Optics4Space - Auf dem Weg zu einem neuartigen kompakten Strahlteiler für Weltraumanwendungen

Seit Jahrzehnten benutzt die beobachtende Astronomie Breitbandaufnahmen in mehreren Filtern, um etwas über die spektrale Energieverteilung kosmischer Objekte zu erfahren. Diese Energieverteilung ist ein Indikator sowohl für die chemische Zusammensetzung eines Himmelskörpers als auch für die physikalischen Prozesse, auf welcher die emittierte Strahlung beruht.

Moderne astronomische Grossteleskope sind teuer, kosten gern viele Millionen Euro und erfordern Entwicklungs- und Bauzeiten von Jahren. Dies verlangt nach deren wirtschaftlichem Einsatz - das klassische Herangehen, Himmelsaufnahmen in mehreren Filtern zeitlich hintereinander aufzunehmen und dergestalt jedesmal den überwiegenden Teil des in ein Teleskop einfallenden Lichts auszublenden, ist wirtschaftlich nicht mehr tragbar. Optische Strahlteiler sind eine effektive Methode, um dieses Problem zu lösen. Sie zerlegen das Licht in mehrere breitbandige Bänder, was es dann erlaubt, Himmelsaufnahmen in mehreren Filtern simultan zu gewinnen. Der vom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) Garching und der TLS in den Jahren 2000 bis 2007 entwickelte und gebaute GROND-Multikanal-Imager am 2.2-m-Teleskop der Max-Planck-Gesellschaft auf ESO/La Silla (Chile) war und ist ein Pionier in dieser technischen Entwicklung (Abb. 1).

Das Projekt Optics4Space will noch einen Schritt weiter gehen. Gefördert von der Carl-Zeiss-Stiftung verfolgt es das Ziel, einen kompakten Strahlteiler (Abb. 2) mit Kameraeinheit zu bauen, der auf einem Kleinsatelliten als wissenschaftliche Nutzlast quasi Huckepack mitfliegen kann. Wesentliche technologische Vorarbeiten hierzu erfolgten in den Jahren 2018 bis 2021 im Projekt SpaceOptics, einem Gemeinschaftsprojekt zwischen der TLS und dem Fraunhofer IOF Jena, in enger Zusammenarbeit mit dem MPE (1, 2). Alle drei Partner haben sich wieder im Projekt Optics4Space zusammengefunden.

Was soll der Strahlteiler wissenschaftlich tun? Ziel ist sein Einsatz für rasche Nachfolgebeobachtungen von Gamma-Ray Bursts in vier photometrischen Bändern simultan, zwischen rund 800 und 2500 nm Wellenlänge. Teils verbunden mit Gravitationswellen-Ereignissen verkörpern diese Bursts spezielle Sternexplosionen in fernen Galaxien (3). Sie sind weltweit ein Forschungsschwerpunkt der modernen Astrophysik.