Herzstück des Tautenburger Observatoriums für die Beobachtung im optischen Spektralbereich ist das 2-m-Universal-Spiegelteleskop. Bei seiner Inbetriebnahme gehörte es zu den fünf größten Teleskopen der Welt. Im Jahre 1992 erhielt es zu Ehren seines Chefkonstrukteurs den Namen Alfred-Jensch-Teleskop. Es vereinigt die Funktionen verschiedener Teleskoptypen.

Durch entsprechende Umbauten kann es in ein Schmidt-System, ein Nasmyth-System oder ein Coude-System umgerüstet und dadurch für unterschiedliche Beobachtungsaufgaben optimiert werden. Das Schmidt-Teleskop wurde nach dem Astro-Optiker Bernhard Schmidt benannt. Er hat diesen Teleskoptyp erfunden und 1930 erstmals gefertigt.

Es zeichnet sich durch ein extrem großes Gesichtsfeld aus und eignet sich daher ganz besonders für Aufnahmen großer Himmelsfelder. Das Schmidt-Teleskop erfordert einen sphärischen Hauptspiegel und eine spezielle Korrektionslinse im Abstand der doppelten Brennweite am vorderen Rohrende. Die Lichtstärke des Schmidt-Teleskops wird durch den Durchmesser der Korrektionslinse bestimmt.

Die Tautenburger Korrektions- oder Schmidtlinse ist mit einem Durchmesser von 134~cm nach wie vor die größte der Welt. Der Primärfokus mit 4~m Brennweite befindet sich im Inneren des Fernrohrs. Dort werden großflächige Lichtempfänger (früher photografische Platten, heute elektronische CCD-Detektoren) eingesetzt.

Die Leistungsfähigkeit eines Teleskops und seine Einsatzöglichkeit für die verschiedenen astronomischen Fragestellungen hängt vom Umfang und der Qualität der Zusatzinstrumente ab.

Entsprechend den Möglichkeiten des Tautenburger Universal-Teleskops sind seine Zusatzinstrumente besonders vielseitig. Die wichtigsten Geräte und ihre Anwendungen sind im Folgenden beschrieben.

Fotografische Einrichtung im Schmidt-Fokus

Von 1960 bis 1995 wurden mit dem Tautenburger Teleskop etwa 10.000 fotografische Aufnahmen im Schmidt-Fokus angefertigt. Mit den 24 cm x 24 cm großen Fotoplatten konnte dabei ein Feld von 3,3 x 3,3 am Himmel abgelichtet werden. Die Fotoplatten wurden dabei stets mit Farbfiltern kombiniert, so dass nicht nur die Position von Sternen und Galaxien gemessen werden konnte, sondern auch deren Helligkeit in verschiedenen Farben. Um die Aufnahmen auch mit Computern auswerten zu können, werden die Platten mit einem institutseigenen Plattenscanner digitalisiert.

CCD-Empfänger im Schmidt-Fokus

CCD-Kameras haben gegenüber Fotoplatten eine Reihe von Vorteilen. Sie sind nicht nur hundertfach empfindlicher, auch können Helligkeitsmessungen mit größerer Genauigkeit durchgeführt werden; nicht zuletzt liegt das Bild sofort in digitaler Form vor. Die in Tautenburg verwendeten Kameras unterscheiden sich grundlegend von handelsüblichen Digitalkameras. Da in der Astronomie sehr lange Belichtungszeiten üblich sind, werden die CCD-Empfänger auf etwa -100°C gekühlt. Das Auslesen der Chips erfolgt mit einer speziellen Elektronik. Für den Schmidt-Fokus stehen CCD-Kameras mit bis zu 4096 x 4096 Pixeln zur Verfügung. Das Gesichtsfeld beträgt fast ein Quadratgrad am Himmel. Zum Vergleich: Der Vollmond hat nur eine Fläche von 0,2 Quadratgrad.

Nasmyth-Spektrograf

Zerlegt man das Licht der Sterne in seine Farbbestandteile, so offenbaren die Sterne bei bestimmten Wellenlängen eine Absorption, bei anderen Wellenlängen eine Emission; das sind so genannten Spektrallinien. Durch deren Analyse können die Astronomen messen, wie schnell sich der Stern auf uns zu oder von uns weg bewegt. Aus dem Spektrum lässt sich ebenso die chemische Zusammensetzung und die Oberflächentemperatur der Sterne bestimmen.

Das Tautenburger Teleskop ist mit zwei Spektrografen ausgerüstet. Für lichtschwache Sterne und Galaxien wird der Nasmyth-Spektrograf verwendet. Dieser ist an einem der beiden Gabelholme im Nasmyth-Fokus montiert. Die Zerlegung des Lichtes erfolgt mit Hilfe von sogenannten Grisms, einer Kombination von Prisma und Beugungsgitter. Der Nasmyth-Spektrograf hat fünf verschiedene Grisms, die je nach wissenschaftlicher Zielsetzung eingesetzt werden.

Echelle-Spektrograf

Im Keller des Kuppelgebäudes befindet sich der Echelle-Spektrograf. Seine Auflösung ist 30 bis 100-fach höher als die des Nasmyth-Spektrografen. Er dient der detaillierten Untersuchung relativ heller Sterne. Die Zerlegung des Lichtes erfolgt mit Hilfe eines Beugungsgitters, einem sogenannten Echelle-Gitter. Mit Hilfe einer besonderen Kalibrationseinrichtung, der Jodzelle, kann eine Verschiebung der Spektrallinien auf dem Detektor mit einer Genauigkeit von 0,00005~mm gemessen werden.

Die Suche nach Planeten außerhalb unseres Sonnensystems (extrasolare Planeten) ist seit dem Jahr 2000 ein Forschungsschwerpunkt an der Thüringer Landessternwarte. Das Astronomie-Institut in Tautenburg ist heute eines der führenden Forschungseinrichtungen auf diesem Gebiet in Deutschland.

In den vergangenen Jahren habe die Werkstätten an der Thüringer Landessternwarte optische Instrumente für verschiedene Teleskope, darunter auch für das eigene 2-Meter-Spiegelteleskop, entwickelt, um solche Exoplaneten nachweisen zu können.

2024 wird ein neuer, hochauflösender Spektrograf in Betrieb gehen. Das Besondere an diesem Instrument namens PLATOSpec: Mit ihm können die Forschenden Sterne in den Blick nehmen, die nur von der Südhalbkugel der Erde aus beobachtet werden können.

So funktioniert PLATOSpec

Das Instrument PLATOSpec wird an ein 1,52-Meter-Teleskop der Europäischen Südsternwarte (ESO) in La Silla, Chile, montiert. Das Licht der Sterne, das das Teleskop einfängt, wird mit Hilfe des PLATO-Spektrografen in ein Spektrum zerlegt.

Wozu ein neuer Spektrograf?

Der neue Spektrograph PLATOSpec wird benötigt, um die Beobachtungen von Weltraum-Teleskopen, zum Beispiel des Satelliten-Teleskops „PLATO“ der europäischen Raumfahrtagentur European Space Agency (ESA), mit Beobachtungen von der Erde aus zu ergänzen.

PLATO ist die Abkürzung für PLAnetary Transits and Oscillations of stars. Das Weltraum-Teleskop soll 2026 starten. Sein Ziel ist, erdähnliche Planeten in der sogenannten habitablen Zone um andere Sterne als die Sonne zu finden.

Wer ist an diesem Projekt beteiligt?

Das PLATOSpec-Instrument wird von einem Konsortium gebaut. Die drei Hauptpartner sind:
• Astronomisches Institut der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in
  Ondrejov, Tschechische Republik
• Thüringer Landessternwarte Tautenburg, Deutschland
• Pontifica Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile

2022 beteiligten sich die Universidad Adolfo Ibanez, Chile, und die Masaryk Universität, Tschechische Republik, als Sekundärpartner. Als weiterer Partner schloss sich die Universität Graz dem Projekt an.

Die Kosten werden von den Partnern gemeinsam getragen. Der große Vorteil ist, dass die beteiligten Institute das neue Instrument kosteneffektiv bauen und das Teleskop gemeinsam betreiben können. Der Anteil der Thüringer Landessternwarte an PLATOSpec wurde mit Mitteln aus der Forschungsförderung des Landes Thüringen durch die Thüringer Aufbaubank gefördert.

Was ist die Aufgabe von PLATOSpec?

Die Beobachtungen des Weltraumteleskops PLATO brauchen ergänzende Beobachtungen mit Teleskopen auf der Erde. Sterne mit Planetenkandidaten, die PLATO entdeckt hat, werden mit erdbasierten Teleskopen weiterbeobachtet, um mehr über sie zu erfahren. Diese Folgebeobachtungen (Follow-Up Observation) durchzuführen, ist eine Aufgabe von PLATOSpec.

Die Thüringer Landessternwarte betreibt eine Station des internationalen Radioteleskops Low Frequency Array (LOFAR). LOFAR ist derzeit das weltweit größte Radioteleskop, das Radiowellen im Kurzwellen- und Ultrakurzwellenbereich messen kann.

Während herkömmliche Radioteleskope mit einer Parabolantenne ausgestattet sind, besteht LOFAR aus vielen einzelnen Dipolantennen. Die Dipolantennen sind für Beobachtungen bei Frequenzen von 10 bis 250 Megahertz ausgelegt. Die Antennen empfangen die Signale von Himmelsobjekten, zum Beispiel von fernen Galaxien mit massiven schwarzen Löchern im Zentrum, und senden sie über Hochgeschwindigkeits-Datenleitungen an einen Supercomputer in der Zentrale in den Niederlanden. Dort werden die Daten aller LOFAR-Stationen verarbeitet.

Die Empfängerstationen (Antennenfelder) sind über mehrere Länder in Europa verteilt: 38 Stationen befinden sich am Hauptsitz in den Niederlanden, sechs in Deutschland (eine davon in Tautenburg) und weitere in Frankreich, Irland, Lettland, Polen, Schweden sowie im Vereinigten Königreich. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Thüringer Landessternwarte nutzen LOFAR, um die Entwicklung von Galaxien und kosmische Magnetfelder zu studieren.

Das Radioteleskop LOFAR kann Objekte und Vorgänge am Himmel beobachten, die im sichtbaren Licht verborgen bleiben. Mit ihm wollen Astronominnen und Astronomen die Entwicklung des Universums erforschen. Denn mit LOFAR können sie sehr weit in die Geschichte zurückblicken, in eine Zeit, als das Universum noch sehr jung war. LOFAR soll helfen, Antworten auf Fragen zu finden wie: „Wie haben sich die ersten Objekte im All gebildet?“, „Wie sind Galaxien entstanden und wie haben sie sich entwickelt?“ oder „Welche Struktur und Entwicklungsgeschichte haben kosmische Magnetfelder?“

Seit Januar 2024 wird LOFAR von einem European Research Infrastructure Consortium (ERIC) betrieben. Die Thüringer Landessternwarte repräsentiert die deutschen Teilnehmer in diesem europäischen Forschungsinfrastruktur-Konsortium LOFAR ERIC. In den kommenden Jahren soll die Leistungsfähigkeit des Großteleskops weiter verbessert werden.

Die LOFAR-Station der Thüringer Landessternwarte wurde mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und vom Freistaat Thüringen finanziert.

Feinmechanische Werkstatt

In der feinmechanischen Werkstatt erfolgt die Projektierung von Geräten und Baugruppen, die Modellierung mit 3D–Software (Inventor) und die mechanische Fertigung mit Hilfe von CNC-Maschinen, konventioneller Technik und eines 3D– Druckers.

Elektronik-Werkstatt

Die Elektronik-Werkstatt plant und baut Steuerungen, Stromversorgungsmodule und elektronische Messsysteme auf. Zur Planung werden E-CAD-Systeme wie E-Plan und Target genutzt, die Prototypenfertigung von Leiterplatten und Kleinteilen erfolgt mittels Fräsbohrplotter. Für Lötarbeiten stehen neben konventioneller Löttechnik auch ein Lötmikroskop, SMD-Technik, Heißluft und ein Reflowofen zur Verfügung.

IT-Abteilung

Unsere IT-Abteilung ist sowohl auf die Entwicklung von Applikationen für astronomische Beobachtungen als auch die Programmierung gerätespezifischer Software für den Betrieb der Geräte sowie deren Integration in die Beobachtungstechnik spezialisiert.

Haustechnik

Größere mechanische Aufbauten, bautechnische Aufgaben und Schweißarbeiten (Lichtbogenhandschweißen, Schutzgasschweißen) erledigt der Bereich Haustechnik, hier stehen auch konventionelle Maschinen zur Herstellung mechanischer Bauteile mit großen Abmessungen zur Verfügung.