Tiefer Blick in die Sterne

Das LINC-NIRVANA-Instrument verfügt über eine Funktion, die seinem Namen alle Ehre macht. Wenn es an dem Large Binocular Telescope (LBT) montiert ist, versetzt dieses Instrument Astronomen in die Lage, mit einer bisher unerreichten Bildschärfe in das Zentrum weit entfernter Galaxien zu blicken.

Schon heute ist das Large Binocular Telescope (LBT) auf dem Mount Graham im US-Bundesstaat Arizona eines der modernsten optischen Teleskope der Welt. Es verfügt über zwei riesige Sammelspiegel mit einem Durchmesser von jeweils 8,4 Metern, die auf einer gemeinsamen Montierung installiert sind. Die Nah-Infrarotkamera LINC-NIRVANA kombiniert das Licht aus den zwei Spiegeln und bietet so eine Auflösung, die der eines Teleskops mit einem Durchmesser von 23 Metern entspricht.

Wenn Sie sich das LINC-NIRVANA-Instrument als Kamera-App auf Ihrem Smartphone vorstellen, könnten Sie Bilder vom Zentrum einer Galaxie aufnehmen, die 53,5 Millionen Lichtjahre von uns entfernt ist. Allerdings wäre das eine App, die 9,5 Tonnen wiegt, 139 Motoren beinhaltet und für deren Bau ein Team aus internationalen Ingenieuren zehn Jahre gebraucht hat.

Von Beginn an war Ralf-Rainer Rohloff, Ingenieur und Leiter der Konstruktionsabteilung am Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, an dem komplexen LINC-NIRVANA-Projekt beteiligt. Laut ihm arbeiten an dem Projekt derzeit rund 40 Ingenieure aus den verschiedensten Bereichen sowie mehrere Astronomen.

„Bei der Planung des Instruments nahmen die Astronomen an den Versammlungen der Wissenschaftler und Ingenieure teil, in denen besprochen wurde, was möglich ist“, schildert Rohloff. „Die Astronomen benötigten ein gewisses technisches Grundwissen, um uns zu verstehen, und wir wiederum brauchten bestimmte Grundkenntnisse in Astronomie, damit wir verstanden, was sie wollten.“

Zu den Aufgaben des Instruments zählt zum einen die Entdeckung extrasolarer Planeten, die fremde Sterne umkreisen, und zum anderen die Untersuchung der entferntesten Galaxien im Universum. Aufgrund der Größe und Kosten des LINC-NIRVANA-Projekts waren mehrere Institute aus der ganzen Welt an seiner Entwicklung beteiligt. Dabei ist Rohloffs Institut für die Koordination der deutschen Institute verantwortlich, die zusammen mit Instituten in Italien und in den USA an dem Instrument arbeiten.

Das Instrument wurde im Juni 2015 fertig­gestellt, in den Sommermonaten sorgfältig verpackt und dann im September von Deutschland nach Arizona transportiert. Im November reisten Rohloff und das Team nach Arizona, um vor Ort eine Reihe von Tests an dem Gerät durchzuführen.

„Das war sehr aufregend, denn wir hatten keine wirklichen Probleme und alles passte“, erzählt Rohloff. „Nach einem so langen Konstruktions- und Entwicklungsprozess waren wir alle froh, dass es reibungslos funktionierte. Die Endmontage findet dann 2016 statt.“

Bei der Montage eines Instruments mit einem Gewicht von 9,5 Tonnen an einem extrem empfindlichen Teleskop sind Präzision und Stabilität von entscheidender Bedeutung. Für die überaus wichtige Verbindung zwischen dem Instrumentenrahmen und dem Rahmen des Teleskops kamen Superbolt-Spannschrauben und Keilsicherungsscheiben von Nord-Lock zum Einsatz.

„Wir haben uns für die Superbolts und Keilsicherungsscheiben von Nord-Lock entschieden, da sie am sichersten sind“, betont Rohloff. „Als wir uns nach Sicherungsscheiben umgeschaut haben, mussten wir feststellen, dass 70 Prozent von ihnen nicht wirklich sicher sind. Und in unserem Fall muss das Gerät absolut sicher sein – sogar ein Verrutschen von nur wenigen hundert Mikrometern ist für uns nicht akzeptabel.“

Die Entscheidung fiel auch deswegen zugunsten der Nord-Lock-Produkte aus, weil unter sehr beengten Platzverhältnissen eine sehr präzise Klemmkraft in den Schrauben erzielt werden muss.

„Um das Instrument herum ist kein Platz für große Schraubenschlüssel“, erklärt er. „Mit der Nord-Lock Superbolt-Lösung sind wir in der Lage, die Schrauben über einen kleinen Drehmomentschlüssel mit dem exakt erforderlichen Drehmoment zu beaufschlagen, was ein Riesenvorteil ist.“

Auch wenn dieses Projekt, das sich über zehn Jahre erstreckt hat, bald abgeschlossen ist: Langweilig wird Rohloff nicht, da er sich noch mit vielen anderen Projekten beschäftigt. Seine Arbeit führt ihn oft in die entlegensten und trockensten Gebiete der Welt, von den Wüsten Spaniens bis zu den Berggipfeln in Chile, da dies die besten Standorte für Teleskope sind. Er sagt, dass die Astronomie schon immer seine Leidenschaft war.

„Schon in meiner Kindheit habe ich mich sehr für Astronomie interessiert. Damals habe ich mir sogar mein eigenes kleines Teleskop gebaut. Es erstaunt mich immer wieder, dass ich nun dazu beitrage, eines der größten Teleskope der Welt zu bauen.“

LINC-NIRVANA

Die Nah-Infrarotkamera LINC-NIRVANA nutzt die volle Kapazität beider Einzelspiegel des LBTs. Das Instrument ermöglicht die interferometrische Überlagerung der Bilder von den zwei 8,4 Meter-Einzelspiegeln des LBTs und vereinigt sie auf einem einzigen Detektor, sodass eine Auflösung erreicht wird, die der eines Teleskops mit einem Durchmesser von 23 Metern entspricht.

Bei einer Größe von 5 x 4 x 4,5 Metern bringt das LINC-NIRVANA ein Gewicht von 9,5 Tonnen auf die Waage und verfügt über 139 Motoren. Angesichts der außergewöhnlichen Anforderungen eines solchen Systems ist es absolut entscheidend, dass das Gerät und seine optischen Elemente ihre dreidimensionale räumliche Position exakt beibehalten, sodass im Hinblick auf die verwendeten Komponenten auch nicht der kleinste Spielraum für Fehler bleibt.

In einer weit, weit entfernten Galaxis …

Das neue astronomische Instrument für das Large Binocular Telescope (LBT) versetzt Astronomen in die Lage, extrem weit entfernte Planeten und Galaxien zu beobachten. Eine dieser Galaxien, die für Astronomen interessant sein könnte, ist die elliptische Riesengalaxie Messier 87 (M87), die auch als Virgo A oder NGC 4486 bezeichnet wird. Sie wurde 1781 von dem französischen Astronom Charles Messier entdeckt und ist seitdem bei Astronomen sehr beliebt.

M87 ist Teil des Virgo-Galaxienhaufens, der 53,5 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Die Galaxie enthält eine außergewöhnlich große Anzahl von sogenannten Kugelsternhaufen, rund 12.000; unsere Milchstraße besitzt dagegen nur 150 bis 200 dieser Haufen.

Insbesondere würde das LBT den Kern dieser Galaxie näher untersuchen, von dem ein fast 5000 Lichtjahre langer Jet hochenergetischen Plasmas mit relativistischer Geschwindigkeit ausgestoßen wird. Dieser Plasma-Jet wird von einem supermassereichen schwarzen Loch im Zentrum der Galaxie verursacht.

Im Bild oben ist zu sehen, wie kalte Materie aus dem Virgo-Haufen in Richtung des Kerns von M87 fällt. Durch die Kollision mit dem relativistischen Jet entstehen Stoßwellen im interstellaren Medium der Galaxie.

Quelle: Wikipedia

Der perfekte Standort

Um optimale Ergebnisse zu erzielen, benötigen moderne Teleskope eine spezielle Umgebung. Zu den Anforderungen, die der Standort für ein bodengestütztes Observatorium erfüllen muss, zählen viele klare Nächte pro Jahr, eine minimale Lichtverschmutzung durch städtische Gebiete, sowie ein geringer Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre. Darum werden diese Teleskope in trockenen Gebieten in großer Höhe errichtet, wie zum Beispiel im Südwesten der USA. Das LBT befindet sich in einer Höhe von 3221 Metern auf dem Mount Graham im US-Bundesstaat Arizona.

Die Nord-Lock-Lösung

Kunde: Max-Planck-Institut für Astronomie in Heidelberg, Deutschland.
Endkunde: Large Binocular Telescope (LBT).
Ort: Mount Graham, Arizona, USA.
Anwendungsbereich: Montage eines astronomischen Instruments am Teleskoprahmen
Nord-Lock-Lösung: 30 Superbolt CY-M20 Spannschrauben und Keilsicherungsscheiben
Produktvorteile: Absolute Stabilität bei Null Schlupf. Exakte Beaufschlagung des erforderlichen Drehmoments unter sehr beengten Platzverhältnissen.