Verbesserte Leistung für die hochmodernen Instrumente des Europäischen Sonnenteleskops
Die Sonne ist ein Stern, der ein grundlegendes Modell für das Verständnis des restlichen Universums bietet. Die Hauptaufgabe des Europäischen Sonnenteleskops ist es, die Sonne – den einzigen Stern, der mit hoher Auflösung untersucht werden kann – genau zu beobachten. Diese genaue Beobachtung von Sonnenprozessen hängt jedoch von Instrumenten ab, die auch bei den kleinsten Maßstäben nicht versagen dürfen und dazu im Stande sein müssen, bis ins kleinste Detail vorzudringen. Das EU-finanzierte GREST-Team arbeitete daran, eine hohe räumliche Auflösung durch Entwürfe, Tests und Prototypen kritischer Instrumente für zukünftige bodengestützte Solarphysik-Infrastrukturen im Allgemeinen und das Europäische Sonnenteleskop im Besonderen zu erreichen. Neben den Möglichkeiten für Wachstum und Vielfalt für bestehende Märkte werden kombinierte GREST-Innovationen auch die Nachfrage nach qualifizierten Arbeitskräften im Hochtechnologiesektor erhöhen. Optimierung der Instrumente Projektkoordinator Manuel Collados erläutert den multidisziplinären Charakter von GREST: „Die spannendsten Diskussionen bezogen sich darauf, wie aktuelle Techniken so vorangetrieben werden können, dass sie den Spezifikationen des Europäischen Sonnenteleskops entsprechen. Zum Beispiel diskutierten Wissenschaftler und Ingenieure aus Wissenschaft und Industrie, wie man größere, schnellere und effizientere Detektoren entwickeln kann, die die aktuellen Möglichkeiten übertreffen.“ Die Arbeiten, die aus diesen Diskussionen hervorgingen, führten zu einer Reihe von Schlüsselinnovationen wie etwa Etalone mit einer Genauigkeit im Nanometerbereich und zwei Optionen für Integralfeldeinheiten (integral field unit, IFU) (eine basierend auf Bildaufnehmern und die andere auf der Verwendung von Mikrolinsen) für die hochauflösende Raumbeobachtung. Darüber hinaus wurde auch eine Simulationssoftware zur Modellierung des Verhaltens von geneigten verformbaren Spiegeln für die multikonjugierte adaptive Optik entwickelt, um sicherzustellen, dass das Europäische Sonnenteleskop die erforderliche hohe räumliche Auflösung erreicht. Da Sonnenbeobachtungen eine signifikante Weiterentwicklung von Sensoren erfordern, untersuchte das Team erfolgreich die Machbarkeit einer neuartigen Caching-Technologie (basierend auf der sogenannten DEPFET-Technologie [depleted p-channel field-effect transistor, verarmter p-Kanal-Feldeffekttransistor]), wobei ebenfalls ein Prototyp entworfen, gebaut und getestet wurde. Diese Technik bildet möglicherweise die Grundlage für die Wissenschaftskamera der nächsten Generation für eine hochpräzise Spektro-Polarimetrie. Basierend auf den Ergebnissen wurden ein Konzept für eine polarimetrische Kamera und ein Umsetzungsfahrplan skizziert. Zudem wurde ein Prototyp einer großformatigen (4k x 4k), schnell auslesbaren, rauscharmen und rückseitig beleuchteten Kamera auf Basis der sCMOS-Technologie (scientific complementary metal oxide semiconductor, wissenschaftlicher komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) entwickelt, der einen In-situ-Speicher für bis zu vier unabhängige Bilder bietet. Die Auswertung zeigte, dass der Prototyp der Kamera den Spezifikationen des Europäischen Sonnenteleskops entsprach – was bisher noch mit keinem anderen Gerät, weder kommerziell noch in irgendeiner anderen Form, erreicht werden konnte. Mit dem Aufkommen von Teleskopen und Instrumenten der neuen Generation, und insbesondere von modernen, großformatigen Detektoren, werden auch große Polarisationsmodulatoren erforderlich. Im Rahmen von GREST wurde eine Reihe von großformatigen variablen Flüssigkristallverzögerern erfolgreich hergestellt und mithilfe von verschiedenen Ansätzen getestet, einschließlich antiparallel ausgerichteter nematischer, parallel ausgerichteter nematischer und ferroelektrischer Zellen. Das Verständnis des Einflusses der Sonnenaktivität auf die Erde Die magnetische Sonnenaktivität führt zu terrestrischen Veränderungen, die Millionen von Menschen sowohl kurz- als auch langfristig betreffen können. Die Möglichkeit, die Verbindung zwischen der Sonnenenergie und dem Erdklima besser zu verstehen, um das von der Sonne verursachte Weltraumwetter vorherzusagen, könnte zu einer effektiveren Abschwächung führen. Durch den beispiellosen Einblick in die physikalischen Mechanismen der Sonnenatmosphäre wird das Europäische Sonnenteleskop altbekannte Fragen über: die Struktur und Entwicklung der Magnetfelder der Sonne, einschließlich Sonnenflecken; das Entstehen von Magnetfeldern durch die Sonnenoberfläche; die Dynamik und Erwärmung der Chromosphäre; den Auslösemechanismus von Sonneneruptionen und die magnetische Kopplung der Sonnenatmosphäre lösen. Collados erklärt: „Die Entwicklungen von GREST ermöglichen einen entscheidenden Schritt nach vorn, um das Versprechen von einem Europäischen Sonnenteleskop Wirklichkeit werden zu lassen. Es hat nicht nur eine hervorragende Gelegenheit geboten, neue Anwendungen basierend auf bahnbrechenden Technologien zu entwickeln, sondern auch die Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft und Industrie gestärkt, was bereits zu neuen Geräten führte.“ Neben der Verwendung für Sonnenbeobachtungen wird erwartet, dass allein die großformatigen Detektortechnologien einer breiteren Palette von Anwendungen zugute kommen, die hochauflösende astronomische Beobachtungen wie die Erkennung von erdnahen Objekten und die Untersuchung von Pulsaren erfordern, und neue Märkte in der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), Proteinkristallographie und Röntgentomographie eröffnen. Um die Arbeit abzuschließen, wird das Team die verschiedenen Technologien sowohl im Labor als auch in situ weiter erforschen, herstellen, testen, verfeinern und validieren.
Schlüsselbegriffe
GREST, Plasmaphysik, Sonne, Teleskop, solar, Stern, Magnetfelder, Sonnenflecken, hohe räumliche Auflösung, Detektoren, Sensoren, Atmosphäre