{"id":8406,"date":"2013-08-24T00:32:13","date_gmt":"2013-08-23T22:32:13","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/?p=8406"},"modified":"2013-08-23T23:33:25","modified_gmt":"2013-08-23T21:33:25","slug":"projekte-facette","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.bernd-leitenberger.de\/blog\/2013\/08\/24\/projekte-facette\/","title":{"rendered":"Projekt Facette"},"content":{"rendered":"<p>Seit etwa drei&szlig;ig Jahren haben wir wieder einen Wettlauf &#8211; nicht im Weltraum, sondern, wer baut das gr&ouml;&szlig;te Teleskop. Lange Zeit war das 5 m Teleskop von Mount Palomar das gr&ouml;&szlig;te. Russland baute ein 6 m Teleskop im Kaukasus um es zu schlagen. Doch das gelang nur in der Gr&ouml;&szlig;e. Die Gr&uuml;nde liegen im Glas. Glas, aber auch Zerodur, aus dem moderne Spiegel bestehen ist eine eingefrorene Fl&uuml;ssigkeit. Ein Spiegel f&uuml;r ein Spiegelteleskop muss auf etwa 0,05 \u00b5m genau geschliffen sein. Ab einer bestimmten Gr&ouml;&szlig;e verformt sich das Glas unter dem Eigengewicht so stark, das die Bildqualit&auml;t leidet. Das ist wahrscheinlich auch der Hauptgrund f&uuml;r die schlechte Qualit&auml;t des russischen Teleskopes.<!--more--><\/p>\n<p>So baute man bis Ende der achtziger Jahre neue Teleskope kleiner, im 3-4 m Bereich. Den Durchbruch brachte die Entwicklung der adaptiven Optik, z.B. mit dem NTT das 1989 eingeweiht wurde. Das Grundprinzip: man lebt mit der Verformung des Glases und gleicht diese durch einen verformbaren Korrekturspiegel aus, bei dem Korrekturelemente eine Zone des Spiegels unter Druck setzen und ihn so wieder in die ideale Form bringen. Zuerst war dies passiv, das hei&szlig;t man glich aus, was nach Berechnung an Verformung resultierte. Sp&auml;ter gab es die aktive Optik: Ein Rechner erfasste das Bild eines Sterns das das Teleskop lieferte und damit auch wie es verformt wurde. Das wurde genutzt um diese Verformung aktiv\u00a0 auszugleichen. Gab es in dem beobachteten Sterngebiet keinen ausreichend hellen Leitstern (die Korrektur muss mehrere hundert Male pro Sekunde erfolgen, die Belichtungszeit pro Bild ist also kurz), dann kann man mit einem Laserstrahl Natriumatome in der Hochatmosph&auml;re zum Leuchten anregen und so einen k&uuml;nstlichen Stern erzeugen.<\/p>\n<p>Adaptive Optik hat sogar einen Vorteil: Die Kosten eines Teleskops steigen nach Erfahrung mit dem Faktor 6 bei doppeltem Durchmesser. Bestimmt ist dies durch den Spiegel. Je schwerer er ist, desto schwerer ist die Montierung die auch genau nachgef&uuml;hrt werden muss. Adaptive Optik erlaubte leichtere Spiegel. Dadurch wurden die Teleskope billiger. Das deutsche 3,5 m Teleskop auf dem Calar Alto kostete 60 Millionen DM, das NTT mit 3,5 m Durchmesser dagegen nur 35 Millionen. Es ist sogar m&ouml;glich den Spiegel ganz aus einzelnen Segmenten zusammenzusetzen, wie dies beim Keck Teleskop erfolgte. Auf dieser Technologie wird auch das n&auml;chste gro&szlig;e Teleskop der ESO, das EELT entstehen und das Thirty Meter Teleskope. Das US-kanadische Magellan Teleskop besteht dagegen aus 7 Spiegeln von 8,4 m Gr&ouml;&szlig;e.<\/p>\n<p>W&auml;hrend so seit 1990 die Teleskopgr&ouml;&szlig;en immer gr&ouml;&szlig;er wurden (die gr&ouml;&szlig;ten Einzelspiegel sind derzeit etwas &uuml;ber 8 m gro&szlig;, segmentierte Spiegel bis 10 m) werden kleinere Instrumente wurden kaum noch gebaut. Da kommt nun meine Idee ins Spiel. Nat&uuml;rlich hat ein gro&szlig;es Teleskop Vorteile gegen&uuml;ber einem kleinen. Man kann damit weiter ins All hinaussehen, lichtschw&auml;chere Objekte beobachten und hat auch eine h&ouml;here Aufl&ouml;sung. Auf der anderen Seite ist Astronomie keine statische Wissenschaft. Was interessiert ist nicht ein Bild einer Galaxie oder eines Nebels. Hat man es einmal gemacht, dann m&uuml;sste man niemals mehr ein neues machen. Auch im All gibt es Ver&auml;nderungen, die es n&ouml;tig machen verschiedene Objekte zu bestimmten Zeiten zu beobachten. Vieles Vorg&auml;nge im All sind zeitlich variabel. einige Beispiele:<\/p>\n<ul>\n<li>Exoplaneten ziehen vor den Sternen vorbei und schw&auml;chen das Licht ab, oder ihre Position ver&auml;ndert den gemeinsamen Schwerpunkt von Sternen und Planeten, wodurch siech die Position des Sterns &auml;ndert. Sie k&ouml;nnen nur durch langfristige Beobachtungen von Sternen erkannt und ihre Bahnen bestimmt werden.<\/li>\n<li>Asteroiden welche die Erde kreuzen k&ouml;nnen, m&uuml;ssen entdeckt werden. Bei kleinen Objekten ist dies nur in Erdn&auml;he m&ouml;glich in der sie nur kurzzeitig sind.<\/li>\n<li>Einige Sterne sind aktiv und ver&auml;ndern ihre Atmosph&auml;re und Oberfl&auml;che oder das umgebende Medium (Gas)<\/li>\n<li>es gibt explodierende Sterne (Supernova) und unregelm&auml;&szlig;ig aufleuchtende Sterne (Nova)<\/li>\n<li>In den Zentren von Galaxien gibt es aktive Zentren und in anderen Galaxien auch h&auml;ufiger Supernova als bei uns<\/li>\n<li>In unserem Sonnensystem w&auml;re das Wetter von Venus, Mars, Jupiter bis Neptun beobachtbar<\/li>\n<\/ul>\n<p>F&uuml;r diese Zwecke braucht man keine gro&szlig;en Instrumente. Auf der anderen Seite gibt es eigentlich nie genug Beobachtungszeit f&uuml;r alle Forschungsvorhaben. Mit mehr Teleskopen k&ouml;nnte man die Wartezeit reduzieren und viele Vorhaben angehen, die sonst keine Chance gehabt h&auml;tten Beobachtungszeit zu bekommen.<\/p>\n<p>Sinnvoll w&auml;re daher ein Mix kleiner und mittlere Teleskope zum einen f&uuml;r regelm&auml;&szlig;ige, automatische Suchen und f&uuml;r kleinere Objekte die es zu vermessen gibt. Ich habe das schon mal vorgeschlagen. Auf die Idee kam ich erneut als ich in einem Beitrag von Arte. Ein Team wollte m&ouml;glichst alle Supernova in nahen Galaxien erfassen und studieren. Dazu bauten sie eine Reihe\u00a0 von 40 cm und 1 m Teleskiopen. Ein gr&ouml;&szlig;ere Teleskop h&auml;tte nur eine Galaxie beobachten k&ouml;nnen. So hat man eine gr&ouml;&szlig;ere Abdeckung.<\/p>\n<p>Die Idee: wir haben eine internationale Gemeinschaft &auml;hnlich wie es ja auch im Weltraum schon Zusammenarbeit gibt. Die USA, ESO, Deutschland, England, Frankreich, Kanada, Japan als Einzelnationen mit nationalen Teleskopen k&ouml;nnten sich zusammeneschlie&szlig;en und zusammen 1 Milliarde Euro aufbringen. Das ist in etwa das was eines der 30 m Teleskope kostet, die derzeit angegangen werden und davon leistet man sich drei.<\/p>\n<p>Man baut eine Reihe von Teleskopen in Serienbauweise entweder in einer Gr&ouml;&szlig;e oder in wenigen standardisierten Gr&ouml;&szlig;en. Das spart Kosten. Genauso entwirft man eine Reihe von Standardinstrumenten wie Spektrometer, CCD Kameras etc. die man in Serienbauweise fertigt.<\/p>\n<p>Doch was kostet heute ein Teleskop? Leider gibt es dazu wenige Daten. Eine Volksternwarte in Deutschland nennt ein 1 m Teleskop in Eigen. Die Kosten daf&uuml;r betrugen (inflationskorrigiert) 350.000 Euro. Nur ist das leider nicht mit einem Forschungsteleskop zu vergleichen. Charakteristisch f&uuml;r diese Projekte ist der hohe Anteil an Eigeninitiative, das Teleskop wird in entwickelten Gegenden gebaut, w&auml;hrend astronomische Sternwarten meistens auf entlegenen Bergspitzen entstehen und man hat bei Amateurteleskopen meist keine aufwendige Instrumentierung. Man kann die Kosten also f&uuml;r eine kommerzielle Version gerne verdoppeln.<\/p>\n<p>Dann gab es letztes Jahr die Einweihung eines 2 m Teleskops auf dem Wendelstein. Doch das war sehr teuer mit 8 Millionen Euro, auch weil man das ganze Material mit Helikoptern auf den Berg schaffen m&uuml;sste. Ich bin im folgenden von den inflationskorrigierten Daten des NTT auf 2013 ausgegangen: 31,9 Millionen Euro f&uuml;r ein 3,5 m Teleskop und den Erfahrungssatz doppelter Durchmesser = sechsfache Kosten. Dann erh&auml;lt man folgende Kosten:<\/p>\n<table>\n<tbody>\n<tr>\n<th>Durchmesser<\/th>\n<th>Kosten pro Einzelexemplar<\/th>\n<th>Anteil<\/th>\n<th>Anzahl bei Einzelfertigung<\/th>\n<th>Anzahl bei Serienfertigung<\/th>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>1 m<\/td>\n<td>1,25 Millionen Euro<\/td>\n<td>10%<\/td>\n<td>80<\/td>\n<td>123<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>1,5 m<\/td>\n<td>3,56 Millionen Euro<\/td>\n<td>25%<\/td>\n<td>70<\/td>\n<td>107<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>2 m<\/td>\n<td>7,5 Millionen Euro<\/td>\n<td>30%<\/td>\n<td>40<\/td>\n<td>58<\/td>\n<\/tr>\n<tr>\n<td>2,5 m<\/td>\n<td>13,3 Millionen Euro<\/td>\n<td>35%<\/td>\n<td>26<\/td>\n<td>37<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<p>Kommt man nun zu einer kleinen Serie, so m&uuml;ssten die Kosten sinken, aufgrund des Gesetzes der Serienbauweise. Die letzte Spalte gibt die Anzahl an, wenn man das Gesetz der Serienbauweise anwendet (n Exemplare kosten n<sup>0.7 bis 0.8<\/sup> anstatt n Euro. Da vieles nicht serialisierbar ist (so werden die Baukosten und Infrastrukturkosten konstant bleiben) habe ich dies nur f&uuml;r 50% der Kosten mit einem Lernfaktor von 0.75 angesetzt.<\/p>\n<p>F&uuml;r 1 Milliarde Euro w&uuml;rde man also 325 kleine bis mittelgro&szlig;e Teleskope, anstatt 216 bei Einzelfertigung bekommen. Ein weiterer Vorteil ist auch, dass sie identisch instrumentiert sind, was es einfacher macht Beobachtungen verschiedener Gruppen zu vergleichen oder auszuweichen auf ein anderes Teleskop.<\/p>\n<p>Das Beobachtungsprogramm kann so gestaltet werden, dass ein Teil der Teleskope f&uuml;r Durchmusterungen vorgesehen ist, sie also periodisch den ganzen Himmel auf Ver&auml;nderungen durchsuchen. Ein weiterer Teil steht f&uuml;r internationale Projekte zur Verf&uuml;gung, d.h. Forscher reichen, wie dies z.B. auch beim Hubble Weltraumteleskop der Fall ist einen Antrag ein, und es wird entschieden nach der Qualit&auml;t des Antrags nicht nach der Nation wie viel Beobachtungszeit er enth&auml;lt. Ein weiterer Teil w&auml;re dann f&uuml;r die Nation zum freien Verteilen unter ihren Astronomen verf&uuml;gbar, entsprechend ihrer finanziellen Beteiligung. Was es aber ist, ist ein internationales Projekt, d.h. Deutschland hat dann nicht einige Teleskope die es exklusiv f&uuml;r sich nutzen kann, sondern es bekommt einen Anteil an der Gesamtbeobachtungszeit. So kann man sie auch am flexibelsten nutzen.<\/p>\n<p>Eine Milliarde ist auch bei der Astronomie nicht viel. Die ESO hat ein Budget von 143 Millionen Euro. Die USA geben sicher noch mehr aus und viele L&auml;nder in der ESO haben noch nationale Observatorien. Dazu k&auml;men noch als Betreiber von Gro&szlig;teleskopen noch S&uuml;dafrika, Canada, Japan, eventuell noch Indien und China. Nehmen wir an, dass weltweit j&auml;hrlich 400 Millionen Euro f&uuml;r die Astronomie ausgegeben werden und dieses Programm sich &uuml;ber 10 Jahre erstreckt, dann bedeutet dies, dass mit 25% mehr Mitteln man die Zahl der installierten Teleskope deutlich erh&ouml;hen kann. Wikipedia listet 112 Teleskope mit 1,8 m Durchmesser oder gr&ouml;&szlig;er, davon 63 im Bereich bis 2,5 m Gr&ouml;&szlig;e. In diesem Segment w&uuml;rde sich die Zahl um 95, also 150% erh&ouml;hen.<\/p>\n<p>F&uuml;r die &Ouml;ffentlichkeitsarbeit w&auml;re es auch denkbar, einige dieser Teleskope, z.B. 10% aus jeder Klasse als &ouml;ffentlich verf&uuml;gbare Internet Teleskope einzurichten, denn aufgrund der gro&szlig;en Zahl werden sie sowieso alle automatisiert arbeiten. d.h. der Beobachter sendet seinen Beobachtungswunsch &uuml;ber das Internet an die Sternwarte wo der Computer das Teleskop ausrichtet und Lifebild und Daten zur&uuml;ckschickt. Dann ist der Weg nicht weit zu einem Teleskop f&uuml;r jedermann.<\/p>\n<p>&nbsp;<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Seit etwa drei&szlig;ig Jahren haben wir wieder einen Wettlauf &#8211; nicht im Weltraum, sondern, wer baut das gr&ouml;&szlig;te Teleskop. Lange Zeit war das 5 m Teleskop von Mount Palomar das gr&ouml;&szlig;te. Russland baute ein 6 m Teleskop im Kaukasus um es zu schlagen. Doch das gelang nur in der Gr&ouml;&szlig;e. Die Gr&uuml;nde liegen im Glas. 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