Institut für Astro und Teilchenphysik

Als Teil der Eintrittszahlung werden Softwaremodule für die Planung und Analyse von Beobachtungsdaten entwickelt, die mit ESO Teleskopen aufgenommen werden. Da Beobachtungen auf Grossteleskopen sehr teuer und begrenzt ist, muss deren Planung möglichst effizient durchgeführt werden. Ein wesentlicher Aspekt dabei ist die Berechnung der für die wissenschaftlichen Untersuchungen benötigte Zeit am Teleskop, die sich aus mehreren Faktoren ergibt. Einer davon ist der sogenannte Himmelshintergrund, der das Licht des zu untersuchenden astronomischen Objektes beeinflusst und verfälscht, (vergleichbarden Nebengeräuschen in der Akustik). Dieser Himmelshintergund wiederum hat viele Komponenten: das Mondlicht, das Zodiakallicht, bzw. die thermische Strahlung vom Teleskop selbst. Weiters wirkt die Erdatmosphäre wie ein Filter, durch den das Licht der astronomischen Objekte verändert wird.All diese Komponenten werden zu einem Himmelshintergrundmodell vereint, das bei der Planung und Kalibrierung von Bebachtungsdaten von entscheidender Bedeutung ist.

Folgende Komponenten des Himmelshintergrundes werden modelliert:

1. Erdatmosphäre

Astronomische Daten bodengebundener Teleskope werden stark durch die Einflüsse der Erdatmosphäre verändert. Die Rückrechnung dieser Einflüsse geschieht heutzutage vor allem aus Eichungsmessungen bekannter Quellen semi-empirisch. Ziel dieses Modelles ist es, für Wellenlängen aus dem Bereich von 300nm bis 30 µm (nahes UV bis mittleres Infrarot) ein dynamisch an die Wetterbedingungen anpassbares physikalisches Modell des Strahlungstransportes durch Atmosphäre zu erstellen, um Absorptionen und Emissionen von Molekülen und Aerosolen möglichst exakt zu beschreiben. Dabei werden mehr als 30 verschiedene Moleküle berücksichtigt, die in verschiedenen Höhen in verschiedenen Konzentrationen auftreten.

Abb.1: synthetisches Transmissions- und Emissionsspektrum unter Berücksichtigung von 12 Molekülen für den gesamten Wellenlängenbereich, die von ESO-

Messinstrumenten abgedeckt werden. Jedes einzelne Instrument kann dabei nur in einem begrenzten Wellenlängenbereich für Beobachtungen eingesetzt werden.

CRIRES beispielsweise ist ein Spektrograph, der zwischen 920nm und 5200nm hochaufgelöste Spektren liefern kann.

2. Emissionslinien der Erdatmosphäre ("Airglow")

Die momentan verfügbare Strahlungstransportsoftware kann sehr viele verschiedene physikalische Prozesse mitberücksichtigen. Ein wesentlicher Teil aber, die nichtthermischen Emissionslinien der Hochatmosphäre können zur Zeit nicht damit berechnet werden, da die zugrunde liegenden physikalischen Prozesse zum Teil noch unklar sind. Weiters können die Emissionsstärken sehr stark au verschiedenen Zeitskalen, von Monaten bis Minuten, sehr stark variieren. Am Institut für Astro- und Teilchenphysik wird derzeit ein semi-empirisches Modell entwickelt, das diesen Variationen Rechnung träg.

3. Mondlicht

Durch die sich ständig ändernden Mondphasen gibts es ebenfalls ständig ändernde Beobachtungsbedingungen. Das Mondlicht macht sich dabei als Überlagerung des reflektierten Sonnenspektrums bemerkbar, die sich dazu abhängig von der Entfernung der Positionen von Mond und Zielobjekt am Himmel sehr stark varrieren kann.

4. Zodiakallicht

Das Zodiakallicht rührt hauptsächlich von Reflexionen des Sonnenlichtes am interplanetaren Staub her. Das heisst, die Helligkeit dieser Reflexionen ist daher stark abhängig von der Richtung, in die beobachtet wird, bzw. auch von der Position der Sonne zur jeweiligen Beobachtungszeit. Insbesondere bei Beobachtungen nahe der Eklipitik spielt das Zodiakallicht eine nicht zu unterschätzende Rolle beim Himmelshintergrund.

5. thermische Emission des Teleskops

Jegliche Gegenstände, somit auch Teleskope und Messinstrumente, geben aufgrund seiner Temperatur einen gewissen Energieanteil als Infrarotstrahlung ab. Diese Infrarotstrahlung macht sich in Infrarotspektren als Kontinuum bemerkbar., die aber sehr charakteristisch ist,  wodurch sie sich leicht berücksichtigen lässt. In unserem Modell wird diese Starhlung als Grauer Körper, d.h. ein Schwarzer Körper mit gewisser Emissivität modelliert.

Abb.2: Die fünf Komponenten des Himmelshintergundmodelles (von links nach rechts): die Himmelsemissionslinien, das Mondlicht, das Zodiakallicht, die Atmosphäre und die

Teleskopemission.

Abb.3: Die Summer der Komponenten (schwarze Linie) im Vergleich zu den Einzelgrössen.

Das Projekt ist Teil eines Forschungsauftrages im Rahmen des Beitritts Österreichs zur europäischen Südsternwarte ESO