Teleskope

ZIMLAT (Zimmerwald Laser and Astrometry Telescope)

Technical Data

Generelle Anforderungen

Das 1997 in Betrieb genommene 1-Meter Laser- und Astrometrie-Teleskop (ZIMLAT) soll hauptsächlich einen modernen Laserdistanzmessbetrieb zu Satelliten (SLR) ermöglichen. Es kann auch als astronomisches Teleskop benützt werden, um mit digitalen Kameras (CCD) vor allem Positionen und Helligkeiten von erdnahen Objekten aller Art bestimmen zu können.
Diese duale Nutzung des Systems erfordert eine hohe Komplexität des Designs. Es müssen gewisse Leistungseinschränkungen, z.B. in der Abbildungsqualität oder in der Beobachtungsdichte, in Kauf genommen werden.

Das Teleskop, seine Zusatzausrüstung aber auch die zusätzlichen Komponenten für die Laserdistanzmessung können über den Stationscomputer ferngesteuert werden.

Es wird eine hohe Positionierungs- und Nachführgenauigkeit verlangt:

Absolut: 1-2 Bogensekunden, wichtig für das Treffen der Satelliten bei der Distanzmessung mit enggebündeltem Laserstrahl

Relativ: Wenige 1/10 Bogensekunden, ermöglicht eine "glatte" Nachführung langsamer Objekte

Tagsüber sowie in der Dämmerung ist das System ausschliesslich im SLR-Modus in Betrieb. Während der Nacht kann die verfügbare Beobachtungszeit mit festlegbaren Prioritäten auf SLR und optische Beobachtungen aufgeteilt werden.

Die Umschaltung von einer zur anderen Betriebsart erfolgt rasch und computer-gesteuert (innerhalb einer halben Minute).

Astronomisches Teleskop

• Hochgenaue Nachführung für
• stationäre Objekte (geostationäre Satelliten)
• langsame Objekte (zum Beispiel Kleinplaneten)
• schnelle Objekte (tieffliegende Satelliten)
• zwei Nachführbereiche
• 0-1 Bogenminute/Sekunde mit Belichtungszeiten von mehreren Minuten
• 0-1 Grad/Sekunde mit Belichtungszeiten von wenigen Zehntelsekunden
• hohe Bildauflösung: zirka 1" pro CCD-Bildelement (Pixel)
• Derotation des Gesichtsfeldes nach verschiedenen Kriterien
• schnelles Umschalten von einem Beobachtungsmodus zum andern, d.h. mehrere Kamera-Montierungen mit individuellen Reduktionsoptiken

Satelliten-Distanzmessung (SLR)

• Distanzmessungen zu allen im Beobachtungsplan des International Laser Ranging Service (ILRS) enthaltenen Satelliten (in 300-25'000 km Höhe)
• Genauigkeit pro Einzelschuss: Wenige Millimeter bis Zentimeter
• Zielgenauigkeit und Rauschunterdrückung ermöglicht auch Tagesbeobachtungen
• rasches Wechseln zwischen verschiedenen Satelliten (10-20 Sekunden)
• Fernsteuerung und Fernkontrolle (z.B. von der Universität aus)
• Automatisierte Abläufe bis hin zum weitgehend vollautomatischer Betrieb
• Zweifarben-Messungen, d.h. zusätzliche Verwendung der primären (infra-roten) Wellenlänge des Lasers
• 10 bis 20 Grad minimale Elevation
• Visuelle Nachführungskontrolle bei Nacht mit einer Kamera mit grossem Gesichtsfeld

ZimMAIN

ZimMAIN ist ein 80 cm Ritchey-Chrétien-Teleskop, das von ASA entwickelt wurde. Es wird für nächtliche Beobachtungen verschiedener Himmelsobjekte wie Planeten, Sterne und Satelliten eingesetzt. Mit einem Gewicht von etwa 850 kg erfordert es eine Säule, die durch das Gebäude bis in den Boden reicht, um Stabilität zu gewährleisten und Vibrationen zu vermeiden. Durch die Drehung des M3-Spiegels kann das Licht zu einem der Ausgänge geleitet werden, an denen verschiedene Instrumente montiert sind.

ZimTWIN

ZimTWIN besteht aus zwei parallel montierten 40-cm-Teleskopen. Seine Besonderheit ist ein grosses Gesichtsfeld, das durch die vergleichsweise kurze Brennweite und einen grossen Kamera-Chip ermöglicht wird. Die Zwillingskonfiguration erlaubt es uns, entweder ein Objekt mit zwei verschiedenen Filtern zu beobachten, um komplementäre spektrale Informationen zu erhalten, oder das Sichtfeld zu verdoppeln, indem eines der Teleskope leicht versetzt ausgerichtet wird. ZimTWIN kann ausschliesslich mit Kameras verwendet werden und ist wegen seiner Bauweise nicht für visuelle Beobachtungen geeignet.

ZimSMART (Zimmerwald Small Robotic Telescope)

Mainly used for Orbit maintenance (bright obj.) and object searches

Technical Data

ZimNET (Zimmerwald Network Telescopes)

Astronomisches Seeing bezeichnet das "Funkeln" der Sterne am Himmel. Es entsteht, weil die Luft in unserer Atmosphäre ständig in Bewegung ist und unterschiedlich warm oder kalt sein kann. Dadurch ändert sich immer wieder leicht, wie stark die Luft das Licht bricht. Wenn das Licht von Sternen oder anderen Himmelsobjekten durch diese unruhige Luft zur Erde kommt, wird es ein wenig verzerrt. Für uns sieht es dann so aus, als würden Sterne funkeln oder zittern. Auch Teleskope sind davon betroffen: Statt eines ganz scharfen Lichtpunkts erscheinen Sterne oft eher als kleine verschwommene Flecken. Deshalb können sehr detailreiche Aufnahmen durch schlechtes Seeing unscharf werden. Astronomen sprechen von gutem Seeing, wenn die Luft ruhig ist und Bilder scharf werden, oder von schlechtem Seeing, wenn die Luft stark flimmert und die Bilder unscharf sind.

Um das Seeing zu messen, verwendet man häufig ein spezielles Messgerät namens Differential Image Motion Monitor (kurz DIMM). Ein DIMM ist ein kleines Teleskop, vor dessen Öffnung eine Maske mit zwei kleinen Löchern angebracht ist. Diese beiden Löcher haben einen festen Abstand zueinander. Das Licht eines einzelnen Sterns fällt durch beide Löcher und erzeugt auf einer Kamera zwei getrennte Sternbilder. Da die Atmosphäre ständig in Bewegung ist, wird das Sternenlicht auf seinem Weg unterschiedlich verzerrt. Für jedes der beiden Löcher geschieht das ein wenig anders. Dadurch „zittern“ die beiden Sternbilder unabhängig voneinander auf der Kamera. Das DIMM misst den Unterschied in der Bewegung zwischen den beiden Sternbildern. Aus der Stärke dieses Unterschieds kann man mit einer bekannten physikalischen Formel berechnen, wie stark die Atmosphäre das Licht stört. Das Ergebnis ist ein Zahlenwert für das Seeing, also dafür, wie ruhig oder unruhig die Luft in diesem Moment ist. In der ZimNET Kuppel wird seit Ende 2025 ein DIMM Teleskop betrieben.

Resultate

SMARTnet: A Telescope System to Survey the Geostationary Ring

SMARTnet ist ein weltweites Netzwerk von Teleskopen. In Zusammenarbeit mit dem DLR beteiligt sich das AIUB an Teleskopen in Australien, Südafrika und Chile. Weitere Informationen: Fiedler et al. 2023.