Kai Stockrahm - Die Observatorien
auf dem Roque de Los Muchachos



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Vorneweg...

Vielleicht hat sich der ein oder andere Besucher von La Palmas höchstem Punkt, dem Roque de los Muchachos, schon einmal gefragt, an welchen Gebäuden und Observatorien er da auf seinem Weg 'nach oben' so vorbeifährt. Was bedeuten MAGIC, GTC,TNG? Warum wirkt die ganze Szene so ausgestorben? Muss hier auch tagsüber mit Licht gefahren werden oder was sollen die Schilder mit dem Hinweis auf Abblendlicht?

Öffentlichkeitsarbeit war noch nie die Stärke der Wissenschaft, und meines Wissens stehen nur am MAGIC Schaukästen mit Informationen zur Funktionsweise des Teleskops. Es gibt aber ein ganz hervorragendes Buch zu den Observatorien, geschrieben von einer Frau, die jahrelang hier wissenschaftlich gearbeitet hat und nun als Führerin für die Observatorien tätig ist. Einziger Haken: Die Dame ist Engländerin (oder Britin) und das Buch somit komplett in Englisch. Alles was ich hier schreibe, ist eine Übersetzung aus dem Buch 'A Breathtaking Window on the Universe' von Sheila M. Crosby, erschienen bei Dragon Tree. Für eventuelle Fehler durch mangelhafte Übersetzung oder grobe Vereinfachung trage ich die Schuld, und für jeden Hinweis bin ich dankbar, ich würde den Text dann entsprechend überarbeiten.

Anders als Sheila, die ihren Führer vom kleinsten zum größten Teleskop aufbaut, möchte ich meine Führung entlang der Route machen, die ein typischer Besucher des Roques von der LP-4 aus kommend nimmt: Unterkünfte und Werkstätten, MAGIC, GTC, TNG und vielleicht noch das NOT. Alle Abkürzungen erkläre ich bei den jeweiligen Teleskopen. Bereit? Los geht's!

Die 'Residencia' und die Werkstätten
Unmittelbar, nachdem man von der LP-4 zum Roque abgebogen ist, passiert man eine Schranke, die mit Einbruch der Dunkelheit geschlossen wird und den Zugang für die normalen Besucher sperrt. Nachts gehört praktisch das ganze Areal den Astronomen und Astrophysikern, und die Schranke soll helfen, Störungen durch Fahrzeuge, die nicht zu den Observatorio del Roque de los Muchachos (ORM) gehören, zu vermeiden. Die ORM liegen sehr abgeschlagen, deswegen ist es nötig, alles, was zum Betrieb und zur Unterhaltung der Anlagen dient, vor Ort vorzuhalten. Linkerhand hinter der Schranke befinden sich Werkstätten und Lagereinrichtungen, ein Stückchen weiter die Straße hinauf liegen die Residencia genannten Unterkünfte der Wissenschaftler. Die Residencia funktioniert wie ein kleines Hotel, ist dabei allerdings nicht öffentlich und um einige spezielle Aufgaben erweitert. Neben der Unterbringung der Astronomen und der Techniker, die über Nacht in den Observatorien arbeiten, kümmern sich die Angestellten der Residencia um die Verpflegung, zusätzlich sind sie für die Notfall-Ambulanz vor Ort verantwortlich. Ferner hält die Residencia neben Freizeitangeboten auch eine Anlage zur Erzeugung flüssigen Stickstoffs bereit, der zur Kühlung der Analysegeräte in den Observatorien benötigt wird. Eine Anlage zur Erneuerung der Aluminiumbeschichtung der Spiegel der Teleskope gehört ebenfalls zur Ausstattung.

Nachdem man Residencia und Werkstätten sowie die vier Hubschrauberlandeplätze passiert hat, gelangt man zu den auffälligsten Teleskopen des ORM:









Die beiden MAGIC-Teleskope

Steckbrief:
  *  Betreibergesellschaft: 23 Institute aus Bulgarien, Kroatien, Finnland,
      Deutschland, Italien, Japan, Polen, Spanien und der Schweiz
  *  Typ: Reflektor (segmentiert)
  *  Wellenlänge: Gammastrahlung / Cherenkov-Strahlung
  *  Durchmesser: 2 x 17 Meter
  *  Inbetriebnahme: MAGIC I 2004, MAGIC II 2010
  *  Website: https://wwwmagic.mpp.mpg.de/
  *  Webcam: http://www.magic.iac.es/webcams/

Wie bei allen anderen Teleskopen auf dem Roque verstecken sich hinter den Namen Abkürzungen: MAGIC steht für Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescope. Was heißt das? Der Name verrät, dass MAGIC nicht im sichtbaren Bereich des Spektrums arbeitet, auch nicht im Infrarot- oder Ultraviolettbereich, sondern es sucht nach Gamma-Strahlen, hochenergetischer radioaktiver Strahlung. Gammastrahlen können verschiedene Quellen haben, zum Beispiel Schwarze Löcher im Zentrum junger Galaxien oder Supernovae. Letztere produzieren etwas, das Astrophysiker einen Gamma Ray Burst nennen, einen explosionsartiger Austritt von Gammastrahlung.
Für Wissenschaftler stellt sich bei der Beobachtung von Gammastrahlung ein Problem: Sie wird von der Erdatmosphäre absorbiert - zum Glück, denn sonst wäre auf der Erdoberfläche kein Leben möglich. Gammastrahlung lässt sich aber indirekt beobachten, und zwar durch die sogenannte Cherenkov-Strahlung. Bestimmt hat jeder schon einmal Fotos aus einem Kernkraftwerk gesehen, die Brennstäbe in einem Wasserbassin zeigen. Die Stäbe sind von einem blauen Glühen im Wasser umgeben, das durch die Reaktion der Gamma-Strahlung mit den Wassermolekülen entsteht. Das ist - ganz vereinfacht gesagt - die Cherenkov-Strahlung. In der Atmosphäre passiert nun genau das gleiche, und die beiden MAGIC-Parabolschüsseln halten mit ihren hochempfindlichen Kameras nach dieser Strahlung Ausschau. Technisch sind beide Teleskope seit 2012 identisch und können zur Steigerung der Empfindlichkeit (um etwa den Faktor 3) zusammengeschaltet werden. Das ist auch nötig, denn die durch die Gammastrahlung ausgelösten Cherenkov-Blitze sind sehr kurz und ereignen sich 10 bis 20 Kilometern Höhe über der Erdoberfläche - deswegen auch die enorme Spiegelgröße. In ihrer Klasse halten die MAGICs noch den Weltrekord.   Noch etwas ist auffällig: Die MAGICs stehen gewissermaßen 'nackt' unter freiem Himmel und sind nicht wie andere Teleskope durch einen Dom geschützt. Das hat mehrere Gründe: Zum einen würden zwei Dome dieser Größe Unsummen verschlingen, dabei gleichzeitig die Teleskope behindern, denn die kurzen Blitze mit einer Dauer von maximal drei Minuten erfordern rasante Teleskopbewegungen. Trotz ihrer Masse von jeweils 60 Tonnen können sich die MAGICs innerhalb von 40 Sekunden von einer Seite des Himmels zur anderen bewegen. Ein Dom käme hier schlicht nicht mit. Zum anderen ist der Schutz unnötig, da MAGIC keine Bilder im herkömmlichen Sinn aufnimmt, das heißt, die optische Qualität der Spiegel ist nebensächlich. Es reicht, wenn Regen den Staub von den Spiegeln wäscht.

Wer war Florian Goebel?
Der Projektmanager des MAGIC II verunglückte kurz vor Inbetriebnahme des Teleskops tödlich. Ihm zu Ehren wurde das Projekt in 'The Florian Goebel MAGIC telescopes' umbenannt.








Bild von Wolfgang Hempel





Nun geht es zu den Spiegelteleskopen
Die nächsten Teleskope, die wir auf der Fahrt zum Roque passieren, sind alles Spiegelteleskope, daher soll hier die dahinter stehende Technik wenigstens grob erklärt werden.

Astronomische Beobachtungen oder Astrofotografie kann man als den Versuch beschreiben, an Neumond eine schwarze Katze in einem Kohlenkeller abzulichten. Es kommt also darauf an, möglichst viel Licht, das obendrein schon vor Millionen von Jahren ausgesandt worden sein kann, einzusammeln. Dabei stoßen auf Linsen aufgebaute Teleskope schnell an physikalische Grenzen, da die Linsen nicht beliebig groß hergestellt werden können. Zur Beobachtung besonders lichtschwacher Objekte werden deswegen Spiegelteleskope eingesetzt, bei denen ein gewölbter Spiegel das Sternenlicht einfängt und in einem Punkt fokussiert. Was sich einfach anhört, birgt eine ganze Reihe von Fallstricken.

Auch wenn es auf den ersten Blick nicht so aussieht, aber Observatorien sind Hochpräzisions-Instrumente. Bei der Beobachtung von Sternen wird mit langen Belichtungszeiten gearbeitet, um die Lichtausbeute zu erhöhen. Dazu muss die gesamte Konstruktion aber millimetergenau bewegt werden - und das ist bei einem Gesamtgewicht von 80 Tonnen und mehr schon eine Herausforderung. Diese Nachführung, bei der ein Objekt permanent im Fokus gehalten wird, erfordert auch eine entsprechende Aufhängung des Teleskops. Man unterscheidet äquatoriale und altitude-azimuthe (oder alt-az) Aufhängungen. Mit zunehmender Größe der Teleskope setzte sich konstruktionsbedingt die Alt-Az-Aufhängung immer stärker durch. Am einfachsten stellt man sich diese Form der Montierung wie eine Kanone vor: Das Kanonenrohr entspricht dem Teleskopkörper, der an einer Achse vertikal geschwenkt wird (altitude Bewegung). Das Kanonenrohr mit seiner Achse liegt in einem gabelförmigen Träger, der wie ein Karussell horizontal drehbar ist (azimuthe Bewegung). Die Konstruktion ist dabei so perfekt ausbalanciert, dass sich die 80 Tonnen des William-Herschel-Teleskops mit einer Hand bewegen lassen...

Dann wäre da noch der bzw. die Spiegel:
Der Haupt- oder Primärspiegel eines Teleskops muss mit einer unglaublichen Präzision gefertigt werden, da jede Unebenheit zu Verzerrungen führen würde. Hergestellt werden die Spiegel aus einer Glaskeramik, die die meisten von uns auch in Form eines Ceran-Felds in ihrer Küche haben. Dieser Spiegelkorpus wird geschliffen und poliert, bis er die gewünschte Form hat. Als nächstes wird die Verspiegelung aufgebracht, und zwar - im Gegensatz zu unseren Garderobenspiegeln - ungeschützt auf der Oberseite, da alles andere wieder die optische Qualität beeinflussen würde. Der Spiegel muss besonders geschützt (daher die Dome) und regelmäßig gereinigt werden.

Wie geht's jetzt weiter? Irgendwie muss das eingefangene Licht jetzt aber auch analysiert werden. Hier gibt es mehrere Möglichkeiten: Entweder baut man das Instrument genau wie bei den MAGIC-Teleskopen in den Brennpunkt des Hauptspiegels (dem Primärfokus) ein - dann darf es aber nicht zu schwer sein, sonst würde sich die ganze Konstruktion besonders bei Beobachtungen knapp über dem Horizont durchbiegen, vom Verlust der Balance ganz zu schweigen. Oder man bringt im Primärfokus einen zweiten Spiegel an, der das Licht durch ein Loch im Hauptspiegel zu darunter eingebauten Instrumenten schickt (Cassegrain-Fokus). Hier hat man wieder das gleiche Problem: Die Instrumente dürfen nicht zu groß werden, sonst ist die Balance des Teleskops gefährdet. Zusätzlich erschwert die Position noch den schnellen Tausch der Instrumente. Als Alternative leitet man das Licht daher durch einen dritten Spiegel oder ein Prisma durch die Achsen aus dem Teleskop heraus auf Glasfasern (Nasmyth-Fokus). Die Glasfasern bringen das Licht dann zu den jeweiligen Analysegeräten. Teilweise werden sogar an allen Austrittspunkten Instrumente bzw. Glasfasern angebracht, um das Teleskop flexibler nutzen zu können.

Und schließlich die spannende Frage: Was wird denn nun analysiert?
Die Frage ist gar nicht so leicht und vor allem knapp zu beantworten. Vielleicht nur soviel: Niemand sieht mehr direkt durch ein Teleskop. Im Fall des MAGIC ist es eine relativ schwach auflösende Kamera, die nach Lichtblitzen und deren Position Ausschau hält. Bei Spiegelteleskopen wird oft mit Spektralanalyse gearbeitet. Ohne zu sehr in die Tiefe zu gehen: Die Spektralanalyse, bei der das Licht eines Sterns in seine einzelnen Wellenlängen zerlegt wird (wie ein Regenbogen), erlaubt Rückschlüsse auf seine chemische Zusammensetzung, seine Temperatur und seine Geschwindigkeit. Die farbenprächtigen Bilder, die Galaxien oder Nebel zeigen, kommen meist durch Überlagerung mehrerer Aufnahmen mit verschiedenen Filtern zustande.

Unser nächster Stopp ist ein Weltrekordler:

Das GTC

Steckbrief:
  *  Betreibergesellschaft: Instituto de Astrofisica de Canarias, Universität Florida
      und Freie Nationaluniversität Mexico
  *  Typ: Reflektor (segmentiert)
  *  Wellenlänge: Sichtbar / Infrarot
  *  Durchmesser: 10,4 Meter
  *  Inbetriebnahme: 2009
  *  Website: http://www.gtc.iac.es/

GTC steht für Gran Telescopio Canarias, und oft wird der Name der Betreibergesellschaft, GranTeCan, synonym verwendet. Es gibt zwei 10-Meter-Teleskope weltweit, das GTC und das KECK auf Hawaii, aber im Moment ist das GTC ganz knapp das größte Spiegelteleskop der Welt. Wie das Keck besteht sein Hauptspiegel aus einzelnen Elementen, in diesem Fall 36 sechseckige Spiegel mit einem Durchmesser von knapp zwei Metern. Diese Lösung hat mindestens zwei Vorteile: Es ist leichter, viele kleine Spiegel herzustellen als einen großen. Und: wenn einzelne Spiegel gereinigt oder neu beschichtet werden müssen, kann man sie relativ leicht gegen Reservespiegel austauschen, das Teleskop steht nicht still und wertvolle Observationszeit ist gerettet. Jeder einzelne Teilspiegel des GTC würde schon ein kleines Observatorium glücklich machen, vor allem, weil es die besten Spiegel sind, die jemals hergestellt wurden. Würde man den Hauptspiegel des GTC auf die Größe Spaniens (ca. 1000 Kilometer im Durchmesser) bringen, wäre der Höhenunterschied zwischen dem tiefsten Tal und dem höchsten Berg gerade einmal 1,5 Zentimeter.
Das gesamte Teleskop (ohne den Dom!) bringt ein Gewicht von 385 Tonnen auf die Waage. Auch dieses Teleskop ist fast unvorstellbar genau gelagert: Die Azimuth-Auflage (das "Karussell") bewegt sich auf einem Stahlring, der auf den hundertstel Millimeter genau ausgerichtet ist. Bei eingeschalteter Ölpumpe und gelöster Bremse kann ein Kind die 385-Tonnen-Konstruktion bewegen.
Ein so großes Teleskop braucht einen noch größeren Dom. In diesem Fall einen 41 Meter hohen und 500 Tonnen schweren Dom. Teleskop und Dom ruhen auf getrennten Fundamenten und bewegen sich absolut lautlos. Das ist auch wichtig, da segmentierte Spiegel besonders empfindlich auf Erschütterungen reagieren - jedes Knirschen und Rumpeln versetzt die Spiegel in Schwingungen und ruiniert die Messungen.
Es gibt noch eine Besonderheit beim GTC: Im Gegensatz zu den anderen Teleskopen werden die Beobachtung nicht von Wissenschaftlern selbst durchgeführt, sondern von einem festen Stab an Operatoren, die die Beobachtungen nach präzisen Vorgaben machen und die Ergebnisse dann an die weltweit verteilten Forscher weiterreichen. Das hat verschiedene Vorteile: Niemand muss erst am Teleskop in die Technik eingearbeitet werden, Reisekosten und -zeit wird vermieden, und Beobachtungen können flexibler an wechselndes Wetter angepasst werden.

Aufgrund seiner Größe ermöglicht das GTC die Beobachtung sehr weit entfernter ( und damit jüngerer) Galaxien. Anfangs war das GTC nur mit zwei Instrumenten bestückt: OSIRIS, ein Spektrograph, der auch 'normale' Bilder aufnehmen kann und CanariCam, eine in Florida entwickelte Infrarotkamera, die im mittleren Bereich des Infrarotspektrums arbeitet und z. B. Materie beobachtet, die von super-massiven Schwarzen Löchern im Zentrum von Galaxien aufgesogen wird. Mittlerweile sind noch einige andere Instrumente hinzugekommen, aber das GTC steht noch ganz am Anfang seiner wissenschaftlichen Karriere.

Während das GTC an einer Seitenstraße liegt, führt die Hauptstraße fast direkt am nächsten Teleskop vorbei, einmal unterhalb, einmal etwas oberhalb:






Das Grantecan, rechts im Bild




Auf diesem Bild von Reimund und Trixi ist das Grantecan links von oben aufgenommen.
In der Bildmitte, ein bisschen rechts versetzt, die Residencia und weiter rechts, die beiden MAGIC-Teleskope







Das TNG

Steckbrief:
  *  Betreiber: Istituto Nazionale di Astrofisica (INAF,Italien)
  *  Typ: Ritchey-Chretien-Reflektor
  *  Wellenlänge: Sichtbar / Infrarot
  *  Durchmesser: 3.58 Meter
  *  Inbetriebnahme: Juni 1996
  *  Website: http://www.tng.iac.es/

Das von Italien betriebene Telescopio Nazionale Galileo hat eine für ein Observatorium ungewöhnliche Kastenform, die in geöffnetem Zustand ein bisschen wie ein Toaster aussieht. Der Vorteil dieser Form ist, das sie den zum Himmel offenen Raum minimiert und so die Instrumente rechts und links des Teleskops in klimatisierten Räumen behält. Bei diesem Teleskop dreht sich der gesamte obere Bereich, und zwar wie beim GTC fast lautlos. Es ist schon ein eigenartiges Gefühl, wenn man nachts dort oben langläuft, und auf einmal fängt dieser riesige Kasten an, sich ohne Vorwarnung zu drehen...
Ungewöhnlich ist auch, das vier Instrumente permanent am Teleskop angebracht sind. Dabei wird weder der Primär-Fokus noch der Cassegrain-Fokus benutzt, sondern nur die beiden Nasmyth-Foki rechts und links des Teleskops. Die ständige Anbringung macht das Teleskop sehr flexibel, ein Wechsel zwischen den einzelnen Instrumenten erfordert nur einige Minuten. Die aktuell eingesetzen Detektoren sind:

  *  NICS (Near Infrared Camera and Spectrometer): eine Kamera und
      Spektrometer-Kombination im nahen Infrarotbereich
  *  GIANO: Ein Instrument zur Beobachtung kleiner, relativ kühler Sterne
      und sie umkreisende Planeten. Ein zweiter Einsatzbereich ist die Untersuchung
      großer Staubwolken, in denen neue Planeten entstehen.
  *  DELORES (Device Optimized for Low Resolution): ein im sichtbaren Bereich
      arbeitender Spektrometer, benannt nach der Frau eines Astronomen.
      Auch Wissenschaftler können romantisch sein! LowRes, also schwache Auflösung,
      ist hier ein Qualitätsmerkmal, denn es bedeutet, das mehr Licht die einzelnen Pixel
      des Sensors erreicht.
  *   HARPS (High Accuracy Radial Velocity Planet Searcher): Ein Instrument um erdähnliche
      Exoplaneten aufzuspüren. Ein Zwilling von HARPS wird in La Silla betrieben,
      aber der 'La-Palma-HARPS' arbeitet aufgrund des identischen Sichtfelds
      besser mit dem Kepler-Satelliten zusammen. Kepler ermittelt Exoplanet-Kandidaten,
      die das TNG mit HARPS dann genauer unter die Lupe (oder besser vor das Teleskop) nimmt.

Wir sind jetzt schon fast am Roque angekommen. Unmittelbar vor der letzten Kehre zum Gipfelparkplatz geht wieder eine Nebenstraße ab, die zu einem weiteren Observatorium führt:







Das TNG




Bei Tageslicht, Bild von Wolfgang Hempel




Das NOT

Steckbrief:
  *  Betreiber: Nordic Optical Telescope Scientific Association
  *  Typ: Reflektor
  *  Wellenlänge: Sichtbar / Infrarot
  *  Durchmesser: 2,56 Meter
  *  Inbetriebnahme: 1988
  *  Website: http://www.not.iac.es/

Auch wenn es sich etwas schräg anhört, aber zum NOT habe ich eine relativ enge Beziehung: Die Webcam des NOT war eine der ersten am Roque, und vor jeder Fahrt zum Gipfel habe ich mir erst einmal die Bilder und Wetterdaten des NOT angesehen, teilweise auch einfach mal zwischendurch von Deutschland aus. Wenn man diese kleine Tonne nun zu unterschiedlichsten Jahreszeiten, bei Regen, Schnee, Eis und Sonne sieht, wächst sie einem irgendwann ans Herz...

Das Nordic Optical Telescope wird von Dänemark, Schweden, Norwegen, Finnland und Island betrieben. In den Anfangsjahren, als die Mehrheit der Teleskope des ORM von Briten unterhalten wurden, übersetzten sie NOT mit 'NOT Our Telescope' (keines von unseren). Beim NOT rotiert das gesamte wie ein Pfefferstreuer geformte Gebäude, und es ist wahrscheinlich das einzige Teleskop der Welt, das mal einen Autounfall verursacht hat: Eines Tages parkte jemand seinen Pick-Up zu nah am Teleskop, vergaß ihn umzusetzen und als sich der Dom drehte, rammte die Außentreppe das Fahrzeug.

Falls mal wer nachts am Roque in der Nähe des NOT unterwegs ist: Die Drehung des Teleskops wird durch einen Warnton signalisiert, also nicht erschrecken, wenn da was hupt...

Das NOT war das erste größere Teleskop mit aktiver Optik: Ein dünner Hauptspiegel wird dabei computergesteuert verformt, um Verzerrungen durch Schwerkrafteinfluß auszugleichen. Ebenfalls neu waren die Klappen im Dom, die bei der Beobachtung zusätzlich zum Dom geöffnet werden, um Temperaturunterschiede innerhalb und außerhalb des Doms auszugleichen. Dadurch werden Luftturbulenzen vermieden, die sich negativ auf die Bildqualität auswirken.

Das NOT ist mit fünf Hauptinstrumenten bestückt:

StanCam: Eine kleine CCD-Kamera im Cassegrain-Focus, mit nur einer schwachen Auflösung.
Allerdings ist sie schnell einsatzbereit und wohl das, was Astronomen unter
einer Schnappschuss-Kamera bei interessanten Ereignissen verstehen.

FIES (Fibre-fed Echelle Spectograph): Hochpräziser Spektrograph außerhalb des Teleskops.
Der Spektrograph steht in einem Bunker-ähnlichem Gebäude, dessen dicke
Betonmauern Temperaturschwankungen im Inneren vermeiden sollen.
Er ist mit Glasfasern an das Teleskop angebunden.

NOTcam: eine Infrarot-Kamera, die auch polarisiertes Licht messen und
Spektralanalysen vornehmen kann.

ALFOSC (Andalucia Faint Object Spectrograph and Camera): Macht das gleiche wie die NOTcam,
aber im ultravioletten und sichtbaren Bereich des Lichts

MOSCA (Mosaic Camera): Die hochauflösende Variante von ALFOSC

Etwa zwei Wochen im Jahr sind am NOT für Ausbildungszwecke reserviert. Entweder kommen die Studierenden zur Insel, oder sie steuern das Teleskop fern.
Die Wetterseite des NOT scheint ausgesprochen beliebt zu sein, deswegen hier noch einmal der direkte Link: http://www.not.iac.es/weather/index.php




Das NOT, ganz links auf dieser Nachtaufnahme




Das NOT, aufgenommen von von Reimund und Trixi







Ihre Familie Ingrid & Mathias Siebold
Calle el Torreón 5/7
E-38750 El Paso
La Palma, Islas Canarias, Spanien
Tel. von Deutschland: + 34 922 497216
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