Novel Adaptive Optics Concepts : Wavefront Sensing with Sodium Laer Guide Stars at Extemely Large Telescopes and Simultaneous Differential Imaging

Durch den Einsatz Adaptiver Optik (AO) besitzt die astronomische Gemeinschaft seit fast 15 Jahren ein Werkzeug um mit modernen Grosteleskopen beugungsbegrenzte Abbildungsqualitat zu erreichen. Im Hinblick auf geplante Riesenteleskope wie das "Overwhelming Large Telescope" (OWL) der Europaischen Sudsternwarte (ESO), mit Spiegeldurchmessern von bis zu 120m, wird der Einsatz von AO-Systemen der nachsten Generation, wie Natrium-Laser-Leitstern gestutzte multi-konjugierte Adaptive Optik, unabdingbar sein, um das Leistungsvermogen (Auflosung und Lichtsammelvermogen) solcher Teleskope voll auszuschopfen. Kunstliche Natrium-Laser-Leitsterne fuhren aufgrund ihrer endlichen Entfernung und nicht vernachlassigbaren Ausdehnung in der Atmosphare unter anderem zu perspektivischen Effekten, die die Messgenauigkeit herkommlicher Wellenfrontsensoren stark beeintrachtigen. Um solchen Effekten entgegenzuwirken, werden im Moment verschiedene Konzepte diskutiert. Diese sind jedoch mit hohem technischen Aufwand und/oder stark begrenzter Photonenausbeute verknupft. Deshalb wird im Rahmen dieser Arbeit ein neuartiger Wellenfrontsensor vorgestellt, der sich der vorgegebenen Geometrie kunstlicher Laserleitsterne in einer naturlichen Art und Weise anpasst. Der Sensor besteht aus zwei voneinander unabhangig arbeitenden Komponenten; einem reflektierenden Glasstab sowie einer Maske mit konzentrischen Spalten. Beide reprasentieren neuartige Sensortypen basierend auf dem z-invariant- und dem invertierten Bessel-Strahlkonzept. Die Grundlagen und Funktionsweise beider Techniken werden (mit einem Schwerpunkt auf dem invertierten Bessel-Strahlkonzept) diskutiert und mit mehr technisch orientierten Konzepten wie dem "temporal gating" im Hinblick auf deren Lichtsammeleffizienz verglichen. Des weiteren wurde das Messkonzept des reflektierenden Stabes mit Hilfe eines Laboraufbaus, und in einer mehr realistischen Umgebung am William Herschel Teleskop (WHT) unter Einsatz eines Rayleigh-Laser-Leitsterns getestet und verifiziert. Ebenfalls eine neue Methode in der Adaptiven Optik, die an modernen 8m-Teleskopen bereits zum Einsatz kommt, ist das so genannte "Simultaneous Differential Imaging (SDI)" (Simultane Differenzielle Abbildung). SDI bietet die Moglichkeit zum direkten Nachweis extrasolarer Planeten, einem der neuesten Forschungsschwerpunkte in der galaktischen Astronomie. Mit Hilfe moderner AO-Systeme erreicht man an Grossteleskopen im Prinzip die notwendige Auflosung sowie ausreichend Kontrast, um extrasolare Riesenplaneten abzubilden. Das SDI-Modul, eine Erweiterung der AO-nahinfrarot-Kamera NACO am Very Large Telescope (VLT), ist optimiert extrasolare Gasriesen mehrerer Jupitermassen aufgrund deren Methanatmosphare zu detektieren. Deshalb wurde im Rahmen dieser Arbeit fur zukunftig geplante SDI-Projekte am Max-Planck-Institut fur Astronomie ein Datenreduktionspaket entwickelt. Dieses wurde an Epsilon Eridani des im Augenblick vielversprechendsten Kandidaten fur den direkten Nachweis eines Exoplaneten getestet und geeicht. Dazu wurde ein Datensatz von Epsilon Eridani aufgenommen und ausgewertet, der die bisher tiefsten jemals aufgenommenen Hochkonstrastaufnahmen dieser Quelle beinhaltet.