Ein Teleskop erfasst Details der Sonne, als ob sie aus 100 Kilometern Entfernung betrachtet würden.

Ein Teleskop des Teide-Observatoriums hat einzigartige Bilder mit einer Auflösung von 8K aufgenommen, die die kleinsten Details der aktiven Regionen auf der Sonnenoberfläche enthüllen.

VTT-Beobachtungen (Vacuum Tower Telescope) mit einem neuen Kamerasystem verwenden Bildwiederherstellungsmethoden, um kleine Strukturen in aktiven Zonen zu erfassen. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Solar Physics veröffentlicht.

Große Sonnenteleskope können kleinste Details auf der Sonnenoberfläche beobachten, allerdings nur innerhalb eines engen Sichtfelds.

Aus diesem Grund erfassen sie nicht die großflächige Entwicklung aktiver Regionen. Kleinere Teleskope, sowohl im Weltraum als auch in erdgebundenen Netzwerken, beobachten die gesamte Sonnenscheibe 24 Stunden am Tag, können sich den komplexen und sich schnell verändernden Strukturen, die das Magnetfeld bildet, jedoch nicht nähern.

Hier kommt das VTT auf Teneriffa ins Spiel, das seit 1988 in Betrieb ist . Es zeichnet sich durch ein weites Sichtfeld und eine gute räumliche Auflösung aus und schließt damit die Lücke zwischen diesen beiden Teleskoptypen.

Dank des neuen Kamerasystems des Leibniz-Instituts für Astrophysik Potsdam (AIP) konnte erstmals das gesamte Sichtfeld des VTT wiederhergestellt werden.

Um ein wiederhergestelltes Bild zu erhalten, sind 100 Bilder mit kurzer Belichtungszeit und einer Größe von 8.000 x 6.000 Pixeln erforderlich, die mit 25 Bildern pro Sekunde aufgenommen wurden .

Damit liefert das Kamerasystem erstmals rekonstruierte Bilder mit 8K-Auflösung. Durch die schnelle Bildfolge werden störende Einflüsse der turbulenten Erdatmosphäre auf Sonnenbilder eliminiert.

Dadurch kann auf der Sonnenoberfläche eine theoretische räumliche Auflösung des Teleskops von bis zu 100 Kilometern erreicht werden. Zeitrafferaufnahmen der restaurierten Bilder ermöglichen zudem die Untersuchung dynamischer Prozesse auf Zeitskalen von 20 Sekunden.

Das neue Kamerasystem ergänzt das Large Helioseismic Region Interferometric Device (HELLRIDE) des VTT, den Absolute Reference Laser Spectrograph (LARS) und den Fast Multiline Universal Spectrograph (FaMuLUS), die jeweils von der Thüringer Landessternwarte Tautenburg (TLS), dem Institut für Sonnenphysik (KIS) in Freiburg und dem AIP betrieben werden.

„Um die Sonnenaktivität besser zu verstehen, ist es entscheidend, nicht nur grundlegende Feinstrukturprozesse und die langfristige Entwicklung der globalen Aktivität mit einer Vielzahl von Instrumenten zu analysieren“, sagt KIS-Wissenschaftler Rolf Schlichenmaier in einer Stellungnahme, „sondern auch die zeitliche Entwicklung des Magnetfelds in aktiven Regionen zu untersuchen.“

Die neuen Bilder zeigen Bereiche von etwa einem Siebtel des Sonnendurchmessers, also etwa 200.000 Kilometern.

Dies ermöglicht die Beobachtung großräumiger Strukturen der aktiven Sonne, wie etwa Plasmabewegungen und Sonnenfleckengruppen. Zum Vergleich: Große Teleskope liefern typischerweise nur Bildfelder mit einem Durchmesser von etwa 75.000 Kilometern.

„Unsere Erwartungen an das Kamerasystem wurden von Anfang an mehr als erfüllt“, sagt Robert Kamlah, der das Projekt im Rahmen seiner Doktorarbeit am AIP und der Universität Potsdam leitete.

G-Band-Beobachtungen zeigten, wie Sonnenflecken in die Supergranulation integriert sind, d. h. in ein großräumiges Konvektionsmuster.

Die nicht radiale Ausrichtung und Verdrehung der Penumbralfilamente enthüllten die komplexe Struktur des Magnetfelds, das für drei Haupteruptionen und zahlreiche kleinere Eruptionen in der aktiven Region verantwortlich ist.

Durch den Einsatz spezieller Filter werden kleinste Signale des Magnetfelds als helle Strukturen in Sonnenbildern sichtbar gemacht.

Zeitreihen im Licht der einzelnen ionisierten Kalziumlinie bei 393,3 nm und im Fraunhofer-G-Band bei 430,7 nm ermöglichten die Identifizierung von Bereichen erhöhter Aktivität und die Verfolgung von Plasmabewegungen in den aktiven Regionen zweier Schichten der Sonnenatmosphäre (Photosphäre und Übergang zur Chromosphäre). Darüber hinaus wurden Methoden zur Messung der Qualität von Bildern und Beobachtungen untersucht.

„Die erzielten Ergebnisse zeigen, wie wir gemeinsam mit unseren Kollaborateuren einem alten Teleskop neue Techniken beibringen“, sagt Carsten Denker, Leiter der Sektion Sonnenphysik am AIP.

Teleskope wie VTT können wichtige Beiträge zur Erforschung der Sonnenaktivität leisten, insbesondere wenn es darum geht, Informationen über eine große aktive Region und ihre Umgebung zu sammeln, wie etwa bei Sonneneruptionen und anderen Eruptionsereignissen im Rahmen der Weltraumwettervorhersage.

Auch für die nächste Instrumentengeneration an 4-Meter-Sonnenteleskopen werden zukünftig kostengünstige CMOS-Kamerasysteme mit 8K-Bildauflösung eine wichtige Rolle spielen, da sie das Sichtfeld aktueller 4K-Kamerasysteme verdreifachen werden.