Teleskope erweitern den Horizont

Transkript

1 Teleskope erweitern den Horizont Max Camenzind Würzburg

2 Schätzung Lokale Sterndichte In einem Volumen mit Radius 20 LJ werden 100 Sterne (109 WZ) gezählt. Betrachtetes Volumen: V = 4p/3 R³ = 4p/3 x 6³ = 967 pc³ # Sterne N = 100 Sterndichte n = N/V = 100/967 = 0,1 Sterne / pc³ Mittlerer Abstand l = 1/n 1/3 = 2,08 pc = 6,8 LJ

3 Teleskope sind seit 1925 (Mount Wilson) immer tiefer ins Universum vorgedrungen 1925

4 Die Geschichte der Astronomie ist die Geschichte von den sich weitenden Horizonten." (Edwin Hubble) Was wir wissen ist ein Tropfen, was wir nicht wissen ist ein Ozean." (Isaac Newton) Die Wissenschaft kann die letzten Rätsel der Natur nicht lösen. Und das ist so, weil wir letztlich selbst ein Teil des Rätsels sind." (Max Planck)

5 Übersicht Spiegel-Teleskope eröffnen neue Möglichkeiten. Die Abbildung am Spiegelteleskop: Airy Ringe Die ersten Bergobservatorien. Mount Wilson und Palomar Mountain vergrößern das Universum. Neugründungen in den 60er und 70er Jahren auch Europa holt langsam auf. Die heutigen 8- und 10-Meter Teleskope. Monster-Teleskope des 21. Jahrhunderts. Die Weltraum-Teleskope Hubble und JWST.

6 Erfindung von Isaac Newton

7 Teleskop-Spiegel ab 1900

8 Fokalsysteme Spiegel-Teleskope Primär- Fokus Cassegrain- Fokus Spiegel Instrument Nasmyth- Fokus Coudé- Fokus

9 Cassegrain Fokus

10 Azimuthale Spiegel-Teleskope Große Teleskope haben mehrere Foki. Mit bewegbaren Spiegeln kann man zwischen den Foki wählen, und somit das Instrument auswählen, das man benutzen möchte. Hier: Eines der 4 ESO Teleskope des Very Large Telescope (VLT) in Chile.

11 Aufbau eines modernen Teleskops

12 Intensitätsverteilung Kreisblende Airy Funktion Beugungslimit (Diffraktion) Intensität Punktquelle Wird oft Point-Spread Function (PSF) genannt. θ Null θ 1, 22 Null Auflösung l D θ = Winkel am Himmel (in Radian) λ = Wellenlänge (in cm) D = Teleskop-Diameter (in cm)

13 Beugung Punktquelle an Kreisblende Airy Ringe Beugungslimit (Diffraktion)

14 Airy Ringe Auflösung eines Doppelsterns Hubble Space Telescope

15 Airy Ringe von Sternen Airy Ringe Bild: Gemini Teleskop

16 Das menschliche Auge als Detektor Auflösung 1, 22 l 0,5 10 D 0,2cm 4 l D cm Auflösung ' 4 rad Ohne Teleskop ist die Positionierungsgenauigkeit nur einige Bogenminuten (Tycho Brahe z.b.).

17 Atmosphärische Störungen: Seeing Eine Atmosphäre mit einer Blase mit wärmerer Luft. Druckgleichgewicht bedeutet: niedrigerer Dichte. Deshalb: niedrigerer Brechungsindex n. Wirkt wie eine konkave Linse.

18 Atmosphärische Störungen: Seeing Turbulenz kombiniert mit Konvektion produziert eine Luft mit vielen Dichte-Schwankungen. Wind Der Wind sorgt dafür, dass wir ständig durch andere Blasen schauen. Dies liefert Seeing : Quelle des Films: Wikipedia

19 Seeing: Speckles (= Flecken) Wie ein Stern von Seeing ausgeschmiert wird Hier: Ein Stern fotografiert mit 0.01 s Belichtung, jede 1 s. Quelle:

20 Seeing: Speckles r 0 r 0 = kleinste relevante Blase = Fried Parameter (für optisch/nir: typische Wert an einem guten Beobachtungsort ist: r 0 ~10 cm) Wenn D<<r 0 : Diffraction limited Primärspiegel Wenn D>>r 0 : Seeing limited D = Spiegeldiameter = Apertur

21 Seeing: Speckles Gleiches Teleskop, immer stärkeres seeing Gleiches seeing, immer größeres Teleskop Quelle des Bildes:

22 Adaptive Optik (AO) Mit adaptiver Optik kann man die Seeing-Störungen und die Speckles zum Teil aufheben, und damit Bilder produzieren, die beugungsbegrenzt sind anstatt seeing-limitiert. Da 8m-Teleskope viel größer sind als das Hubble Space Telescope (HST), kann man hiermit theoretisch bessere Bilder als das HST machen. Allerdings ist diese Technik nicht perfekt. Die Qualität wird vom Strehl ratio quantifiziert. Urheber: Stefan Hippler Quelle:

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24 Die ersten Berg-Observatorien

25 Das Lick-Observatorium

26 Der bekannte 91-cm-Lick-Refraktor wurde in den Jahren 1880 bis 1888 gebaut.

27 Das Mount Wilson Observatorium

28 Transport auf den Berg schwierig

29 Hooker Teleskop 1917 in Betrieb

30 Das 2,5-Meter-Hooker-Teleskop dominiert die Astronomie

31 Der amerikanische Astronom Edwin Powell Hubble veränderte unser Verständnis vom Universum: Er zeigte die Existenz von andern Milchstrassen Er fand eine Korrelation zwischen Rotverschiebung und Distanz der Galaxien Er führte eine Klassifikation der Galaxien ein, die noch heute gültig ist.

32 Edwin Hubble und Mount Wilson

33 Edwin Hubble vergrößert das Universum 1924: Hubble zeigt, dass Andromeda-Nebel nicht zur Milchstraße gehört das Universum wird größer und größer. 1929: Hubble publiziert die lineare Beziehung zwischen Distanzen von Galaxien und ihrer Rotverschiebung z. Seine Hubble-Konstante ist ein Faktor 10 zu groß! 1936: Hubble schlägt eine Klassifikation der Galaxien vor.

34 Die berühmte Hubble-Cepheide V1 in Andromeda d = 1 Mio LJ

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36 Andromeda ist eigenständiges System außerhalb der Milchstraße d = 1 Mio. LJ

37 Andromeda & Milchstraße gehören zur Lokalen Gruppe, heute d = 2,5 Mio. LJ

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39 Hubble-Gesetz stellt sich als richtig heraus v Hd Dieser Graph plottet die gemessene sog. Fluchtgeschwindigkeit v = cz, 30 Supernovae H 0 = 67 km/s/mpc

40 1930: Albert Einstein besucht Mount Wilson

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42 Kalifornien wird zu hell für Mount Wilson Auszug nach Mount Palomar

43 Palomar Observatory 1928 gegründet / Hale & Samuel Oshin Hale Teleskop 1948 seit 1950 in Betrieb dominiert die Astronomie bis 1980

44 Mount Palomar 200 Zoll (5 m) 1948 in Betrieb

45 Auf dem Weg von New York nach Kalifornien in einer kugelsicheren Verpackung Auf dem Weg in die Berge

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47 Mount Palomar & Hubble Konstante Nach anfänglichen Schwierigkeiten H 0 < 100 km/s/mpc Allan Sandage Daten: John Huchra, Harvard

48 Das Hale-Teleskop entdeckt Supernova 2011fe in M 101 Bilder: Hale Telescope, Palomar

49 1,5-Meter-Schmidt-Teleskop auf Mount Palomar POSS > 1950

50 Heute POSS I+II digitalisiert - 5 Bogenminuten Ausschnitt m < 20 mag

51 Kitt Peak National Observatory 1958 gegründet / Arizona Tucson 2097 müm

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54 Name: Nicholas U. Mayall Telescope Size: 4 meter (158 inches), 15 t, Al Type: Reflecting First Light: February 27, 1973 Focal Ratio: f/2.7 Prime Mirror Mounting: The equatorial mounting has an axis of 32 degrees with a "horseshoe" bearing (right ascension, parallel to earth's axis) and a perpendicular bearing (decl.)

55 Starting in 2019, the 4m Mayall Telescope at KPNO will host the Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), which will be the most powerful multi-object survey spectrograph in the world. 3D map of the universe.

56 Cerro Tololo Inter-American Observatory

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59 ESO La Silla seit m üm

60 ESO Hauptquartier Garching München

61 ESO Supernova Planetarium ab 2018

62 ESO 3,6 m (1976) La Silla Europa holt auf

63 Zusammenfassung Das Observatorium auf Mount Wilson hat die Beobachtung des Universums entscheidend weiter gebracht. Bis in die 70er Jahre beherrschte das Hale- Teleskop auf Mount Palomar die extragalaktische Astronomie. Mit diesem Teleskop wurde die Hubble-Konstante langsam realistischer. Die 60er und 70er Jahre brachten dann eine Menge Neugründungen an Bergobservatorien, unter ihnen La Silla der ESO in Chile. Das Universum erweiterte sich bis z = 1.