SDI für PEPSI

Das Solar Disk Integrated (SDI) Teleskop dient hauptsächlich zur Einkopplung von Licht der nicht aufgelösten Sonnenscheibe (die Sonne als Stern) im momentan leistungsfähigsten Spektrographen der Welt, PEPSI. Sein Nachfolger, SDI-POL erlaubt das auch im polarimetrischen Modus. Im Laufe seines Lebens wird so ein quasi-kontinuierlicher Langzeitdatensatz von hochaufgelösten Spektren gewonnen, der so noch nicht vorhanden ist. Für die Sonne bedeutet das, dass die Dynamik der Sonnenatmosphäre über mehrere Aktivitätszyklen studiert werden kann. Schwankungen der Sonnentemperatur und des -drucks können mittels photosphärischer Linien über den gleichen Zeitraum studiert werden. Die magnetische Aktivität der Sonne kann wiederum mittels chromosphärischer Linien großskalig vermessen werden. Nicht zuletzt kann in einem direkten Vergleich der Datensatz des SDIs dazu verwendet werden, die differentielle Rotation der Sonne zu messen und zwar mit denselben Methoden, durch dasselbe Instrument, wie wir es zur Bestimmung der differentiellen Rotation in Sternen verwenden. Magnetische Modelle von Sternoberflächen können so durch direkten Vergleich überprüft werden.

Aus den angestrebten Messungen - drei vollaufgelöste Spektren bei R=30000 mit einem S/N von ca. 5000:1 pro Tag - ergeben sich beachtliche Datenmengen. Ein volles PEPSI-Spektrum besteht aus drei verschiedenen Cross-Disperser (CD) Stellungen (insgesamt sechs Aufnahmen, PEPSI hat zwei Arme). Damit kann die Wellenlänge von 383 bis 907 nm abgedeckt werden. Wir erwarten ein maximales S/N von 500:1 pro 2-sec Aufnahme, d.h. um das S/N zu verzehnfachen brauchen wir 100 Aufnahmen. Bei einer Auslesezeit von 12 Sekunden plus 1 Sekunde Sicherheit ergibt sich eine totale Dauer von 25 min. Das Wechseln der CDs wird ca. 1 min dauern, mit der 1 min, die für die Th-Ar-Aufnahme zur Wellenlängenkalibration benötigt wird, ergeben sich ca. 240 min (4 Stunden), um volle drei Aufnahmen zu erhalten.

SDI steht auf der offenen Terasse des 2 x 8.4 m Large Binocular Telescope (LBT). Als robotisches Teleskop beginnt es seinen Betrieb vollautomatisch bei Sonnenaufgang. Sobald wie möglich wird die Sonne angefahren und am Fadenkreuz gehalten, solange die meteorologischen Bedingungen einen Betrieb erlauben (Eis stellt das grösste Hindernis dar). Wolken werden mittels Software detektiert. Die beiden Teleskope mit 10 mm Durchmesser füttern das Sonnenlicht in 300 μm Fasern, die mit den zwei PFUs am Nasmyth Fokus verbunden sind. Mit der Objektfaser von 100 μm Durchmesser kann die Auflösung R=320 000 erreicht werden. Ein versiegeltes, d.h. passiv stabilisiertes Fabry-Perot Etalon stellt simultane Wellenlängenkalibration bereit. Wir erwarten eine instrumentelle Genauigkeit von 3 cm/s im Geschwindigkeitsraum.

SDI basiert auf dem Sun Tracker SPTRV5 von  Dr. Schulz+Partner GmbH. Es kommt in einer azimuthalen Montierung. Zwei Schrittmotoren mit einer Auflösung von 32″ sind mittles RS232 mit einem PC verbunden. Die Steuerung ist nahtlos mit dem GUI (siehe Bild) verbunden. Wolken werden mittels einer Analyses der x/y Profile der Sonnenscheibe ermittelt (untere Hälfte des schwarzen Datendiagramms rechts). Die Wolkendetektion ist erforderlich, um nicht die Symmetrie durch ein teilabgeschattetes Sonnenbild zu brechen.

Am 23. Okt. 2014 konnte eine partielle Sonnenfinsternis mit dem SDI-Teleskop aufgenommen werden.