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Wir feiern zwei Jahrzehnte SPHERE-Herausforderungen und Erfolge
Mit 100 Veröffentlichungen des Konsortiums, einschliesslich der Veröffentlichung der ersten Exoplaneten-Demografie, werden neue Höhen erreicht.
Der SPHERE (Spectro-Polarimetric High-contrast Exo-planet REsearch) Planet Imager(1), der derzeit am Very Large Telescope der ESO in Chile installiert und in Betrieb ist, zielt darauf ab, riesige Exoplaneten und planetenbildende Scheiben um sonnennahe Sterne abzubilden und zu charakterisieren. Dieses Projekt stellt eine unglaubliche wissenschaftliche, technologische und menschliche Leistung dar, die vor etwa zwanzig Jahren begann. Gestützt auf strenge Spezifikationen und ausgefeilte, zur Reife gebrachte Entwicklungen, einschliesslich extremer adaptiver Optik, Koronagraphie, Polarimetrie, differentieller Bildgebung und integraler Feldspektroskopie, wurde SPHERE von einem Konsortium aus zwölf grossen europäischen Instituten(2) über mehr als ein Jahrzehnt entworfen und gebaut, um am Himmel beispiellose Leistungen zu erzielen und seine wissenschaftlichen Ziele zu erreichen. Die Abbildung 1 zeigt die wichtigsten Phasen dieser Entwurfs- und Bauphase.
Oben links: SPHERE auf der Nasmyth-Plattform des Very Large Telescope. Oben rechts: SPHERE-Subsysteme: SAXO, das extreme adaptive Optiksystem, ZIMPOL, das Zurich Imaging Polarimeter, IFS, der Integralfeld-Spektrograph, und IRDIS, der Nahinfrarot-Imager und -Spektrograph. Unten: Bilder der Inbetriebnahme von SPHERE im Frühjahr 2014 und der weiteren Umsetzung: LKW und SPHERE auf dem Weg zu UT3, Kontrollraum, Installation des dritten torischen Spiegels und Befestigung des SPHERE-Gehäuses.
Seit der Inbetriebnahme im Mai 2014 wurde SPHERE der europäischen Gemeinschaft angeboten und erzielte schnell bahnbrechende Ergebnisse im Bereich der Planetenentstehung, der Demografie und der physikalischen Eigenschaften von Exoplaneten sowie bei der Charakterisierung von Kleinkörpern des Sonnensystems, der Umgebung von entwickelten Sternen und sogar des zentralen Antriebs aktiver galaktischer Kerne(3). Das SPHERE-Konsortium hatte grossen Anteil an diesem Erfolg und feiert seine 100. wissenschaftliche Publikation(4), zusammen mit der Veröffentlichung einer Serie von drei Artikeln im Astronomy & Astrophysics Journal, die die erste Phase der demographischen Durchmusterung von Exoplaneten jenseits von 10 Au, also der Saturnumlaufbahn, vorstellen(5). Diese Errungenschaft stellt einen wichtigen Meilenstein für das SPHERE-Konsortium dar, um alle einzelnen Mitglieder und Institute zu belohnen, die in den letzten fünf Jahren erfolgreich zu jedem kritischen Schritt des Projekts beigetragen haben, von der Entwurfsphase, über den Bau bis hin zur wissenschaftlichen Nutzung. Es ermöglichte die Ausbildung einer neuen Generation von jungen Ingenieuren und Wissenschaftlerinnen, die es Europa ermöglicht, auf diesem spannenden Gebiet an der Spitze zu stehen. Es steht auch dafür, dass SPHERE und seine reichhaltige und vielseitige Gemeinschaft an der Spitze der Entwicklungen im Bereich der Hochkontrast-Bildgebung bleibt, um seine Führungsrolle zu behalten und die glänzende Zukunft der bodengestützten Beobachtungen an der Klasse der 10 bis 40 m grossen Teleskope vorzubereiten.
Einige spektakuläre von SPHERE aufgenommene Bilder
Dieses Bild zeigt die Scheibe um den jungen Stern AB Aurigae, wo das Very Large Telescope (VLT) der ESO Anzeichen für die Geburt eines Planeten entdeckt hat. Nahe der Bildmitte, im inneren Bereich der Scheibe, sehen wir die “Drehung” (in sehr hellem Gelb), die nach Ansicht der Wissenschaftler die Stelle markiert, an der sich ein Planet bildet. Diese Verdrehung liegt etwa in der gleichen Entfernung vom Stern AB Aurigae wie Neptun von der Sonne. Das Bild wurde mit dem SPHERE-Instrument des VLT in polarisiertem Licht aufgenommen. Credit: ESO/Boccaletti et al.
Dieses spektakuläre Bild des SPHERE-Instruments am Very Large Telescope der ESO ist die erste klare Aufnahme eines Planeten, der sich gerade in der Entstehung um den Zwergstern PDS 70 befindet. Der Planet hebt sich deutlich ab, sichtbar als heller Punkt rechts von der Bildmitte, der durch die Koronagraphenmaske, die verwendet wird, um das blendende Licht des Zentralsterns zu blockieren, geschwärzt ist. Credit: ESO/A. Müller et al.
Hier ist das erste hochwinklige Auflösungsbild des Asteroiden Pallas. aufgenommen mit dem ESO SPHERE Instrument. Der deutsche Astronom Heinrich Wilhelm Matthäus Olbers entdeckte Pallas erstmals am 28. März 1802. Benannt nach der griechischen Göttin Pallas Athene, wurde der Asteroid – wie viele andere im 19. Jahrhundert entdeckte Asteroiden – zunächst als Planet klassifiziert. Als sich mit der Zeit die Technologie verbesserte, wurde Pallas später als Asteroid neu klassifiziert. Heute ist er als drittgrösster Asteroid im Sonnensystem bekannt, mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 512 km. Obwohl Pallas nach Ceres und Vesta der größte bekannte Asteroid im Sonnensystem ist, ist er der einzige dieser grossen Asteroiden, der noch nicht von einer Raumsonde besucht wurde. Das liegt an seiner Umlaufbahn, die eine ungewöhnlich hohe Neigung zur Erdbahnebene aufweist – was bedeutet, dass es besonders schwierig ist, eine Raumsonde darauf zu landen. Die neuen Bilder zeigen, dass die Oberfläche von Pallas sehr interessante topographische Merkmale aufweist, die auf eine heftige Kollisionsgeschichte hindeuten. Zahlreiche grosse Krater befinden sich in beiden Hemisphären von Pallas und bilden eine Oberfläche, die an einen Golfball erinnert. Die zwei ausgeprägten grossen Einschlagbecken auf seiner Oberfläche könnten auch mit einem familienbildenden Einschlag zusammenhängen – einer Kollision, bei der ein ursprüngliches Objekt in mehrere separate Körper zerbrach. Der helle Fleck, der in der südlichen Hemisphäre von Pallas auftaucht (rechtes Bild), erinnert ebenfalls sehr an die Salzablagerungen auf Ceres. Credit: ESO
Dieses spektakuläre Bild des SPHERE-Instruments am Very Large Telescope der ESO zeigt die staubige Scheibe um den jungen Stern IM Lupi in feineren Details als je zuvor. Credit: ESO/H. Avenhaus et al./DARTT-S collaboration
Dieses Bild zeigt das SPHERE-Exoplaneteninstrument für das VLT kurz bevor es Frankreich verliess und im Februar 2014 nach Chile verschifft wurde.Credit: SPHERE Project/ESO/J.-L. Beuzit and J.-F. Sauvage.
Innerhalb von PlanetS sind die Astronomieabteilung der Universität Genf und das Institut für Teilchenphysik und Astrophysik der ETH Zürich Mitglieder des SPHERE-Konsortiums. Beide Institute erhielten substantielle Mittel aus dem SNF/FLARE-Stipendium (früher FINES genannt) für die Teilnahme an diesem grossen internationalen Projekt.
Die Universität Genf war verantwortlich für die Konzeption und Realisierung der SPHERE-Kalibrierungseinheit, einem Subsystem, das verschiedene Kalibrierungslichter an die drei wissenschaftlichen Instrumente und an das AO-System des Common Path liefert. Sie hatte auch Anteil an der Systementwicklung des gesamten Instruments, indem es die Verantwortung für alle internen und externen Schnittstellen sowie die Organisation der abschließenden AIT-Phase übernahm. Genf entwickelte auch den Teleskop-Simulator für die Tests und trug zur Entwicklung der Beobachtungsplanungstools bei (Hauptbeteiligte: F. Wildi, R. Dubosson, M. Crausaz, B. Michaud, L. Weber). Auf wissenschaftlicher Seite beteiligte sich Genf hauptsächlich an der SHINE-Durchmusterung und in gewissem Umfang an der DISK-Durchmusterung (D. Segransan, S. Udry, J. Hagelberg, S. Peretti, E. Rickmann).
Die ETH Zürich war massgeblich an Konzept, Design, Entwicklung und Test des Zurich Imaging Polarimeter (ZIMPOL) und dem polarimetrischen Konzept des SPHERE Common Path Instruments beteiligt (Hauptbeteiligte: H.M. Schmid (Co-I), D. Gisler, A. Bazzon, F. Joos, P. Steiner). Auf der wissenschaftlichen Seite beteiligte sich die ETH vor allem an den GTO-Programmen DISK und REFPLANETS (C. Thalmann, E. Buenzli, A. Garufi, H. Avenhaus, N. Engler, S. Hunziker und C. Tschudi) sowie an der SHINE-Durchmusterung (M. Meyer, S. Quanz).
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