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Staude, Jakob
Jakob Staude
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25 Jahre Calar-Alto-Observatorium

Von der Vergangenheit in die Zukunft

16. November 2004

Die bisherige Außenstelle des Heidelberger Max-Planck-Instituts für Astronomie, die größte Sternwarte auf dem europäischen Festland, blickt zurück auf bewegte Zeiten und in eine neue Zukunft.

Am 28. September 1979 wurde das Deutsch-Spanische Astronomische Zentrum bzw. das Centro Astronomico Hispano-Aleman in Andalusien (kurz CAHA oder Calar-Alto-Observatorium) durch König Juan Carlos I. von Spanien offiziell eröffnet. Auf dem 2168 Meter hohen Berg Calar Alto in der Sierra de los Filabres stand damit Deutschlands Astronomen und ihren spanischen Kollegen erstmals ein Observatorium zur Verfügung, mit dem sie nach den beiden Weltkriegen wieder an die Weltspitze der Himmelsforschung aufschließen konnten. Vier Teleskope unterschiedlicher Größe sowie Kameras und Spektrographen auf dem neuesten Stand der technologischen Entwicklung arbeiten dort seither an der vordersten Front der Forschung. Mit ihnen gelang in der Vergangenheit eine Reihe hervorragender Entdeckungen, und auch in Zukunft wird das Calar-Alto-Observatorium eine wichtige Rolle spielen.

Im November wurde von dem spanischen Consejo Superior de Investigaciones Científicas und der deutschen Max-Planck-Gesellschaft ein Abkommen unterzeichnet, welches für die nächsten zehn Jahre ein gemeinsames Betreiben des CAHA als Organisation des spanischen Rechts vorsieht.

Anfang bei Null
Nach dem Zweiten Weltkrieg befand sich in Deutschland die beobachtende Astronomie in einem desolaten Zustand. Beobachtungsprogramme auf internationalem Niveau waren praktisch nicht möglich, denn das größte Teleskop in der Bundesrepublik war der Reflektor in Hamburg-Bergedorf aus dem Jahr 1910, dessen Spiegel einen Durchmesser von nur einen Meter besaß. Es wurde gefolgt von dem 72-cm-Reflektor der Landessternwarte Heidelberg auf dem Königstuhl – Baujahr 1906.

Die entscheidende Wende brachte in dieser Situation die Denkschrift Zur Lage der Astronomie, die 1962 im Auftrag der Deutschen Forschungsgemeinschaft erstellt wurde. Darin beklagten die deutschen Astronomen: »Der Mangel an geeigneten Instrumenten hat bei uns Arbeiten über die großräumige Struktur der Galaxis stark behindert und unser Land seit Jahrzehnten aus der empirischen Erforschung extragalaktischer Objekte ausgeschaltet.« Anders ausgedrückt: Die zur Verfügung stehenden Teleskope waren zu lichtschwach, um damit ferne Galaxien untersuchen zu können. Um diesen Missstand zu beheben, empfahlen die Astronomen in der Denkschrift (neben weiteren Maßnahmen) insbesondere »die Errichtung von nationalen Einrichtungen überregionaler Art, wie einer optischen Sternwarte in günstigem Klima mit größeren Instrumenten.«

Maßgeblich beteiligt an dieser Denkschrift war Hans Elsässer, der spätere Gründungsdirektor des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg. Auf der Tagung der Astronomischen Gesellschaft 1969 in Mannheim betonte er: »Diese Pläne [zur Errichtung einer leistungsstarken deutschen Sternwarte] entstanden unter dem Eindruck, dass einmal durch die Europäische Südsternwarte (ESO) der Bedarf an modernen Beobachtungseinrichtungen nicht ausreichend gedeckt werden kann, und dass zum andern die deutsche Mitarbeit an solchen internationalen Institutionen nur nutzbringend möglich ist bei einem angemessenen Ausbau der nationalen Einrichtungen.«

Als 1967 der Senat der Max-Planck-Gesellschaft die Errichtung eines neuen Max-Planck-Instituts für Astronomie (MPIA) in Heidelberg beschloss, waren damit auch die Voraussetzungen für die Errichtung des Observatoriums geschaffen, dessen Heimatinstitut das MPIA sein sollte. Ziel war es, zwei Observatorien zu errichten, eines im Mittelmeerraum und dazu ein Pendant auf der Südhalbkugel. Für diese beiden Sternwarten war je ein Teleskop mit einem 2.2-Meter-Spiegel vorgesehen, einer der beiden Standorte sollte außerdem mit einem 3.5-Meter-Teleskop ausgestattet werden. An der Mittelmeerstation sollten weiterhin ein 1.2-Meter-Teleskop sowie der große Schmidt-Spiegel der Hamburger Sternwarte installiert werden.

Bereits 1969 erging an das Jenaer Glaswerk Schott, Mainz, ein Auftrag zur Lieferung der Spiegelrohlinge aus dem damals noch wenig erprobten glaskeramischen Material Zerodur sowie ein Auftrag an C. Zeiss, Oberkochen, zum Bau des ersten der beiden 2.2-Meter-Teleskope. Anfang 1970 fiel die Entscheidung für den 2168 Meter hohen Calar Alto in der Provinz Almería als Standort der Sternwarte im Mittelmeerraum. In einem zwischen der bundesdeutschen und der spanischen Regierung ausgehandelten Vertragswerk wurde das neue Observatorium als gemeinsames Projekt beider Länder unter der Trägerschaft der Max-Planck-Gesellschaft und der Comisión Nacional de Astronomía definiert.

Im September 1970 fiel auch die Entscheidung für den zweiten Standort auf der Südhalbkugel. Expeditionen in den Süden Afrikas hatten ergeben, dass der 120 km südwestlich von Windhoek, Namibia, gelegene 2320 m hohe Gamsberg besonders günstige klimatische Bedingungen aufweist. Bereits im folgenden Jahr zeichneten sich jedoch erste Schwierigkeiten ab, als die Bundesregierung im Hinblick auf Beschlüsse der UN bezüglich Namibia Bedenken gegen die Errichtung eines Teleskops auf dem Gamsberg äußerte, da dies eine Anerkennung und Stärkung des dort de facto waltenden südafrikanischen Regimes bedeutet hätte. Damit war das Projekt der deutschen Südsternwarte gestorben. Das 3.5-Meter-Teleskop wurde auf dem Calar Alto aufgestellt und das für Südwestafrika vorgesehene 2.2-Meter-Teleskop wurde in Chile, bei der Europäischen Südsternwarte (ESO) auf La Silla als Gastinstrument der Max-Planck-Gesellschaft aufgestellt.

Auch in Spanien war die astronomische Forschung zu Beginn der 1970-er Jahre in keiner günstigen Lage. Es gab nur wenige Planstellen, und es fehlte ein Zugang zu zeitgemäßen Beobachtungsinstrumenten. Die Möglichkeit, gemeinsam mit der Max-Planck-Gesellschaft auf dem Calar Alto in der Provinz Almería ein Observatorium zu errichten, bedeutete einen Neustart für die Entwicklung dieses Forschungszweiges. So kam es auf dem Calar Alto zusätzlich zum Bau eines rein spanischen Teleskops mit 1.52 Meter Öffnung, das unabhängig vom CAHA betrieben wird.

Das Calar-Alto-Observatorium nahm seinen Betrieb in mehreren Etappen auf. Als erstes arbeitete ab Mitte 1975 das mit Mitteln der Deutschen Forschungsgemeinschaft gebaute 1.2-Meter-Teleskop. Nachdem im Sommer 1979 auch das 2.2-Meter-Teleskop und seine beiden Spektrographen in Betrieb genommen wurden, konnte in Anwesenheit des spanischen Königspaars die feierliche Einweihung des Calar-Alto-Observatoriums stattfinden.

Als nächstes Teleskop brachte man den zuvor umgebauten Hamburger Schmidt-Spiegel auf den Berg, und schließlich erfolgte 1985 der Probebetrieb des 3.5-Meter-Teleskops, das seit Juli 1986 auch Gastbeobachtern zur Verfügung steht. Im Jahr 1988 galt der Aufbau des Calar-Alto-Observatoriums als abgeschlossen.


Abb. 1: Das Calar-Alto-Observatorium. Blick von Norden auf die Teleskopkuppeln. Von links nach rechts: das 2.2-meter-Teleskop, das spanische 1.5-Meter-Teleskop (im Vordergrund), das 1.2-Meter-Teleskop, der Schmidt-Spiegel und die 43 Meter hohe Kuppel des 3.5-Meter-Teleskops. Im Hintergrund die Küste bei Almeria. Bild vergrößern
Abb. 1: Das Calar-Alto-Observatorium. Blick von Norden auf die Teleskopkuppeln. Von links nach rechts: das 2.2-meter-Teleskop, das spanische 1.5-Meter-Teleskop (im Vordergrund), das 1.2-Meter-Teleskop, der Schmidt-Spiegel und die 43 Meter hohe Kuppel des 3.5-Meter-Teleskops. Im Hintergrund die Küste bei Almeria.

Abb. 2: Das 3.5-Meter-Teleskop. Bild vergrößern
Abb. 2: Das 3.5-Meter-Teleskop.

Damit hatten deutsche Astronomen erstmals wieder die Möglichkeit, an einem eigenen Observatorium Forschung von Weltrang zu betreiben (einige wissenschaftliche Highlights werden weiter unten aufgeführt). Andererseits erhielt die beginnende spanische astronomische Forschung durch den Aufbau des CAHA einen enormen Impuls, der, zusammen mit anderen astronomischen Einrichtungen auf spanischem Boden, Spanien im Laufe dieser Jahre eine herausragende Stellung innerhalb der internationalen Astronomie verliehen hat. Systematische Messungen der Luftunruhe und der Himmelshelligkeit haben gezeigt, dass dort ähnlich gute Bedingungen vorliegen wie an den berühmten Observatorien in den USA. In der jüngeren Vergangenheit sind in jedem Jahr rund hundert wissenschaftliche Veröffentlichungen erschienen, die auf Beobachtungen mit den dortigen Teleskopen beruhen. Und die Nachfrage nach Beobachtungszeit ist nach wie vor ungebrochen. Am 3.5-Meter-Teleskop beispielsweise wird rund dreimal so viel Beobachtungszeit beantragt wie vergeben werden kann.

Die wissenschaftliche Instrumentierung
Erst in Verbindung mit einem leistungsstarken Instrument wird ein großes Teleskop zu einer mächtigen Entdeckungsmaschine. Aus diesem Grunde entwickeln und bauen Astronomen und Techniker im Heidelberger Heimatinstitut sowie an anderen Instituten laufend neue Geräte, die auf dem Calar Alto zum Einsatz kommen. Allein für das 2.2- und 3.5-Meter-Teleskop stehen derzeit 13 Instrumente zur Verfügung. Weitere Geräte bringen Gastwissenschaftler zur Durchführung der eigenen Beobachtungen gelegentlich selbst mit.

Gerade in den letzten Jahren hat das MPIA eine Reihe von Kameras und Spektrographen gebaut, die ohne Frage Weltspitze sind. Seit dem vergangenen Jahr beispielsweise arbeitet am 3.5-Meter-Teleskop eine Kamera für das nahe Infrarot, genannt Omega 2000. Ihre Besonderheit ist ihr großes Gesichtsfeld von 15 mal 15 Bogenminuten, was etwa einem Viertel des Vollmonddurchmessers entspricht. Damit ist Omega 2000 einzigartig, weil große Infrarot-Detektoren mit 2040 mal 2048 Bildelementen (4 Megapixel) erst seit kurzem zur Verfügung stehen. Im Primärfokus des 3.5-Meter-Teleskops wird damit (bei einem Öffnungsverhältnis von f/2.35) dieses große Bildfeld erzielt.

Infrarot-Weitwinkelkameras sind derzeit bei den Astronomen sehr begehrt. Mit ihnen werden vor allem große Himmelsbereiche nach Galaxien abgesucht, die viele Milliarden Lichtjahre entfernt sind. Seit dem Zeitpunkt, als sie das heute bei uns eintreffende Licht aussandten, hat sich das Universum weiter ausgedehnt. Als Folge davon wurde auch die Wellenlänge des Lichts gedehnt. Licht, das damals seine Reise im UV begann, ist bis ins Infrarote verschoben, wenn es uns heute erreicht. Gleichzeitig sind diese Kameras die idealen Suchmaschinen für Braune Zwerge und protoplanetare Scheiben.

Doch auch für den Bereich des sichtbaren Lichts benötigen die Forscher Kameras mit großem Gesichtsfeld. Damit lassen sich beispielsweise ausgedehnte Stern- oder Galaxienhaufen aufnehmen. Hier ist die neue Kamera LAICA internationale Spitze. Mit ihrem 4096 mal 4096 Pixel (16.8 Megapixel) großen CCD-Detektor lässt sich ein Himmelsfeld aufnehmen, das größer als der Vollmond ist.

Zu diesen Kameras kommen noch Spektrographen hinzu. Instrumente wie Twin und OmegaCass, beide am 3.5-Meter-Teleskop eingesetzt, nehmen keine eindrucksvollen Bilder auf, sondern zerlegen das Licht der Himmelskörper in seine Spektralfarben. Solche Instrumente ermöglichen es den Astronomen, entscheidende physikalische Größen, wie Entfernung und Geschwindigkeit von Himmelskörpern oder auch deren chemische Zusammensetzung, Dichte oder Temperatur zu messen. Spektrographen erstellen gewissermaßen die physikalischen Steckbriefe der Sterne und Galaxien.

Technologische Pionierarbeit haben Astronomen und Techniker des MPIA bei Entwicklung und Bau einer so genannten adaptiven Optik geleistet. Ein solches Instrument ermöglicht es, während einer astronomischen Aufnahme das »Flackern« der Sterne, das zu einem verschmierten Bild führt, zu kompensieren, und damit annähernd das theoretisch mögliche Auflösungsvermögen des Teleskops zu erreichen.

Astronomen und Techniker vom MPIA haben am Calar-Alto-Observatorium in Zusammenarbeit mit Kollegen vom MPI für extraterrestrische Physik in Garching ein adaptiv optisches System für den nahen Infrarotbereich (ALFA) gebaut. Am Calar-Alto-Observatorium läuft ALFA seit einigen Jahren im Routinebetrieb. Hinzu kommt als Novum ein künstlicher »Laser-Stern«. Die adaptive Optik funktioniert nur, wenn sich im Bildfeld ein Stern ausreichender Helligkeit befindet. An Hand dieses Referenzsterns ermittelt ein so genannter Wellenfrontsensor die aktuelle Luftunruhe und korrigiert mit dieser Information ständig die Aufnahme. Sollte sich im Bildfeld kein natürlicher Stern ausreichender Helligkeit befinden, so erzeugt man sich einen künstlichen. Hierzu richten die Astronomen parallel zur optischen Achse des Teleskops einen Laserstahl an den Himmel. In etwa 90 Kilometern Höhe regt der Strahl Natrium-Atome in der Erdatmosphäre zum Leuchten an. Der dadurch entstehende Lichtfleck dient der adaptiven Optik als Referenzstern.


Abb. 3: Der Laserstrahl zur Steuerung der adaptiven Optik ALFA tritt aus der Kuppel des 3.5-Meter-Teleskops aus. Bild vergrößern
Abb. 3: Der Laserstrahl zur Steuerung der adaptiven Optik ALFA tritt aus der Kuppel des 3.5-Meter-Teleskops aus.

Die mit diesem Instrument gewonnenen Erfahrungen werden demnächst am Very Large Telescope der ESO in Chile und am Large Binocular Telescope (LBT) auf dem Mount Graham in Arizona zum Tragen kommen. Am LBT sind deutsche Institute, unter Federführung des MPIA, zu 25% beteiligt.

Wissenschaftliche Highlights
In den Anfangsjahren des Calar Alto standen Sterne und Nebel in unserem Milchstraßensystem im Zentrum der Forschung. Erst mit der Inbetriebnahme des 2.2-Meter-Teleskops verfügten die Astronomen des MPIA über ein Teleskop, das lichtstark genug war, um auch ferne lichtschwache Galaxien zu untersuchen. Einen ersten Forschungsschwerpunkt bildete die Sternentstehung. Eine wegweisende Arbeit erschien im Jahre 1978. Damals fand der Institutsdirektor Hans Elsässer heraus, dass Staub und Gas, welche die meisten jungen Sternen umgeben, häufig in Form einer Scheibe um den jungen Zentralstern angeordnet sind. Damit war eine entscheidende Voraussage der Sternentstehungstheorie nachgewiesen: Demnach bilden sich die Sterne im Innern dichter, kollabierender Staubwolken. Fliehkräfte ziehen die rotierenden Wolke auseinander und flachen sie zu einer Scheibe ab. Während sich im Zentrum die Materie zu einem Stern verdichtet, bilden sich in der Scheibe Planeten, wie sich in den neunziger Jahren erstmals nachweisen ließ.

Anfang der achtziger Jahre erlebte dieses Forschungsgebiet einen weiteren Höhepunkt, als Astronomen des MPIA am Calar Alto entdeckten, dass von jungen Sternen stark gebündelte Gasstrahlen ausgehen, die mit Geschwindigkeiten von mehreren hundert Kilometern pro Sekunde ins All schießen. Diese so genannten Jets stehen senkrecht auf der zirkumstellaren Staubscheibe und können sich mehrere Lichtjahre weit ausdehnen. Dies war überraschend, denn bis dahin war man davon überzeugt, die jungen Sterne würden aus der umgebenden Scheibe ausschließlich Materie aufsammeln und dadurch wachsen. Hier nun zeigte sich erstmals, dass sie gleichzeitig Gas ins All hinausschleudern. Der Einfluss der Jets auf die Entwicklung der jungen Sterne und möglicherweise auch der entstehenden Planeten ist noch heute Gegenstand der Forschung.


Abb. 4: Ein neugeborener Stern (Kreuz), tief in den Staub der Molekülwolke L 1551 eingebettet, aus der er entstand. Er ist nicht im Optischen, sondern nur im infraroten Licht erkennbar. Er emittiert einen hellen Jet aus ionisiertem Gas, beleuchtet den ausgedehnten Reflexionsnebel, und regt die mit HH-28 und HH-29 bezeichneten Strukturen zum Leuchten an. Bild vergrößern
Abb. 4: Ein neugeborener Stern (Kreuz), tief in den Staub der Molekülwolke L 1551 eingebettet, aus der er entstand. Er ist nicht im Optischen, sondern nur im infraroten Licht erkennbar. Er emittiert einen hellen Jet aus ionisiertem Gas, beleuchtet den ausgedehnten Reflexionsnebel, und regt die mit HH-28 und HH-29 bezeichneten Strukturen zum Leuchten an.

Als 1979 auf dem Calar Alto das 2.2-m-Teleskop in Betrieb ging, erschlossen sich die Astronomen endlich auch das Reich der fernen Galaxien. Eine wesentliche Entdeckung gelang Mitte der 80er-Jahre. Damals beobachteten Astronomen des MPIA Objekte, die auf den damaligen Himmelsaufnahmen nur als lichtschwache verschwommene Flecken erkennbar waren. Genaue Untersuchungen zeigten dann, das es sich um so genannte wechselwirkende Galaxien handelt. Das sind Sternsysteme, die entweder nahe aneinander vorbeifliegen und dabei über die Schwerkraft wechselwirken, oder gar miteinander zusammenstoßen. Bei solchen kosmischen (Beinahe-) Zusammenstößen werden Staub und Gas im Innern der Galaxien stark verwirbelt, was gewaltige Wellen der Sternentstehung auslösen kann. Heute ist dieses Forschungsgebiet auch deswegen noch aktuell, weil man vermutet, dass die riesigen Elliptischen Galaxien durch das Verschmelzen von Spiralgalaxien entstanden sind.


Abb. 5: Ein berühmtes Paar wechselwirkender Galaxien. Die Spiralgalaxie Messier 51 im Sternbild Jagdhunde und ihr kleiner Begleiter. Aufgenommen mit der Weitfeldkamera MOSCA am 3.5-Meter-Teleskop. Bild vergrößern
Abb. 5: Ein berühmtes Paar wechselwirkender Galaxien. Die Spiralgalaxie Messier 51 im Sternbild Jagdhunde und ihr kleiner Begleiter. Aufgenommen mit der Weitfeldkamera MOSCA am 3.5-Meter-Teleskop.

Einen Forschungsschwerpunkt des MPIA bildet auch das Phänomen der extragalaktischen Jets. Seit vielen Jahren beobachten Astronomen Radiogalaxien und Quasare, aus deren Zentralbereich ein oder zwei (entgegengesetzte) Gasstrahlen herausschießen. Diese Jets können sich bis zu mehrere Millionen Lichtjahre weit ins All erstrecken, bevor sie in ausgedehnten Radioblasen verwirbeln. Bis heute sind mehrere hundert Jets im Radiobereich bekannt, doch nur drei von ihnen sind weit genug ausgedehnt und ausreichend hell, um sie räumlich aufgelöst im sichtbaren Licht zu untersuchen. Zu ihnen gehört der Jet des Quasars 3C 273. Er war deshalb das Paradeobjekt, an dem dieses Phänomen sich entschlüsseln ließ. Astronomen des MPIA haben hierzu ganz wesentlich beigetragen, insbesondere mit Beobachtungen am Calar-Alto-Observatorium. So gelang es dort 1997 erstmals, den Jet im nahen Infrarot detailliert zu fotografieren.

Heute sind die Forscher davon überzeugt, dass solche Jets von gewaltigen Schwarzen Löchern ausgehen, die in den Zentren der Galaxien sitzen. Auf noch nicht gänzlich geklärte Art und Weise beschleunigen sie Elektronen und möglicherweise deren Antiteilchen (Positronen) bis nahe an die Lichtgeschwindigkeit und schießen sie entlang ihrer Rotationsachse in zwei entgegen gesetzte Richtungen ins All.

Ein weiteres Highlight waren die spektakulären Aufnahmen vom Einsturz des Kometen Shoemaker-Levy 9 auf den Planeten Jupiter im Jahr 1994. Vom 3.5-Meter-Teleskop des Calar Alto kamen die weltweit ersten Bilder. Die Infrarotaufnahmen dienten dazu, die Energie der Einschläge und daraus die Größe der Bruchstücke zu ermitteln. Deutsche und spanische Astronomen verfolgten dieses Ereignis gemeinsam. Eines der Fotos erschien später auf einer Briefmarke der Deutschen Bundespost.


Abb. 6: Jupiter am 20. Juli 1994, aufgenommen mit der Infrarotkamera MAGIC am  3.5-Meter-Teleskop auf dem Calar Alto. Am linken Rand ist die Explosionswolke nach dem Einschlag eines der letzten Fragmente des Kometen Shoemaker-Levy 9 zu erkennen. Rechts davon die heißen Spuren früherer Einschläge. Bild vergrößern
Abb. 6: Jupiter am 20. Juli 1994, aufgenommen mit der Infrarotkamera MAGIC am  3.5-Meter-Teleskop auf dem Calar Alto. Am linken Rand ist die Explosionswolke nach dem Einschlag eines der letzten Fragmente des Kometen Shoemaker-Levy 9 zu erkennen. Rechts davon die heißen Spuren früherer Einschläge.

Überraschend kam für viele Astronomen auch im Jahr 2000 die Entdeckung freier planetenähnlicher Körper in einem Sternentstehungsgebiet im Sternbild Orion. Diese Entdeckung regte Diskussionen darüber an, wie man einen Planeten überhaupt definiert. Bis dahin kannten die Astronomen nur Planeten, die um einen Zentralstern kreisen, so wie die Erde um die Sonne. In diesem Falle waren die relativ winzigen Körper aber ungebundene Einzelgänger. Auch die Frage, wie diese kleinen Himmelskörper entstehen konnten, ist nicht abschließend geklärt.

Für viele astronomische Studien werden, wie bereits geschildert, Instrumente mit großem Bildfeld und großer Lichtstärke immer bedeutender. So laufen weltweit mehrere Himmelsdurchmusterungen mit dem Ziel, die Entwicklung der Galaxien über einen möglichst großen Entfernungsbereich zu entschlüsseln. Denn wegen der endlichen Laufzeit des Lichts ist ein Blick in die Tiefen des Alls gleichzeitig ein Blick in die Vergangenheit.

Um jene Vorgänge zu beobachten, die über zehn Milliarden Jahre zurückliegen, müssen die Astronomen heute an die Grenzen der leistungsfähigsten Teleskope und der empfindlichsten Detektoren gehen und ausgetüftelte Strategien entwickeln. Auf dem Calar Alto lief am 2.2- und 3.5-Meter-Teleskop seit Mitte der neunziger Jahre das überaus anspruchsvolle Beobachtungsprogramm CADIS (Calar Alto Deep Imaging Survey), mit dem Astronomen nach den ersten Galaxien im Universum suchen. An beiden Teleskopen wurden hierfür jeweils mehr als zehn Prozent der jährlich verfügbaren Beobachtungszeit für CADIS reserviert.

Im Rahmen dieses Langzeitprojekts nahmen Astronomen des MPIA mehrere Himmelsareale in rund 40 Wellenlängenbereichen auf. An Hand der in all diesen Farbbereichen gemessenen Helligkeiten lassen sich die vielen tausend Himmelskörper klassifizieren und die Entfernungen unterschiedlicher Galaxientypen ermitteln.

CADIS lieferte einen weltweit einzigartigen Datensatz. Dieser enthielt indes nicht nur Informationen über die Entwicklung von Galaxien. Aus ihm ließen sich noch viele weitere Erkenntnisse herleiten. So finden sich in den großen Himmelsfeldern neben den fernen Galaxien auch Sterne unseres Milchstraßensystems. Aus einer Analyse von 300 dieser Sterne konnten so neue Erkenntnisse über den Aufbau unserer Galaxis abgeleitet werden.

Darüber hinaus profitieren die Astronomen des MPIA von ihrer Erfahrung, die sie mit CADISgemacht haben. Seit wenigen Jahren läuft am 2.2-Meter-ESO/MPI-Teleskop auf La Silla das Projekt COMBO-17. Hierin wird ein großes Himmelsfeld am Südhimmel durch 17 Filter aufgenommen. Voraussetzung hierfür ist der Einsatz einer Weitfeldkamera, die Astronomen des MPIA entworfen und mit Kollegen der ESO gebaut haben.

Astronomische Alarmsysteme
Seit Kurzem werden manche Teleskope in Netzwerken organisiert, um kurzfristig auf unvorhergesehene Ereignisse am Himmel reagieren zu können. Eines dieser Netze, in das auch das Calar-Alto-Observatorium eingebunden ist, ist die »European Supernova Collaboration«. Mit ihr soll die Helligkeitsentwicklung von Supernovae ermittelt werden. Supernovae sind explodierende Sterne, die seit kurzem eine besondere Bedeutung in der Kosmologie haben: Sie sind alle gleich leuchtkräftig und können deshalb als so genannte Standardkerzen dienen. Beobachtet man viele dieser Supernovae in möglichst unterschiedlichen Entfernungen, so lässt sich daraus die vergangene Expansion des Universums ableiten. Solche Beobachtungen von Supernovae vom Typ Ia haben zu der Hypothese geführt, dass eine »Dunkle Energie« die Dynamik des Kosmos dominiert.

Bemerkt man irgendwo auf der Welt eine unvermittelt aufleuchtende Supernova, so werden sofort alle Observatorien der European Supernova Collaboration von diesem Ereignis informiert, so dass das Objekt unverzüglich und gründlich beobachtet werden kann. Auf diese Weise gelang am Calar-Alto-Observatorium 2002 die bislang genaueste Photometrie einer Supernova Ia überhaupt.

Auf ähnliche Weise funktioniert ein Alarmsystem für so genannte Gamma Ray Bursts (zu Deutsch etwa Gammastrahlen-Ausbrüche). Sie gehören gegenwärtig zu den interessantesten Forschungsobjekten der Astrophysik. Es handelt sich um Gammablitze von einer Zehntel bis zu einigen hundert Sekunden Dauer, die mit einer Rate von etwa einem Ausbruch pro Tag völlig unvermittelt an beliebigen Stellen des Himmels aufflammen. Rund 25 Jahre lang blieb das Phänomen ein Rätsel, weil es nie gelang, einen Gamma-Burst auch mit anderen Teleskopen beispielsweise im optischen Bereich zu identifizieren.

Seit einigen Jahren gibt es jedoch Satelliten, die diese Gamma-Bursts sehr effizient orten können. Sie senden die Himmelskoordinaten eines solchen Ereignisses unverzüglich zum Boden, wo sie per Internet an ein Netz von Observatorien weiter geleitet werden. Innerhalb kürzester Zeit nach dem Ausbruch können so optische oder auch Radioteleskope auf die Bursts ausgerichtet werden.

In einigen Fällen gelang es auf diese Weise, das »Nachleuchten« eines solchen Ausbruchs zu beobachten und spektroskopisch zu untersuchen. Diese Untersuchungen lieferten den Schlüssel zum Verständnis der Gamma-Burst-Quellen. Auch Beobachtungen am Calar-Alto-Observaorium trugen zu diesen Erkenntnissen bei, als es im Jahre 2000 gelang, das Nachleuchten eines Ausbruchs mit einem Spektrographen zu analysieren. Hierbei fanden sich Ähnlichkeiten mit Supernovae. Heute ist bekannt, dass sich Gamma-Bursts außerhalb des Milchstraßensystems in fernen Galaxien ereignen. Wahrscheinlich markiert der Gammablitz die Geburtsstunde eines stellaren Schwarzen Loches. Dies geschieht entweder durch Kollaps eines sehr massereichen Sterns oder durch Verschmelzen von zwei kompakten Himmelskörpern, beispielsweise zweier Neutronensterne. Es sind die energiereichsten bekannten Ausbrüche im Universum, manchmal auch Hypernovae genannt.

Die Zukunft des Calar-Alto-Observatoriums
Mit dem Bau der neuen Teleskopgeneration, die über Spiegel von acht bis zehn Metern Durchmesser verfügen, ist die ältere Generation der Teleskope mit drei bis vier Metern Öffnung keineswegs überflüssig geworden. Zum einen reicht die Zahl der neuesten Observatorien gar nicht aus, um alle wichtigen Beobachtungsprogramme ausführen zu können. Zum anderen gibt es auch sehr viele wichtige Projekte, die keine Großteleskope erfordern, aber mitunter sehr zeitintensiv sind. Hierzu zählen große Himmelsdurchmusterungen wie die auf dem Calar Alto durchgeführten Programme CADIS, COMBO-17 und ALHAMBRA. So läuft derzeit am Calar Alto ein Programm, mit dem man möglichst viele Quasare auffinden will. Dabei wird zunächst automatisch nach Kandidaten gesucht. Anschließend kann die detaillierte Untersuchung der identifizierten Quasare erfolgen.

Von großer Bedeutung werden zukünftig auch Projekte sein, bei denen Himmelskörper regelmäßig beobachtet werden müssen. Dies ist bei variablen Objekten der Fall. So läuft derzeit ein Projekt, mit dem man nach Helligkeitsschwankungen bei Sternen in der Andromeda-Galaxie sucht. Diese können in einigen Fällen durch unsichtbare Objekte verursacht werden, die zufällig vor den fernen Sternen vorbeiziehen. Auf diese Weise gelingt es, Himmelskörper aufzuspüren, die man zur Dunklen Materie zählt.

Nicht zuletzt werden die Teleskope des Calar-Alto-Observatoriums weiterhin dazu dienen, neue wissenschaftliche Methoden und Techniken zu entwickeln, wie dies bei der adaptiven Optik ALFA der Fall war.

In der Arbeitsweise des CAHA gibt es nun eine wichtige Veränderung. Im November 2004 wurde ein Vertrag unterzeichnet, nach der spanische Consejo Superior de Investigaciones Científicas, vertreten durch das Instituto de Astrofísica de Andalucía, und die deutsche Max-Planck-Gesellschaft, vertreten durch das Max-Planck-Institut für Astronomie, das CAHA als gleichberechtigte Partner betreiben werden. Die Vereinbarung beinhaltet eine gesicherte Finanzierung für Entwicklung und Bau neuer Messinstrumente, sodass die Leistungsfähigkeit des Observatoriums und die Kompetenz der Wissenschaftler auf instrumentellem Gebiet stets gewährleistet bleiben. Für die spanische Astronomie bedeuten Betrieb und Nutzung des CAHAauf 50-Prozent-Basis gemeinsam mit den deutschen Kollegen einen bedeutsamen Fortschritt, der dem während der letzten 20 Jahre erreichten hohen wissenschaftlichen Niveau zu verdanken ist.

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