Zukünftige Weltraumteleskope könnten aus dünnen Membranen hergestellt werden, die im Weltraum zu enormer Größe eingesetzt werden

Weltraumteleskope sind bemerkenswert. Ihre Sicht wird nicht durch die Wetterbedingungen unserer Atmosphäre beeinträchtigt und so können sie unglaublich detaillierte Bilder des Himmels aufnehmen. Leider ist ihre Spiegelgröße recht begrenzt.

So erstaunlich das James Webb-Weltraumteleskop auch ist, sein Hauptspiegel hat nur einen Durchmesser von 6,5 Metern. Schon damals musste der Spiegel über biegbare Komponenten verfügen, um in die Startrakete zu passen. Im Gegensatz dazu wird das Extremely Large Telescope, das derzeit im Norden Chiles gebaut wird, einen Spiegel mit einem Durchmesser von mehr als 39 Metern haben.

Wenn wir nur einen so großen Spiegel ins All schicken könnten. Eine neue Studie veröffentlicht in Weltraumteleskope und Instrumente 2024: optische, Infrarot- und Millimeterwellen Schauen Sie sich an, wie dies geschehen könnte.

Wie die Studie zeigt, ist bei Teleskopspiegeln eigentlich nur eine reflektierende Oberfläche erforderlich. Es ist weder erforderlich, es auf ein dickes Stück Glas aufzutragen, noch ist eine große, starre Stützstruktur erforderlich. All dies ist lediglich notwendig, um die Form des Spiegels gegen sein Eigengewicht beizubehalten.

Beim Sternenlicht kommt es nur auf die glänzende Oberfläche an. Warum also nicht einfach eine dünne Folie aus reflektierendem Material verwenden? Sie können es einfach aufrollen und in Ihren Launcher legen. Wir könnten zum Beispiel problemlos eine 40 Meter lange Rolle Aluminiumfolie ins All schicken.

Natürlich liegen die Dinge nicht so einfach. Sie müssen Ihr Membranteleskop noch ausrollen, um es wieder in die richtige Form zu bringen. Sie benötigen außerdem einen Detektor, um das Bild zu fokussieren, und Sie benötigen eine Möglichkeit, diesen Detektor in der richtigen Ausrichtung zum großformatigen Spiegel zu halten.

Im Prinzip könnten Sie dies mit einer dünnen Stützstruktur erreichen, die Ihr Teleskop nicht übermäßig aufträgt. Aber selbst wenn wir davon ausgehen, dass alle diese technischen Probleme gelöst werden können, wird es immer noch ein Problem geben. Selbst im Vakuum des Weltraums würde sich die Form eines so dünnen Spiegels mit der Zeit verformen. Die Behebung dieses Problems ist das Hauptziel dieses neuen Artikels.

Nach dem Start in den Weltraum und der Entfaltung würde sich der Membranspiegel nicht wesentlich verformen. Um jedoch scharfe Bilder aufzunehmen, müsste der Spiegel auf die Ordnung des sichtbaren Lichts fokussiert bleiben.

Als Hubble gestartet wurde, war seine Spiegelform kleiner als die Dicke eines menschlichen Haares und es waren Korrekturlinsen und eine ganze Shuttle-Mission erforderlich, um das Problem zu beheben. Jede Änderung in diesem Ausmaß würde unser Membranteleskop unbrauchbar machen. Deshalb greifen die Autoren auf einen von Astronomen häufig angewandten Trick zurück, der als adaptive Optik bekannt ist.

Adaptive Optik wird bei großen bodengestützten Teleskopen eingesetzt, um atmosphärische Verzerrungen zu korrigieren. Aktuatoren hinter dem Spiegel verzerren die Form des Spiegels in Echtzeit, um dem Flackern der Atmosphäre entgegenzuwirken. Dies führt im Wesentlichen dazu, dass die Form des Spiegels unvollkommen ist, um unserer unvollkommenen Sicht auf den Himmel Rechnung zu tragen.

Ein ähnlicher Trick könnte für ein Membranteleskop verwendet werden, aber wenn wir ein komplexes Aktuatorsystem für den Spiegel auf den Markt bringen müssten, könnten wir genauso gut auf starre Teleskope zurückgreifen. Was wäre, wenn wir nur Laserprojektion verwenden würden?

Indem wir eine Laserprojektion auf den Spiegel projizieren, könnten wir seine Form durch Strahlungsrückstoß verändern. Da es sich lediglich um eine dünne Membran handelt, wäre die Form groß genug, um optische Korrekturen vorzunehmen, und sie könnte in Echtzeit geändert werden, um den Fokus des Spiegels beizubehalten. Die Autoren nennen diese Technik „strahlungsadaptive Optik“ und haben durch eine Reihe von Laborexperimenten gezeigt, dass sie funktionieren könnte.

Dies im Weltraum durchzuführen ist viel komplizierter als im Labor, aber die Arbeit zeigt, dass der Ansatz eine Erkundung wert ist. Vielleicht könnten wir in den kommenden Jahrzehnten eine ganze Reihe solcher Teleskope bauen, die es uns ermöglichen, Details am fernen Himmel zu beobachten, die wir uns heute nur vorstellen können.