Größtes Sonnenteleskop der Welt zeigt mehr Details als je zuvor

Das Inouye-Sonnenteleskop auf Hawaii hat mit dem VTF ein neues Instrument erhalten. Es untersucht die Sonne mit bislang unerreichter Genauigkeit. Ziel ist es, die Prozesse auf der Sonnenoberfläche besser zu verstehen – insbesondere die Entstehung von Sonnenstürmen. Die ersten Bilder zeigen die feinen Strukturen eines Sonnenflecks. Entwickelt wurde das VTF von einem internationalen Forschungsteam in Deutschland und der Schweiz.

Ein Teleskop für unser größtes Rätsel am Himmel

Die Sonne – ein glühender Ball aus Gas und Plasma, der unser Leben möglich macht. Doch sie ist auch ein Quell ständiger Rätsel. Gewaltige Eruptionen auf ihrer Oberfläche schleudern Teilchen und Strahlung ins All. Diese treffen auch die Erde und beeinflussen Satelliten, Stromnetze und Kommunikation. Um diese Prozesse besser zu verstehen, betreibt das National Solar Observatory (NSO) auf dem Vulkan Haleakalā auf Hawaii das Daniel K. Inouye Solar Telescope – das größte Sonnenteleskop der Welt.

Seit 2022 liefert es hochauflösende Bilder der Sonnenoberfläche. Jetzt hat das Teleskop ein neues Kernstück erhalten: das Visible Tunable Filtergraph (VTF). Es ist nicht nur das größte Instrument seiner Art, sondern auch das leistungsfähigste. Und es hat nun mit ersten Bildern der Sonne offiziell seine Arbeit aufgenommen.

Das VTF als technisches Herzstück des Sonnenteleskops

Matthias Schubert, Projektwissenschaftler am Freiburger Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik (KIS), beschreibt den Moment so: „Die Inbetriebnahme von VTF ist ein bedeutender technologischer Fortschritt für das Inouye-Sonnenteleskop. Das Instrument ist sozusagen das Herzstück des Sonnenteleskops, das nun endlich an seinem endgültigen Bestimmungsort schlägt.“

Mit einem Gewicht von 5,6 Tonnen und einer Größe, die zwei Stockwerke einnimmt, ist das VTF tatsächlich ein technischer Koloss. Gebaut wurde es über einen Zeitraum von rund 15 Jahren am KIS. Die Installation auf dem Teleskop begann Anfang letzten Jahres. Entwickelt wurde es in Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) und dem Schweizer IRSOL.

So funktioniert das VTF

Das VTF ist ein Spektropolarimeter. Es zerlegt das Licht der Sonne in schmale Wellenlängenbereiche und analysiert zusätzlich, wie die Lichtwellen schwingen – den sogenannten Polarisationszustand. Diese Daten sind entscheidend, um physikalische Eigenschaften wie Temperatur, Druck, Geschwindigkeit und Magnetfeldstärke auf der Sonne zu bestimmen.

Das gelingt mithilfe zweier Fabry-Pérot-Interferometer. Diese Bauteile sind weltweit einzigartig in ihrer Größe und Präzision. Sie ermöglichen es, das Licht mit einer Genauigkeit von wenigen Pikometern – das sind milliardstel Millimeter – zu untersuchen. Die so gewonnenen Bilder liefern Daten mit einer räumlichen Auflösung von etwa 10 Kilometern pro Pixel und bis zu Hunderten Bildern pro Sekunde.

„VTF ermöglicht Bilder in bisher unerreichter Qualität und läutet damit eine neue Ära der bodengestützten Sonnenbeobachtung ein“, so Sami K. Solanki, Direktor am MPS.

Warum wir die Sonne besser verstehen müssen

Das VTF wurde speziell dafür gebaut, um Prozesse in der Photosphäre und der darüber liegenden Chromosphäre zu beobachten. In diesen beiden Schichten der Sonnenatmosphäre entstehen viele der Phänomene, die unser sogenanntes Weltraumwetter beeinflussen – etwa Sonnenstürme, die auf der Erde Polarlichter erzeugen, aber auch Schäden an Satelliten oder Stromnetzen verursachen können.

Christoph Keller, Direktor des NSO, erklärt das Ziel des Teleskops so:
„Das Inouye-Sonnenteleskop wurde entwickelt, um die zugrunde liegende Physik der Sonne als Treiber des Weltraumwetters zu untersuchen. Mit diesem Ziel ist das Inouye eine ideale Plattform für ein beispielloses und wegweisendes Instrument wie das VTF.“

Ein erster Blick mit neuen Augen

Mit der sogenannten technischen Inbetriebnahme – in der Fachsprache „First Light“ genannt – hat das VTF sein erstes wissenschaftliches Bild geliefert. Es zeigt einen Sonnenfleck mit seiner komplexen Struktur. Aufgenommen wurde es bei einer Wellenlänge von 588,9 Nanometern, also im sichtbaren Licht. Der Ausschnitt der Sonnenoberfläche, den das Bild abdeckt, misst etwa 25.000 mal 25.000 Kilometer.

Sonnenflecken entstehen dort, wo starke Magnetfelder das Aufsteigen heißer Materie aus dem Inneren der Sonne verhindern. Deshalb sind sie kühler und erscheinen dunkler. Die feinen Strukturen in der Umgebung – die sogenannte Penumbra – zeigen, wie komplex die physikalischen Prozesse auf der Sonne sind. Mit dem VTF lässt sich nun erstmals in dieser Detailtiefe untersuchen, wie sich Magnetfelder, Plasmaströme und Temperaturverteilungen in diesen Regionen verhalten.

Ein Gemeinschaftsprojekt über Grenzen hinweg

Das Inouye-Teleskop ist ein Projekt der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF). Es wird vom National Solar Observatory betrieben. Das VTF hingegen stammt aus Europa – genauer gesagt aus Deutschland und der Schweiz. Es zeigt, wie international die moderne Sonnenforschung inzwischen funktioniert.

Mit dem VTF ist das Inouye-Teleskop nun nahezu vollständig ausgestattet. Vier von fünf geplanten wissenschaftlichen Instrumenten sind bereits in Betrieb. Das VTF ist das letzte dieser Bausteine – und zugleich das technisch anspruchsvollste.