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»Erstes Licht« für PANIC am Calar Alto Observatorium

5. Dezember 2014

Nach einer Entwicklungszeit von etwa 8 Jahren ist in der Vollmondnacht vom 6. auf den 7. November 2014 die Nah-Infrarot Weitfeld-Kamera PANIC am 2.2m Teleskop auf dem Calar Alto in Betrieb gegangen. Dieses sogenannte »First Light« (»Erstes Licht«) ist wohl für jedes Teleskop oder Beobachtungsinstrument der wichtigste Meilenstein.

PANIC (PAnoramic Near-Infrared Camera) ist ein gemeinsames Projekt des Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) Heidelberg und des Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA) Granada. Die gemeinsame Projektleitung teilen sich Matilde Fernandez (IAA) und Klaus Meisenheimer aus Heidelberg (Bis zu seinem Ruhestand war Josef Fried der Projektleiter am MPIA). Das IAA ist vor allem für das optische Design, die optische Justierung und die Beobachtungs- und Pipeline-Software zuständig, während das MPIA für die Mechanik (Kryostat, Filterräder, usw.), die Ausleseelektronik und die Motorsteuerung verantwortlich ist.

Das neue Instrument ist gleich in mehrfacher Hinsicht erstaunlich. Während die Entwicklung hochempfindlicher elektronischer CCD-Kameras in der Astronomie für den sichtbaren Spektralbereich seit den 1980er Jahren die Beobachtungen revolutioniert hat und viele Elemente dieser Technologie inzwischen in Alltagskameras zum Einsatz kommen, war die Entwicklung ähnlicher Kameras für den infraroten Spektralbereich deutlich schwieriger – insbesondere im Hinblick auf größere Detektoren und größere Gesichtsfelder bei gleichzeitig guter Aufösung. In PANIC bilden vier Detektoren mit jeweils 2048 x 2048 Pixel ein quadratisches Mosaik, mit dem es in Verbindung mit dem 2.2m-Teleskop möglich ist, ein Feld von einem halben Grad Durchmesser bei einer Auflösung von 0.45 Bogensekunden pro Pixel abzubilden. Das PANIC-Bildfeld entspricht damit in etwa dem mittleren scheinbaren Vollmond-Durchmesser und ermöglicht deshalb sowohl die detaillierte Untersuchung naher, sehr ausgedehnter Objekte, als auch die Beobachtung großer Stichproben (z.B. Surveys weit entfernter Galaxienhaufen).

Der infrarote Spektralbereich ist von großer Bedeutung, weil nur die langwelligere Strahlung neu entstehender Sterne und Planetensysteme aus dem Inneren der sie umgebenden Staubwolken nach außen dringen kann. Auch wird die Beobachtung weit entfernter Galaxien deutlich erleichtert, weil wichtige Teile ihres Lichtspektrums durch die Expansion des Universums in den IR-Bereich verschoben sind.

Bereits die ersten Testbilder zeigen das Potential des Instruments.


Abbildung. 1: Der Vollmond am 6. November um 22:06 UT im Nah-Infrarot – nicht gerade ein typisches Beobachtungsziel für ein Großteleskop. Die Aufnahme illustriert hier aber sehr gut das große Gesichtsfeld von PANIC – insbesondere für eine astronomische Infrarotkamera keine Selbstverständlichkeit. Da der Mond nur drei Tage vom erdnächsten Punk seiner Bahn entfernt war, passte er doch nicht ganz auf das Mosaik, dessen Detektoren jeweils 75 Bogensekunden voneinander getrennt sind (schwarze Spalten). Die Aufnahme hat eine Belichtungszeit von 1.6 s und wurde durch ein nur 1% breites Filter zentriert auf 2.118 µm Wellenlänge erstellt. Klaus Meisenheimer: »Trotz des schmalen Filters und der kurzen Belichtung mussten wir das Teleskop mithilfe der Kuppel "abblenden" um eine Überbelichtung zu vermeiden«. Das Rohbild ist nur leicht auf die ortsabhängige Detektor-Empfindlichkeit (unterschiedliche Helligkeit der Quadranten) und schlechte Pixel korrigiert. Eine Dunkelstromkorrektur fand nicht statt. Bild vergrößern
Abbildung. 1: Der Vollmond am 6. November um 22:06 UT im Nah-Infrarot – nicht gerade ein typisches Beobachtungsziel für ein Großteleskop. Die Aufnahme illustriert hier aber sehr gut das große Gesichtsfeld von PANIC – insbesondere für eine astronomische Infrarotkamera keine Selbstverständlichkeit. Da der Mond nur drei Tage vom erdnächsten Punk seiner Bahn entfernt war, passte er doch nicht ganz auf das Mosaik, dessen Detektoren jeweils 75 Bogensekunden voneinander getrennt sind (schwarze Spalten). Die Aufnahme hat eine Belichtungszeit von 1.6 s und wurde durch ein nur 1% breites Filter zentriert auf 2.118 µm Wellenlänge erstellt.

Klaus Meisenheimer: »Trotz des schmalen Filters und der kurzen Belichtung mussten wir das Teleskop mithilfe der Kuppel "abblenden" um eine Überbelichtung zu vermeiden«. Das Rohbild ist nur leicht auf die ortsabhängige Detektor-Empfindlichkeit (unterschiedliche Helligkeit der Quadranten) und schlechte Pixel korrigiert. Eine Dunkelstromkorrektur fand nicht statt.

Abbildung. 2: Die etwa 35 Millionen Lichtjahre entfernte Spiralgalaxie Messier 74 (NGC 628) im Sternbild Fische. Auch diese PANIC-Nah-Infrarot-Aufnahme entstand am 6. November 2014 (23:55 UT). Mit ihrem großen scheinbaren Durchmesser ist ein Gesamtbild dieser Galaxie eher etwas für kleinere Teleskope. Bei PANIC passt sie hingegen bereits auf einen der vier Detektoren. Zwei Aufnahmen mit nur jeweils 30 Sekunden Belichtungszeit wurden kombiniert. Die Intensität des im Infrarot beträchtlichen Himmelshintergrundes liegt hier um den Faktor 30 höher als der helle Galaxienkern. Eine relativ schnelle Korrektur dieses Störsignals gelingt durch dessen Messung auf dem gleichen Detektor, während das Objekt abwechselnd auf einem anderen Detektor aufgenommen wird. Zwischen den Einzelbildern wird die Blickrichtung des Teleskops entsprechend verschoben. Bild vergrößern
Abbildung. 2: Die etwa 35 Millionen Lichtjahre entfernte Spiralgalaxie Messier 74 (NGC 628) im Sternbild Fische. Auch diese PANIC-Nah-Infrarot-Aufnahme entstand am 6. November 2014 (23:55 UT). Mit ihrem großen scheinbaren Durchmesser ist ein Gesamtbild dieser Galaxie eher etwas für kleinere Teleskope. Bei PANIC passt sie hingegen bereits auf einen der vier Detektoren. Zwei Aufnahmen mit nur jeweils 30 Sekunden Belichtungszeit wurden kombiniert. Die Intensität des im Infrarot beträchtlichen Himmelshintergrundes liegt hier um den Faktor 30 höher als der helle Galaxienkern. Eine relativ schnelle Korrektur dieses Störsignals gelingt durch dessen Messung auf dem gleichen Detektor, während das Objekt abwechselnd auf einem anderen Detektor aufgenommen wird. Zwischen den Einzelbildern wird die Blickrichtung des Teleskops entsprechend verschoben.
 
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