Teleskopsteuerung und Robotik
Über viele Dekaden war die beobachtende Astronomie geprägt vom Bild des engagierten Wissenschaftlers*in, der/die an einem geeigneten Teleskop vor Ort Forschung betreibt. Beobachtungszeit wurde in Tagen vergeben, was nicht zu manchen Forschungsvorhaben passt: Langzeitstudien über Monate, ja Jahre, hinweg, können so kaum unterstützt werden, auch wenn in jeder Nacht nur wenige Minuten an Beobachtungszeit benötigt werden. Instantane Reaktion zu plötzlichen, neu entdeckten Phänomenen war ebenso nur durch glücklichen Zufall möglich. Survey observing, durchgeführt durch professionelles Personal vor Ort konnte die Probleme lindern, trotzdem blieben Langzeitprojekte über mehrere Vergabezyklen schwierig. Beobachtungen, die Reaktionen innerhalb von Minuten benötigen, wie z.B. die Nachbeobachtung von Gamma-Ray Bursts blieben nach wie vor undurchführbar. Diese konnten erst durch maschinengestütztes Beobachtungen durchgeführt werden. In diesem Zweig, der robotischen Astronomie hat das AIP inzwischen eine langjährige, fast einzigartige Expertise.
Die Abteilung Teleskopkontrolle und Robotik beschäftigt sich mit der Entwicklung autonom beobachtender Observatorien mit Hauptstoßrichtung Software. Zusätzlich wird hier spezialisierte Hardware zur Teleskopkontrolle gebaut; hardware die über industrielle Produkte (weit) hinausgehen.
Wie füllt man am besten einen Rucksack?
Solche einfachen Fragen können komplexe Antworten haben. Ist der Rucksack klein, kann mittels Versuch und Irrtum schnell die richtige Antwort gefunden werden. Was aber passiert, wenn der Rucksack 100 Teile fasst und man aus 1000 auswählen kann? Aus der Kombinatorik weiss man, dass in diesem Falle 1000 über 100 Möglichkeiten, als weit über 10^100 Fälle betrachtet werden müssen. Selbst wenn man in 1ns eine Möglichkeit probieren kann, braucht man länger als das Universum existiert um alle Varianten zu testen. Aber es gibt Verfahren, mit denen Näherungslösungen gefunden werden können... (weiterlesen)
Effizienteres Beobachten durch Eleminierung des menschlichen Faktors
Astronomische Beobachtungen können anstrengend werden, insbesonderst wenn ein eintöniger Beobachtungsvorgang immer wieder wiederholt werden muss. Müdigkeit führt zu Fehlern, in weiterer Konsequenz geht wertvolle Beobachtungszeit verloren. Die Antwort bieten autonome Observatorien, wo der gesamte Ablauf robotisiert wurde und menschliche Intervention schlicht nicht mehr notrwendig, ja sogar unerwünscht ist. Auch wenn nach Definition Roboter Aspekte von selbstlernendem Verhalten zeigen müssen, nennen Astronomen völlig autharke Observatorien normalerweise robotische Sternwarten. Was macht nun eine vollautonome Beobachtung aus? Nun, zuerst wird eine astronomische Beobachtung in kleinste Teile zerteilt; neue Beobachtungen werden aus diesen zusammengesetzt...(weiterlesen)
Automatisierte Datenverarbeitung mittels Pipelines
Um die enorme Menge an wissenschaftlichen Daten, die von autonomen Teleskopen produziert werden, nutzen zu können, ist es vorteilhaft, auch die Datenreduktion zu automatisieren. Durch den hochpräzisen Ablauf, den robotische Beobachtung wie selbstverständlich bieten, sind quasi immer ausreichend Kalibrationsdaten in guter Qualität vorhanden - niemand vergisst nach einer langen Nacht noch auf die Tagkalibration. Wenngleich die Verantwortung für Datenreduktion an die Expertise der jeweiligen Abteilung gekoppelt ist, können gemeinsame Schritte in z.B. der optischen Datenverarbeitung anhand von CCDs identifiziert werden. Ähnlich der Reflex-Umbebung der ESO kann der Benutzer verschiedene Algortihmen verbinden, um für den jeweiligen speziellen Anwendungsfall optimierte Ergebnisse zu erreichen... (weiterlesen)
Grossprojekte:
STELLA:
Als STELLA (STELLar Activity) im Jahre 2006 inauguriert wurde, war es das erste >1m robotische Teleskop, das einen hochauflösenden Spektrographen füttert. Die Kombination mit einem zweiten, 1.2m abbildenden Teleskop is auch heute noch ziemlich einmalig. Stückweise Verbesserungen in der Akquirierung und der Nachführung des Teleskops brachten uns auf sensationelle shutter-open times (Anteil der wahren Belichtungszeit an der Gesamtzeit) von mehr als 90% im Spektrographen und immerhin nich mehr als 55% im photometrischen Teleskop. Die Verfügungszeit kletterte im gleichen Zeitraum auf über 98%. 2018 konnte der 100ste Benutzer mit Beobachtungszeit bedient werden...(weiterlesen)
BMK10k:
Die BMK (Ballistische Messkammer) ist ein Astrotopar System mit einer Öffnung von 30cm und einer gänzlich flachen Fokaleben, die 20° im Durchmesser aufweist. Sie wurde am AIP mit einem 10kx10k CCD ausgestattet, mit dem immerhin noch ein Gesichtsfeld von 7.25°x7.25° abgebildet werden kann. Im August 2019 erfolgte first light am finalen Beobachtungsplatz Cerro Armazones (in Sichtweite des E-ELT!), von hier wird sie ihrer Hauptaufgabe nachgehen, ESA's PLATO mission zu unterstützen. Innerhalb von drei Jahren wird die BMK10k einen photometrischen survey des PLATO deep-field South durchführen und dabei alle Sterne bis zu 17-18mag erfassen - mit einer Auflösung die 6 mal besser ist als PLATO...(weiterlesen)
Nachführungseinheiten für das LBT
In unserer Abteilung wurden auch sechs Acquisition, Guiding & Wavefront-sensing (AGW) Einheiten für das LBT gebaut (die on-axis Einheiten dazu stammen vom Arcetri-Observatorium INAF). Mit diesen Einheiten kann der Ist-Zustand der Atmosphäre erfasst werden, der zur Kompensation der optischen Fehler des Teleskops mittels adaptiver Optik unerlässlich ist... (weiterlesen)
Eine gemeinsame Software für robotische Teleskope
Alle robotischen Teleskope des AIPs werden von einer gemeinsamen Kontrollsoftware gesteuert, die nach ihrem ersten Einsatzgebiet STELLA Control System (SCS) benannt ist. Sie ist 100% Java und damit einfach auf andere Systeme zu portieren. Das grundlegende Schema ist das eines hochmodularen Systems, ebenfalls eine Konsequenz aus dem ersten Anwendungsfall - Steuerung eines spektroskopischen und eines bildgebenden Teleskops auf gemeinsamer Basis. Wir sind überzeugt, dass dieses System auf sämtliche Anwendungsfälle im Bereich robotischer Teleskope portierbar ist... (weiterlesen)
Weitere Projekte:
- Für PEPSI, ein Projekt der Abteilung Hochauflösende Spektroskopie und Polarimetrie bauten wir SDI, das Solar Disc Integration Teleskop und seinen Nachfolger, SDI-POL. Auch bei den PFUs, den permanenten Fokus Einheiten, gibt es eine enge Zusammenarbeit mit Hochauflösende Spektroskopie und Polarimetrie.
- Entwicklungsführerschaft im Unterprojekt tip-tilt des neuen Laser-Stern Leitsystems ARGOS für das LBT.
- Automatisieren des VATT zur Einkopplung an PEPSI
- RoboTel: Klein-STELLA in Babelsberg
- APT7 (Amadeus): Ein automatisches photoelektrisches Teleskop in Fairborn observatory, Az, USA.
- ICE-T: Ursprünglich gedacht als Ersatz für die ESA-Eddington Mission, für DomeC am antarktischen Plateu. Abgebrochen wegen unklaren Zugangsbedingungen an der Station Concordia.