyseste planetene, tåken, Melkeveien ... så vakker som ingen astronom før meg. Jupiters måner , som fremstår som skiver i andre teleskoper, fremstår her som fulle runde masser som planetene ... Den berømte tåken i Hercules fremstår som en masse isolerte, uavhengige punkter. "

Holden fortsetter med å si at han var "spesielt tiltrukket" av å finne kjente gjenstander da han sammenlignet dem "med tegninger av Lord Rosse i sin seks-fots gigantiske reflektor" og fant bildene hans skarpere.

Det faktum at Lick-refraktoren var dobbelt så stor enn et metallspeil, bidro til beslutningen i 1891 om å bygge et enda større objektivteleskop med Yerkes-refraktoren . Den dag i dag er den den største refraktoren i verden. Hans mål på 102 cm markerer imidlertid slutten på denne utviklingslinjen, ettersom bøyningen av glasset og teleskopet allerede overgikk det tillatte nivået. Fra nå av ble alle store teleskoper designet som speilteleskoper og snart ikke lenger visuelle, men designet for astrofotografering .

Mount Wilson, Mount Palomar og Zelenchuk

Ved århundreskiftet flyttet fokuset på teleskoputviklingen i økende grad til USA, noe som i stor grad skyldes den sjenerøse støtten fra private sponsorer. Den stadig økende astrofotografien og astrofysikken resulterte i behovet for større blenderåpninger, noe som stimulerte konstruksjonen av ekstraordinært store reflektorteleskoper. Fra et teknisk synspunkt var det nå mulig å produsere speil av glass i stedet for metall .

Den første av disse store reflektorene var 1,5 m speil for det nyetablerte observatoriet på Mount Wilson. Knapt 10 år senere fulgte 2,5 meter speilet til Hooker-teleskopet , installert i 1917 , i nesten 30 år det største speileteleskopet i verden. Med ham banebrytende innsikt i nabo spiralnebulae (på den tiden kjent som "verdensøyene") og utvidelsen av universet . Her kunne Andromeda- tåken for første gang løses til enkeltstjerner, slik at den lange diskusjonen om spiraltåken besto av gass eller var svært fjerne øyer i verden (galakser) ble avgjort. I lang tid hadde Europa ikke noe å motvirke denne teknologiske utviklingen på grunn av den globale økonomiske krisen .

Etter at speilteleskopet Mount Palomar med en 5-meters blenderåpning hadde vært det største teleskopet i verden i 30 år , ble denne rangeringen overført i 1975 til det sovjetiske 6-meter-teleskopet ved Zelenchuk-observatoriet i Kaukasus. Begge disse gigantiske speilene representerte en teknisk taubandgang i produksjonen; Bare kjøling av de 80 m² og 110 m² glassemnene tok mange måneder.

De store teleskopene i dag

Refleksteleskoper med 8 til 10 meter har vært planlagt siden tidlig på 1980-tallet. For eksempel ble Very Large Telescope (“Very Large Telescope”, eller kort sagt VLT ) utviklet under europeisk ledelse . drevet av European Southern Observatory (ESO) på Paranal i Chile ( 2635  m ). Den består av fire reflektorteleskoper, hver med en 8,2 m åpning, som kan kobles elektronisk sammen for å danne et nettverk. Den første av disse store teleskopene ble satt i drift i 1998/99. Alle fire teleskopene er designet for spektrale områder fra synlig lys til midt- infrarød og kan brukes sammen for de fineste vinkelmålingene ( interferometri ). Ved adaptiv optikk er en betydelig reduksjon mulig av luftturbulens , slik at VLT nesten oppløsningskapasiteten til romteleskopet HST oppnådd på ca. 0,1 ". De fire teleskopene er som Altazimute montert, det vil si at deres primære rotasjonsakse ikke har himmelstang , men senit Dette muliggjør en merkbar vektreduksjon: sporing av jordens rotasjon krever ikke lenger skrå akser som i de store teleskopene på 1800- og 1900-tallet, men styres digitalt som i en moderne - bare 100 ganger mindre - teodolitt .

Den oversikt over de største optiske teleskop omfatter for tiden de følgende instrumenter som store teleskoper i drift med en beregnet speil diameter på minst 8 m:

Planer for de neste tiårene

En slutt på utviklingen av gigantiske teleskoper - som skjedde rundt 1900 med linseteleskopene etter uventet bøyning av 1 m linsen ved Yerkes Observatory - er ikke i sikte for reflektorteleskoper. I begynnelsen av 2009 ble følgende planlagt:

Konsepter som går utover dette forfølges for tiden ikke aktivt. Prosjektstudier eksisterer for eksempel for

litteratur

  • Wilhelm Foerster : Utforskningen av universet. Historie om utforskning av naturen og utnyttelse av naturlige krefter i folks tjeneste . I: Hans Kraemer (red.): Universe and humanity . Volum III, del 1. Bong & Co., Berlin / Leipzig / Wien 1903, s. 286 .
  • Steffi Menzenbach: Det gigantiske teleskopet er ikke lenger et rustrør . For å markere 100-årsdagen ble "Great Refractor" på Potsdamer Telegrafenberg restaurert. I: Berliner Zeitung , 11. august 1999 ( berliner-zeitung.de ).
  • Franz Xaver von Zach: Stjerner og rom . Spectrum of Science, 2005, ISSN  0039-1263 .
  • Günter D. Roth: Kosmos av astronomihistorie. Astronomer, instrumenter, funn . Franckh-Kosmos, Stuttgart 1989, ISBN 3-440-05800-X .
  • H. Karttunen, P. Kroger, H. Oja (red.): Fundamental Astronomy . 4. utgave. Springer, Berlin / Heidelberg / New York 2004, ISBN 3-540-00179-4 (engelsk).
  • Bernhard Mackowiak: De nye superteleskopene . I: Verden . 30. september 2006 ( welt.de ): ”For å se dypere og dypere ut i rommet, må teleskopene bli større og større. Men det er tekniske grenser når det gjelder linser. Fremtidens teleskoper vil bestå av mange mindre. "
  • Paul Rincon: Ground Telescope to Super Size . I: BBC News . London 10. april 2005 (engelsk, news.bbc.co.uk ).
  • Dietrich Lemke: Fremtiden er lys - men dyr . I: Stjerner og rom . Nei. 10. oktober 2008, ISSN  0039-1263 , s. 28-35 ( schattenblick.net ).

Individuelle bevis

  1. ↑ sitert fra Roth
  2. ↑ Kuleklynge Messier 13 , der Messier ikke kjente igjen noen enkeltstjerner
  3. ↑ sitert fra GD Roth: Astronomiegeschichte
  4. ↑ E-ELT Site Chosen eso.org, European Southern Observatory; Hentet 19. april 2011
  5. ↑ Stort speiloppsett med blenderåpning. stikkode : 2004SPIE.5382..115H