Astrophysikalisches Institut Potsdam

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Das Astrophysikalische Institut Potsdam (AIP) ist eine Stiftung privaten Rechts und eine Forschungseinrichtung der Leibniz-Gemeinschaft. Es hat seinen Sitz in Potsdam-Babelsberg, ebenfalls dazu gehört das nahegelegene Sonnenobservatorium Einsteinturm. Das Institut wurde 1992 als Nachfolger des Zentralinstituts für Astrophysik gegründet, die Geschichte dieser Brandenburger Forschungseinrichtung geht aber bis zu den ersten Berliner Sternwarten im 18. Jahrhundert zurück. Ihr gehörten einige der bedeutendsten Astrophysiker an.

Die Forschungsgebiete umfassen die Hauptfelder der Astrophysik, von der Sonnen- und Sternphysik über die Stern- und Galaxieentstehung bis hin zur Kosmologie. Eine wichtige Rolle spielt dabei als verbindende Elemente die stellaren und kosmischen Magnetfelder (Magnetohydrodynamik) und die Gravitation. Weiterhin ist das Institut an Entwicklung und Bau von Großteleskopen auf Teneriffa und dem Large Binocular Telescope in Arizona beteiligt und forscht auf dem Gebiet der E-Science.

Einsteinturm in Potsdam

[Bearbeiten] Geschichte

[Bearbeiten] Anfänge

Erste Berliner Sternwarte in der Berliner Dorotheenstraße (1711)

Kurfürst Friedrich III. gründet am 11. Juli 1700 die Brandenburgische Societät. Zuvor war einer noch zu gründenden Sternwarte das Kalendermonopol erteilt und Gottfried Kirch am 18. Mai 1700 zu deren Direktor berufen worden. Die Sternwarte sollte mit den Gebühren für den von ihr berechneten und vertriebenen Grundkalender die Akademie finanzieren helfen, und sie tat dies tatsächlich bis zu Beginn des 19. Jahrhunderts. Der Grundkalender wurde noch bis 1991 an der inzwischen nach Babelsberg übersiedelten Sternwarte berechnet. Im Jahre 1711 wurde in der Berliner Dorotheenstraße ein erstes Sternwartengebäude errichtet, dem 1835 ein Neubau in der Lindenstraße folgte. Die Entdeckung des Planeten Neptun im Jahre 1846 durch Johann Gottfried Galle machte die Berliner Sternwarte weltweit bekannt.

Ebenso bedeutend waren die Entdeckung der Kanalstrahlen und der Nachweis der Polhöhenschwankung der Erde durch Karl Friedrich Küstner 1888. Die beiden letztgenannten wissenschaftlichen Großtaten fallen in die Zeit des Direktorats von Wilhelm Julius Foerster, der zugleich einen entscheidenden Anteil an der Errichtung der Observatorien in Potsdam hatte: an der Gründung des Astrophysikalischen Observatoriums auf dem Telegrafenberg im Jahre 1874 und an der Übersiedlung der Berliner Sternwarte nach Babelsberg, die 1913 vollendet wurde.

[Bearbeiten] Die Gründung des Astrophysikalischen Observatoriums Potsdam

Hauptgebäude des AOP (1930)

Foerster erkannte die von Gustav Kirchhoff und Robert Wilhelm Bunsen entwickelte Spektralanalyse als einer der ersten und regte 1871 in einer an den Kronprinzen gerichteten Denkschrift, in der er auf die Bedeutung und den praktischen Nutzen der Sonnenforschung einging, zunächst den Bau eines Sonnenobservatoriums an. Als Standort wurde der Telegrafenberg gewählt. Am 1. Juli 1874 wurde das Astrophysikalische Observatorium Potsdam (AOP) gegründet. Es wurden zunächst Sonnenbeobachtungen von einem Turm durchgeführt. Im Herbst 1876 begann der Bau des Hauptgebäudes, und im Herbst 1879 wurde dieses vollendet und seine Erstausstattung mit Instrumenten abgeschlossen. Die Leitung des AOP wurde einem Direktorium übertragen, das aus Wilhelm Julius Foerster, Gustav Kirchhoff und Arthur Auwers bestand. Im Jahre 1882 wurde Hermann Carl Vogel zum alleinigen Direktor des Observatoriums ernannt, das sich unter seiner Leitung stärker der Sternphysik zuwandte. Vogel gelang es als erstem, Radialgeschwindigkeiten von Sternen fotografisch zu messen, und er entdeckte so die spektroskopischen Doppelsterne.

Im Jahre 1899 wurde auf dem Telegrafenberg der größte bis dahin gebaute Refraktor mit einem 80 und 50-cm-Doppelobjektiv von Steinheil auf einer Repsold-Montierung in einem Kuppelbau von 24 m Durchmesser fertiggestellt und mit einem Festakt in Gegenwart des Kaisers eingeweiht. Ein Jahrzehnt später wurde mit Karl Schwarzschild einer der bedeutendsten Astrophysiker dieses Jahrhunderts zum Direktor berufen. Schon in kurzer Zeit hat er grundlegende Beiträge zur Astrophysik und zu der gerade entstehenden Allgemeinen Relativitätstheorie geleistet.

Das AOP ist mit der Entwicklung der Relativitätstheorie in vieler Hinsicht verbunden. So führte Albert A. Michelson 1881 im Keller des Hauptgebäudes zum ersten Male jenen berühmten Interferometerversuch zum Nachweis der Bewegung der Erde gegenüber dem Lichtäther durch, dessen "Misserfolg" eine der Grundlagen für die 1905 von Einstein aufgestellte Spezielle Relativitätstheorie darstellt.

[Bearbeiten] Die Übersiedlung der Berliner Sternwarte nach Babelsberg

Alte Neue Berliner Sternwarte in der Lindenstraße

Das schnelle Wachstum Berlins Ende des 19. Jahrhunderts hatte dazu geführt, dass die ursprünglich außerhalb der Stadt errichtete Berliner Sternwarte völlig umbaut und eine den Ansprüchen der Forschung genügende Beobachtungstätigkeit damit nahezu unmöglich geworden war. Schon Mitte der neunziger Jahre war daher unter anderem von Wilhelm Julius Foerster der Neubau einer Sternwarte außerhalb Berlins vorgeschlagen worden. Mit der Berufung Hermann von Struves als Nachfolger Foersters zum Direktor im Jahre 1904 nahm dieses Projekt konkrete Formen an.

Nach Probebeobachtungen durch Paul Guthnick im Sommer 1906 fiel schließlich die Entscheidung zugunsten des Standorts auf dem Babelsberg. Das Gelände, das ursprünglich zum Park Babelsberg gehörte, wurde kostenlos zur Verfügung gestellt. Die Kosten für den Bau der Gebäude (1.1 Mill. Goldmark) und für die instrumentelle Ausrüstung (450 000 Goldmark) konnten durch den Verkauf des Grundstücks der alten Schinkelschen Sternwarte in Berlin, die später abgerissen wurde, gedeckt werden. Unter der Leitung von Baurat Eggert wurde im Juni 1911 mit dem Bau begonnen und bereits Anfang August 1913 konnte die Übersiedlung abgeschlossen werden.

Das neue Hauptgebäude in Potsdam Babelsberg

Die ersten neuen Instrumente kamen im Frühjahr 1914 hinzu. 1915 wurde die Aufstellung des 65-cm-Refraktors vollendet, welches das erste astronomische Großinstrument der Firma Carl Zeiss Jena war. Die Fertigstellung des 120-cm- Spiegelteleskops zog sich infolge des Weltkriegs noch bis 1924 hin. Struve starb 1920 und konnte die Vollendung seines Lebenswerks nicht mehr erleben. Sein Nachfolger wurde Paul Guthnick, der 1913 mit der lichtelektrischen Fotometrie die erste objektive Methode zur Helligkeitsbestimmung von Sternen in die Astronomie eingeführt hatte. Mit der Fertigstellung des 120-cm-Spiegelteleskops- seinerzeit das zweitgrößte Fernrohr der Welt - war die Babelsberger Sternwarte das bestausgerüstete Observatorium Europas.

Die Weiterentwicklung der lichtelektrischen Fotometrie, insbesondere im Zusammenhang mit der Untersuchung des Lichtwechsels schwach veränderlicher Sterne, sowie spektroskopische Arbeiten am 120-cm-Spiegel machten die Babelsberger Sternwarte weltweit bekannt.

Anfang 1931 war die von Cuno Hoffmeister in Sonneberg gegründete Sternwarte als Außenstelle an die Sternwarte Babelsberg angegliedert worden. Die bis heute durchgeführte fotografische Himmelsüberwachung im Rahmen des Sonneberger Felderplans ließ in über 60 Jahren die zweitgrößte astronomische Plattensammlung der Welt entstehen. Dieses Archiv und die damit in Zusammenhang stehende Erforschung veränderlicher Sterne machten Sonneberg zu einem Begriff in der Astronomie.

Die Machtergreifung durch den Faschismus, insbesondere die Vertreibung jüdischer Mitarbeiter, führten zu einem Niedergang der Astronomie in Potsdam und Babelsberg. Der Ausbruch des 2. Weltkriegs setzte dann der astronomischen Forschung faktisch ein Ende.

[Bearbeiten] Die Entwicklung nach dem Zweiten Weltkrieg

Einsteinturm auf dem Telegraphenberg heute. Erich Mendelsohn verdanken wir ein Bauwerk und Instrumentarium, in dem in genialer Weise eine Verschmelzung von absoluter Zweckmäßigkeit und leidenschaftlich gestalteter Form gelungen ist.

Der Wiederbeginn nach dem Kriege war sehr schwierig. Der Einsteinturm hatte beim Luftangriff am 14. April 1945 schwere Schäden erlitten, und in Babelsberg waren wertvolle Beobachtungsinstrumente, demontiert worden und als Reparationsleistung in die Sowjetunion gegangen. Anfang 1947 übernahm die Deutsche Akademie der Wissenschaften zu Berlin das Astrophysikalische Observatorium Potsdam und die Sternwarten Babelsberg und Sonneberg. Im Juni 1954 nahm das Observatorium für Solare Radioastronomie in Tremsdorf (17 km südöstlich von Potsdam) als Außenstelle des AOP seine Tätigkeit auf. Nachdem Heinrich Hertz 1888 die Radiowellen entdeckt hatte, versuchten 1896 Johannes Wilsing und Julius Scheiner am AOP Radiostrahlung der Sonne nachzuweisen, was damals jedoch scheiterte. Erst nach dem zweiten Weltkrieg begann Herbert Daene auf dem Gelände der Babelsberger Sternwarte mit Radiobeobachtungen der Sonne, die schließlich in Tremsdorf weitergeführt wurden. Im Oktober 1960 wurde das von Carl Zeiss Jena erbaute 2-m-Universal-Spiegelteleskop im Tautenburger Forst bei Jena eingeweiht und damit das Karl-Schwarzschild-Observatorium (heute Thüringer Landessternwarte Tautenburg) gegründet. Dieses Teleskop ist in seiner Schmidt-Variante noch immer die größte astronomische Weitwinkelkamera der Welt und war das wichtigste Beobachtungsinstrument der Astronomen in der DDR. Im Jahre 1969 entstand im Rahmen der Akademie der Wissenschaften der DDR das Zentralinstitut für Astrophysik. Ein Teil der wissenschaftlichen Aktivitäten betraf kosmische Magnetfelder und Dynamos, verschiedene Turbulenzphänomene, magnetische und eruptive Erscheinungen auf der Sonne, explosive Energieumsetzungen in Plasmen, veränderliche Sterne und Sternaktivität. Ein anderer Teil richtete sich auf die Frühphase der kosmischen Entwicklung und die Strukturbildung im Universum, auf großräumige Strukturen bis hin zu Superhaufen und auf aktive Galaxien; in diesem Zusammenhang wurden insbesondere Methoden der digitalen Bildverarbeitung entwickelt. Darüber hinaus wurden Untersuchungen zur Astrometrie mit dem Schmidt-Teleskop ausgeführt. Die Arbeit im Zentralinstitut für Astrophysik litt in starkem Maße unter der Abgrenzung der DDR gegenüber der westlichen Welt. Kontakte zu den dortigen Kollegen waren außerordentlich schwierig. Als im Herbst 1989 die Mauer fiel, eröffneten sich völlig neue Perspektiven. Auf Grund der Festlegungen des Einigungsvertrags über die Akademie der Wissenschaften der DDR wurde das Zentralinstitut für Astrophysik am 31. Dezember 1991 aufgelöst. Dank der Empfehlungen des Wissenschaftsrates wurde unmittelbar danach, am 1. Januar 1992 auf der Basis der Potsdamer Institutsteile das Astrophysikalische Institut Potsdam gegründet und in die gemeinsame Bund-Länder-Förderung (Leibniz-Gemeinschaft) aufgenommen.

[Bearbeiten] Hauptforschungsbereiche

Simulation einer Kollision von zwei Galaxien

• Magnetohydrodynamik (MHD): Magnetfelder und Turbulenzen in Sternen, Akkretionsscheiben und Galaxien. Computersimulationen von Dynamos, Magnetinstabilitäten und Magnetokonvektion.

• Sonnenphysik: Beobachtung von Sonnenflecken und dem solaren Magnetfeld mit Spektro-Polarimetrie; Helioseismologie und hydrodynamische Rechenmodelle. Studium von koronalen Plasma Prozessen mittels Radioastronomie, Betrieb des Radio-Observatoriums Tremsdorf.

• Physik der Sterne: Simulationsrechnungen von Konvektion in Sternatmosphären, Bestimmung stellarer Oberflächenparameter und chemischer Häufigkeiten, Winde und Staubhüllen roter Riesen

• Aktive Sterne: Doppler Tomographie von Sternoberflächenstrukturen, Entwicklung robotischer Teleskope, sowie Simulationen von magnetischen Flussröhren

• Stern- und Planeten-Entstehung: Braune Zwerge und massearme Sterne, zirkumstellare Scheiben, Entstehung von Doppel- und Mehrfachsternsystemen

• Instrumentierung: Entwicklung von optischen Instrumenten, Erhaltung und Inbetriebsetzung der eigenen Teleskope

• Galaxien: Muttergalaxien und Umgebung von Quasaren, Entwicklung von Quasaren und aktiver gallaktischer Kerne, Aufbau und Entstehungsgeschichte der Milchstraße, numerische Computersimulationen von Galaxien-Entstehungen

• Kosmologie: Physik des früheren Universums, Dunkle Energie und Dunkle Materie, Simulationsrechungen der Formation großräumiger Strukturen

[Bearbeiten] Technische Projekte

[Bearbeiten] Virtuelles Observatorium

Das German Astrophysical Virtual Observatory (GAVO) ist ein E-Science-Projekt, das eine virtuelle Beobachtungsplattform erschafft, um die moderne astrophysikalische Forschung in Deutschland zu unterstützen. Es ist der deutsche Beitrag zu den internationalen Aktivitäten, ein allgemeines Virtual Observatory zu errichten. GAVO ermöglicht den standardisierten Zugriff auf deutsche und internationale Datenarchive.

[Bearbeiten] GREGOR

GREGOR ist ein 1.5 m großes Teleskop für Sonnenforschung auf Teneriffa. Es ist eine neue Bauart eines Sonnenteleskops, welches das vorhergehende 45 cm Gregory-Coude-Teleskop ersetzt. GREGOR ist mit adaptiver Optik ausgestattet und wird eine Auflösung von 70 km auf der Sonnenoberfläche erreichen. Die Erforschung dieser kleinen Strukturen ist wichtig um die grundlegenden Prozesse der Wechselwirkung von Magnetfeldern mit den Plasma-Turbulenzen auf die Sonne zu verstehen. Die Entwicklung des Gregor-Teleksops wird geleitet vom Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik unter Beteiligung mehrerer Institute.

[Bearbeiten] Die AGWs des Large Binocular Telescope

Das AIP ist Partner im LBT-Konsortiums (LBTC) und beteiligt sich finanziell und mit Sachleistungen am Bau des Large Binocular Telescope. Dies inkludiert sowohl die Entwicklung und den Bau der Optik sowie der mechanischen und elektronischen Komponenten als auch die Entwicklung der Software für die Erfassungs-, Nachführungs- und Wellenfront-Messeinheiten (AGWs). Die AGW-Einheiten sind ein wesentlicher Bestandteil des Teleskops und für die adaptive Optik unerlässlich. Funktionell bestehen sie sowohl aus einem Off-axis- und einem On-axis-Teil.

[Bearbeiten] The Multi Unit Spectroscopic Explorer

Das The Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) ist ein Instrument der zweiten Generation für das VLT der ESO. MUSE ist für die Beobachtung der Vorgänger normaler Galaxien bis zu sehr hohen Rotverschiebungen optimiert. Es wird außerdem detaillierte Studien von benachbarten normalen, wechselwirkenden, und Starburstgalaxien liefern.

STELLA Robotic Observatory auf Teneriffa

[Bearbeiten] Potsdam-Echelle-Polarimetric & Spectroscopic Instrument (PEPSI)

PEPSI ist hochauflösender Spektrograf für das LBT. Er wird die gleichzeitige Beobachtung von zirkular und linear polarisiertem Licht mit hoher spektraler und zeitlicher Auflösung ermöglichen. Der Spektrograf befindet sich in einem temperatur- und druckstabilisiertem Raum im inneren der Teleskopsäule. Das Licht wird mittels Lichtleitfasern vom Teleskop zum Spektrografen geleitet.

[Bearbeiten] STELLA

STELLA ist ein robotisches Observatorium, das aus zwei 1,2 m Teleskopen besteht. Es ist ein Langzeitprojekt um Indikatoren von Sternaktivität auf sonnenähnlichen Sternen zu beobachten. Der Betrieb erfolgt automatisch, die Teleskope entscheiden selbsttätig über die richtige Beobachtungsstrategie.

[Bearbeiten] Anteile an großen internationalen Forschungsvorhaben

[Bearbeiten] Large Binocular Telescope

Large Binocular Telescope in Arizona

Das Large Binocular Telescope (LBT) ist ein neues Teleskop auf dem Mt. Grahams in Arizona. Das LBT besteht aus 2 gewaltigen 8,4 m Teleskopen auf einer gemeinsamen Montierung. Mit seinen 110 Quadratmetern Spiegelfläche ist das LBT das größte Teleskop der Welt auf einer einzelnen Montierung, nur übertroffen durch die kombinierten VLTs und Kecks.

[Bearbeiten] RAVE

Das Radial Velocity Experiment misst bis 2010 die Radialgeschwindigkeiten und Elementhäufigkeiten von einer Millionen Sterne, vorwiegend auf der südlichen Himmelshalbkugel. Dazu wird der 6dF Mulit-Objekt-Spektrograph am 1,2m UK-Schmidt Teleskop am Anglo-Australian Observatory verwendet.

[Bearbeiten] Sloan Digital Sky Survey

Der Sloan Digital Sky Survey (SDSS) wird im Detail ein Viertel des gesamten Himmels erforschen und die Position und absolute Helligkeit von mehr als 100 Millionen Himmelsobjekten bestimmen. Außerdem wird es die Distanzen von mehr als 1 Million Galaxien und Quasaren abschätzen. Mit Hilfe dieser Studie werden Astronomen fähig sein, die Verteilung großskaliger Strukturen im Universum zu bestimmen. Dies kann Hinweise auf die Entstehungsgeschichte des Universums liefern.

[Bearbeiten] Teleskope und Teleskopbeteiligungen des AIP

• Einsteinturm
• Großer Refraktor
• GREGOR
• Meridiankreis
• Observatorium Tremsdorf
• RoboTel
• STELLA
• VTT
• Zeiss 70 cm Spiegelteleskop
• Zeiss 50 cm Spiegelteleskop
• Zeiss Refraktor

[Bearbeiten] Weblinks

• http://www.aip.de/ - Astrophysikalisches institut Potsdam
• http://www.g-vo.org/ - Deutsches Virtuelles Observatorium
• http://gregor.kis.uni-freiburg.de/ - GREGOR
• http://lbto.org/ - Large Binocular Telescope

[Bearbeiten] Literatur

• Wolfgang R. Dick, Klaus Fritze (Hrsg.): 300 Jahre Astronomie in Berlin und Potsdam: eine Sammlung von Aufsätzen aus Anlaß des Gründungsjubiläums der Berliner Sternwarte. Verlag Harri Deutsch, Thun, Frankfurt am Main 2000, ISBN 3-8171-1622-5