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Der weltgrößte Kameraverschluss reist nach Hawaii

Der an der Uni Bonn konstruierte \"Bonn Shutter\" soll dort bei der Jagd nach Asteroiden helfen

Astronomen und technische Mitarbeiter am Argelander-Institut für Astronomie der Universität Bonn und am institutseigenen Observatorium "Hoher List" haben einen ungewöhnlich großen Präzisionsverschluss für eine astronomische Riesenkamera entwickelt. Astronomen auf Hawaii werden diesen Verschluss, dessen Öffnung knapp einen halben Meter im Quadrat misst, in ihrer Pan-STARRS Kamera einsetzen - das ist mit einer Auflösung von 1.400.000.000 Pixeln (1.400 Megapixel!) die größte Digitalkamera, die jemals gebaut wurde. Ein Team von  Astronomen will mit ihr auf die Jagd nach Asteroiden gehen, die der Erde bedrohlich nahe kommen könnten. Um sie zu finden und ihre Bewegung zu verfolgen, müssen möglichst große Himmelsareale wiederholt und in rascher Folge aufgenommen werden. Deshalb wurde die Kamera so groß gewählt wie technisch machbar.

Zu dem riesigen Detektorfeld wünschte sich das Team am Institute for Astronomy der University of Hawaii  einen "Bonn Shutter" ("shutter" ist die englische Übersetzung für "Kameraverschluss") aus dem Argelander-Institut, und das aus gutem Grund: Die Instrumentierungsgruppe dort ist auf den Bau von astronomischen Kameras und Kamerazubehör spezialisiert. Sie hat sich in den vergangenen Jahren international gerade durch die Konstruktion großer, hochpräziser  Kameraverschlüsse einen Namen gemacht. Verschlüsse unterschiedlichster Größe wurden bereits entwickelt, für Kameras an Teleskopen  von zwei bis zehn Metern Durchmesser - in Andalusien, La Palma, Arizona und an der Europäischen Südsternwarte in Chile. Schon der kleinste dieser Verschlüsse ist mit einer Öffnung von 11cm x 11cm immerhin 15mal größer als der einer Kleinbildkamera. Das neue Exemplar ist das größte, das vom Team um Dr. Klaus Reif bislang gebaut wurde. In den ersten Februartagen hat es seine Reise nach Hawaii angetreten. Dort ist es bereits erfolgreich getestet worden.

Jeder Fotograf und Fotoamateur hat übrigens einen ähnlichen Verschluss vor Augen, wenn er einen Film in seiner Spiegelreflex-Kamera wechselt: Eine kleine viereckige Öffnung unmittelbar vor der Filmebene, die mit einer Metall-, Kunststoff- oder Textillamelle verschlossen ist. Bei einer Belichtung wird diese Lamelle von einer Feder blitzschnell von der Öffnung gezogen, um die Filmebene freizugeben, und anschließend eine zweite Lamelle wieder in die Öffnung gezogen, um sie zu verschließen. Bei sehr kurzen Belichtungen folgt die zweite Lamelle, noch bevor die erste ganz verschwunden ist: Es entsteht ein sich bewegener Schlitz. Daher der Name "Schlitzverschluss". 

Dieses Schlitzverschlussprinzip ist auch die Grundlage der "Bonn Shutter". Damit erschöpfen sich aber auch schon die Ähnlichkeiten mit einer konventionellen Kamera. Das liegt nicht alleine an der schieren Größe, sondern vor allem an den hohen technischen Anforderungen. Bei der Asteroidensuche werden im Verlaufe von Jahren von einigen Hunderttausend bis zu mehreren Millionen Aufnahmen gemacht. Und das soll der Verschluss nicht nur irgendwie überleben, sondern er muss seine Qualität unverändert behalten.

Denn eine astronomische Kamera liefert nicht einfach nur Bilder. Sie ist vor allem ein Präzisionsmessinstrument zur Bestimmung von Helligkeiten. Jedes einzelne Pixel misst die dort auftreffende Anzahl von Lichtteilchen, den Photonen. Damit das exakt klappt, müssen die Belichtungszeiten ganz präzise eingehalten werden, und das an jeder Stelle der Detektorfläche - sozusagen für jedes einzelne Pixel. Astronomen sprechen von Belichtungshomogenität. Die Arbeitsgruppe am Argelander-Institut hat erreicht, dass die Belichtungszeiten für beliebige Pixel in der 48cm x 48cm großen Öffnung um weniger als eine tausendstel Sekunde voneinander abweichen. Dazu wurde neben der präzise gefertigten Verschlussmechanik ein mikroprozessorgesteuertes Antriebsverfahren entwickelt. Diese Kombination stellt sicher, dass die Bewegung der motorgetriebenen Verschlusslamellen mit der geforderten Genauigkeit abläuft. Und das muss auch in gut 3.000 Metern Höhe bei frostigen Temperaturen absolut zuverlässig funktionieren. Zudem werden die Lamellen in weniger als einer Sekunde über die komplette Verschlussöffnung bewegt. Dazu müssen sie besonders leicht sein. Schließlich blieb wieder nur eine Eigenentwicklung: Eine mehrlagige "Sandwich"-Struktur, wie sie im Flugzeug- und Rennwagenbau üblich ist.

Die gleichzeitige Beherrschung der drei Bereiche Präzisionsmechanik, modernste Elektronik und Software sind die besondere Stärke des Teams um Dr. Klaus Reif. Zusammen mit der langjährigen Erfahrung beim Betrieb des Observatoriums "Hoher List" mit seinen sechs Teleskopen und bei der Neuentwicklung von Teleskopinstrumentierungen sind sie die Grundlage für den Erfolg. Und die Nachfrage nach "Bonn Shutter" hält an. Zur Zeit ist bereits ein weiterer großer Kameraverschluss für ein australisches Teleskop in Arbeit. Daneben kam aus den USA die Anfrage nach dem bisher größten Exemplar mit einer Öffnung von 50cm x 50cm. Die dazugehörige Kamera hört auf den vielsagenden Namen DarkEnergyCamera. Sie wird für ein Vier-Meter-Teleskop in Chile entwickelt. Von der Auswertung der Aufnahmen dieser Kamera erhofft man sich entscheidende Fortschritte bei der Beantwortung der Frage: Was ist die "Dunkle Energie"?

Kontakt:
Dr. Klaus Reif
Argelander-Institut für Astronomie
Telefon: 0228/73-7834
E-Mail:
reif@astro.uni-bonn.de

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Fotos: Uni Bonn

Ananas schien besonders geeignet, um den Kollegen in Hawaii die Größe der Verschlussöffnung zu demonstrieren
Die Instrumentierungsgruppe (von links hinten): G. Klink (Feinmechanikermeister, Konstruktion), Ch. Brauer (Elektroniker), F.-J. Willems (Feinmechaniker); (vorne) Dr. K. Reif (Projektleitung, Software), Dipl. Phys. Ph. Müller (Elektr. Design, Cocktails), Dipl. Ing. H. Poschmann (Elektr. Design), M. Polder (Feinmechaniker), H. Saxler
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