Max-Planck-Institut für Astronomie - Jahresbericht 2007

IV.2 Instrumente für das VLT
Katzenaugenoptiken für die optischen
Verzögerungsstrecken von Prima
Prima, das Instrument für die phasenbezogene Bilderfassung
und Mikrobogensekunden-Astrometrie, implementiert
die Dual-Feed-Kapazitäten des Very Large Telescope
Interferometers (VLTI). Es ermöglicht die si mul tane
interferometrische Beobachtung zweier Ob jek te, die um
bis zu eine Bogenminute voneinander ge trennt sind.
Prima dient dazu, astrometrische Aufnahmen in ei-
nem kleinen Gesichtsfeld im K-Band mit zwei Hilfs telesko
pen des VLT durchzuführen und eine pha sen bezogene
Blendensynthese-Bilderfassung mit In stru men ten
wie amber und midi zu ermög li chen. Das Instrument
besteht aus vier großen Un ter sys te men: Sternseparatoren
(STS), einem Laser-Me tro lo gie sys tem (Primet), FrinGe
Sensor Units (FSUs) und optischen Verzögerungsstrecken
(DDLs). Die ersten drei Subsysteme werden derzeit bei
eso getes tet. Um die vollständige Implementierung der
10-Mi kro bo gensekunden-Astrometrie zu beschleunigen
und ein umfangreiches Exoplaneten-Suchprogramm
(es Pri) durchzuführen, baut das MPIA in Zusammenar-
beit mit dem Observatoire de Genève und der Landes
stern war te Heidelberg die optischen Ver zö ge rungsstrecken
für Prima und entwickelt die Software zur
Vorbereitung der Beobachtungen und zur Da ten re duktion.
Die Prima-Anlage soll 2009 vollständig betriebsbereit
sein. Als Gegenleistung erhält das Konsortium garan
tierte Beobachtungszeit an zwei Hilfsteleskopen mit
Prima für das Suchprogramm esPri.
Die Messmethode
Ein aus zwei Teleskopen bestehendes Interferometer
misst die Verzögerung zwischen den Wellenfronten eines
Sterns bei deren Auftreffen an den Teleskopen. Atmo-
sphärische Trübungen verhindern jedoch im Allgemeinen
genaue Messungen der absoluten Verzögerung. Um
die ses Problem zu umgehen, misst ein Doppelstern-Inter
fe ro meter die differenzielle Verzögerung zwischen
zwei Sternen. Wenn deren Winkelabsand geringer ist
als der isoplanatische Winkel (ca. 10 Bogensekunden im
K-Band), sind die Trübungen der beiden Wel len fron ten
korreliert und die durchschnittlichen differenziel len Störun
gen ΔOPD turb mitteln sich schnell weg.
Wenn einer der Sterne hell genug ist, um seine Streifen
phase innerhalb der atmosphärischen Kohärenzzeit zu
mes sen, kann dieser genutzt werden, um die Streifen des
an deren Sterns zu stabilisieren (Fringe tracking) und so
längere Integrationszeiten und die Erhöhung der Anzahl
der beobachteten Objekte zu ermöglichen.
Um Interferenzstreifen auf dem Detektor zu erhalten,
muss die externe Verzögerungsdifferenz, die durch
die Interferometer-Basislinie (B) direkt mit dem Winkelabstand
Da verbunden ist, mit optischen Verzöge-
rungsstrecken im Interferometer kompensiert werden. Die
Sehstrahlen der beiden Sterne werden zunächst parallel
durch eine Hauptverzögerungslinie geleitet, um den Effekt
der Luftturbulenzen in den Tunneln zu minimieren.
Aufgrund des endlichen Winkelabstands zwischen
den beiden Sternen und der täglichen Bewegung besteht
jedoch auch eine variable differenzielle OPD zwischen
den beiden Sternen, die mit differenziellen Verzö-
gerungsstrecken kompensiert werden muss. Die Verzögerungsstrecken
werden im Vakuum betrieben und bieten
einen sehr viel kleineren Fahrweg (60 mm). Auf
einer Basislinie von 100Metern entsprechen 10 Mikrobogensekunden
5Nanometer OPD. Dies definiert die gesamte
Fehlertoleranz für optische Verzögerungsstrecken
sowie für die Streifenerkennung und die Metrologie.
Die Strahlen der beiden Teleskope werden dann in den
Prima Fringe Sensor Units (FSU) interferometrisch kom-
biniert.
In der Nullstreifen-Position sind die externen und internen
Verzögerungen gleich. Die laserüberwachte interne
Verzögerung (ΔOPD int) sowie die restliche differentielle
Streifenphase (ΔOPD FSU) sind dann die Hauptbeobach-
tungsgrößen des Interferometers (siehe Abb. IV.2.1).
Abb. IV.2.1: Messprinzip: Schmalwinkel-Astrometrie mit differenzieller
Verzögerungs-Interferometrie. Die Verzögerung
DOPD int entsteht in der DDL.
heller Stern, schnelles Sampling,
fringe tracking
OPD ext
B
schwacher Stern,
langsames Sampling,
positionsbezogen
OPD int
OPD FSU B OPD int OPD turb
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