Heimisches Programm verbessert Hightech-Astronomie

Mit einem von Wissenschaftern aus Innsbruck und Wien neu entwickelten Computerprogramm können durch die Erdatmosphäre entstehende Verzerrungen in astronomischen Beobachtungen automatisch korrigiert werden. Die Software wurde im Auftrag der Europäischen Südsternwarte (ESO) entwickelt und überarbeitet bereits Aufnahmen, die von den in der chilenischen Wüste stehenden Teleskopen gemacht werden.

Ungünstige Effekte

Auf seiner langen Reise durch das Weltall stellen sich dem Licht in der Regel kaum Hindernisse entgegen. Anders sieht es ab dem Eintritt in die Erdatmosphäre aus, denn schon ab den oberen Atmosphäre-Schichten nimmt die Anzahl der Partikel zu, mit denen die Lichtteilchen wechselwirken können. "Licht wird absorbiert und regt Elektronen in Atomen und Molekülen direkt an", sagte der an der Entwicklung beteiligte Astrophysiker Stefan Kimeswenger von der Universität Innsbruck zur APA.

Das führt zu zwei Effekten, die für die Messungen der Wissenschafter ungünstige Konsequenzen mit sich bringen: Einerseits werden durch die Wechselwirkungen mit verschiedenen Partikeln wie Wasser, Sauerstoff, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid, Methan oder Ozon bestimmte Wellenlängen des Lichts verschieden stark absorbiert. Andererseits führen solche Prozesse zu einem Eigenleuchten der Atome und Moleküle und in Folge zu einem helleren Hintergrund. Beides stört, wenn es darum geht, die Aufnahmen zu analysieren, die beispielsweise vom Very Large Telescope (VLT) in der Atacama-Wüste gemacht werden.

Aufwendige Kalibrierung

Um diese Verzerrungen möglichst gut auszugleichen, mussten bisher zusätzliche Beobachtungen durchgeführt werden, um anhand dieser Daten die Messungen zu kalibrieren. Das kostet Zeit und Geld, denn eine Betriebsstunde des VLT schlägt mit 7.000 bis 10.000 Euro zu Buche. Mit der Software der Forscher aus Innsbruck und der Wissenschafter um den Astrophysiker Werner Zeilinger und den Mathematiker Hans Georg Feichtinger von der Universität Wien erfolgt die Kalibrierung nun automatisch, wie es heute, Freitag, in Aussendungen beider Unis hieß. Außerdem können die Beobachtungen nun genauer geplant werden, und es wird einfacher, astronomische Aufnahmen aus verschiedenen Beobachtungsepochen miteinander zu kombinieren.

Der Schlüssel zur Kalibrierung am Computer ist ein ausgeklügeltes Modell, das berücksichtigt, welche Bereiche des Lichtspektrums an welchen Partikeln absorbiert werden. Zusätzlich braucht es ein möglichst genaues Modell zum aktuellen Aufbau der Atmosphäre, also der verschiedenen Temperaturen in den einzelnen Höhen, der Luftdruckwerte und der genauen Verteilung der Moleküle in den einzelnen Bereichen. Dazu verwenden die Forscher Daten des weltweiten Wettervorhersagezentrums Global Data Assimilation System (GDAS). So wird es möglich, Verzerrungen im sichtbaren und infraroten Wellenlängenbereich aus den Aufnahmen zu entfernen, noch bevor die Bilder analysiert werden. Das führt auch zu einer Reduktion der vielen Daten, die von den Detektoren der Teleskope kommen.

Auch für kleine Anlagen

Interessant sei die Entwicklung auch, da damit nicht nur die Bilder, die von ESO-Teleskopen gemacht werden, verbessert werden können. So wird die Software bereits auf Hawaii eingesetzt, und auch in Innsbruck kalibrieren die Forscher mit dem Programm die Bilder eines kleinen Teleskops mitten in der Stadt, so Kimeswenger.

Die Tests in der chilenischen Wüste legen bisher nahe, dass sich Effizienzsteigerungen von bis zu zehn Prozent erzielen lassen, schätzt der Experte. Wie hoch die Ersparnis tatsächlich ist, variiere aber von Teleskop zu Teleskop. Die Erkenntnisse aus dem Projekt werden auch in die Entwicklung neuer astronomischer Instrumente wie das "Extremely Large Telescope" (E-ELT), das 2022 in der Atacama in Betrieb gehen soll, einfließen.

Die Europäische Südsternwarte ist die weltweit führende zwischenstaatliche Astronomie-Organisation. Derzeit sind 15 Länder beteiligt, darunter auch Österreich.