Klarer Blick auf die Sonne

Um die Aktivität der Sonne zu erforschen, werden andere Teleskope gebraucht als für den nächtlichen Sternenhimmel. Ein solches ist das Vakuumteleskop. In seiner Vakuumkammer bleibt der Lauf des eingefangenen Sonnenlichts ungestört.

Wenn Astronomen die Sterne mit optischen Geräten beobachten, sind sie dankbar für jedes einzelne einfallende Photon. Die immer größeren Spiegel ihrer Teleskope haben vor allem den Zweck, möglichst viel von dem spärlichen Licht einzufangen, das den weiten Weg von entfernten Galaxien zu uns geschafft hat. Über „Nebenwirkungen“ dieser schwachen Strahlen brauchen sie sich keine Gedanken zu machen.

Nur bei einem Stern gelten ganz andere Regeln: Die Sonne flutet unseren Planeten mit energiereicher Strahlung, die das Leben auf ihm erst möglich macht. Sonnen-Astronomen haben es also mit einem riesigen Überfluss an Lichtstrahlen zu tun, aus dem sie die gewünschten Bilder mit technischen Tricks gleichsam herausfiltern müssen.

Ein zentrales Problem ist dabei die Wärme. Die eingefangenen und durch Linsen fokussierten Lichtstrahlen bringen beträchtliche Mengen an Energie mit. Diese würde die Luft in einem gewöhnlichen Teleskop aufheizen und aufsteigen lassen. Da sich der Brechungsindex der Luft mit ihrer Temperatur verändert, wäre der durchlaufende Lichtstrahl so von den Turbulenzen im Innern des Geräts abgelenkt. Das eingefangene Bild würde „verschmiert“ und wäre nicht mehr aussagekräftig.

Um diesen Effekt auszuschließen, hat man für die Sonnenbeobachtung das Vakuumteleskop (englisch Vacuum Tower Telescope, VTT) entwickelt. Eines dieser Teleskope ist das VTT des Freiburger Kiepenheuer-Instituts für Sonnenphysik auf Teneriffa. Da es möglichst weit von den turbulenten Luftschichten über dem von der Sonne erwärmten Erdboden entfernt sein soll, ist es in einem 38 Meter hohen Turm untergebracht. Um die Bewegung in der Umgebungsluft weiter zu minimieren, ist der Turm zudem in strahlendem Weiß gestrichen. So nimmt er selbst am wenigsten Wärmestrahlung auf.

Auf dem Turmdach fangen zwei schwenkbare Spiegel das Sonnenlicht ein. Sie lenken es in eine senkrecht positionierte Röhre, in der sich das Teleskop befindet. Diese Kammer ist 21 Meter lang und hat einen Durchmesser von 1,80 Metern. Sie wird nach den jährlichen Wartungsarbeiten jedes Mal mit zwei hintereinandergeschalteten Vakuumpumpen auf ein Vakuumniveau von weniger als 0,5 Millibar evakuiert.

Dank der Länge der Kammer liegt der Brennpunkt des Teleskops im Vakuum. Die eindringende Wärmestrahlung kann dort keine Luftturbulenzen erzeugen, optische Schlieren durch Aufheizung werden vermieden. Die Astronomen nutzen das VTT unter anderem, um detailreiche Bilder von den Sonnenflecken zu gewinnen. Deren Aktivität hat unmittelbare Auswirkungen auf das Magnetfeld der Erde. Sie können unter anderem auch die Funktion elektrischer Geräte und Einrichtungen beeinflussen.