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DKIST-Observatoriums leistungsstärkste Solar-Kamera jetzt online
Die Erforschung der Sonne mit Nahbereichs-Astronomie
Astronomie ist eine Wissenschaft, die oft auf sehr entfernte und fremde Himmelskörper fokussiert ist, von strahlenden Pulsaren und ominösen Schwarzen Löchern bis hin zu abstrakten Bildern der Hintergrundstrahlung, die beim Urknall emittiert wurde. Manchmal konzentriert sie sich jedoch näher auf die Heimat, indem sie die noch nicht so gut verstandenen nahegelegenen Planeten untersucht.
Quelle: ESO
Viel weniger oft denken wir darüber nach, wie wenig wir über einen sehr wichtigen Stern, unsere eigene Sonne, wissen. Wir müssen noch die Zyklen der Aktivität verstehen, die sie durchläuft, sowie das, was sie uns über andere Sterne offenbaren kann. Als der nächste Stern zur Erde bietet sie viel detailliertere und genauere Daten als jeder andere Stern, den wir beobachten können.
Dies ist die Aufgabe des Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST), einer Einrichtung am Haleakala-Observatorium auf der hawaiianischen Insel Maui, die zuvor als Advanced Technology Solar Telescope (ATST) bekannt war.
DKIST hat kürzlich ein wichtiges Upgrade seines Bildgebungssystems durchlaufen, an dem 10 Jahre gearbeitet wurde. Und es könnte ein tieferes Verständnis der Sonne freischalten, sowie möglicherweise vor der Gefahr von Sonnenstürmen für unsere fragile menschliche Elektrizitäts- und Elektroniksysteme warnen.
Eine kurze Geschichte der Sonnenbeobachtung und Durchbrüche
Seit den ersten Entdeckungen von Sonnenflecken im Jahr 1611 haben Astronomen schrittweise mehr über den Stern gelernt, um den die Erde kreist.
Zum Beispiel haben sie gelernt, dass die Anzahl der Sonnenflecken, die jetzt als Reflex der magnetischen Aktivität der Sonne bekannt sind, um ein zyklisches Muster oszilliert, aber auch, dass es für unbekannte Gründe über Jahrzehnte unterbrochen werden kann.
Quelle: NASA
Weiterer Fortschritt wurde mit der Erfindung der Spektroskopie im 19. Jahrhundert erzielt, einer Technik, die in der Lage ist, spezifische Elemente aus dem Licht der Sonne zu erkennen und ihre atomare Zusammensetzung aufzudecken.
Es war im Jahr 1859, als wir erkannten, dass die Sonne die Erde über die Beleuchtung und Wettermuster hinaus beeinflussen kann, mit dem Carrington-Ereignis. Benannt nach Richard Carrington, einem englischen Astronomen, der einen massiven Sonnensturm beobachtete; 17 Stunden später würde es zu einem Ausfall der Telegraphensysteme in der westlichen Welt führen und in einigen Fällen den Betreibern elektrische Schocks verursachen.
Dieser starke Effekt auf elektrische Systeme war auf den geomagnetischen Sturm zurückzuführen, der sich mit einer enormen koronalen Massenauswurf kombinierte, bei der geladene Teilchen von der Sonne in einer explosiven Explosion ausgestoßen werden und starke elektrische Ströme und Nordlichter erzeugen.
Quelle: Ars Technica
Die magnetische Natur der Sonne wurde 1908 von dem amerikanischen Astronomen George Ellery Hale bestätigt, der feststellte, dass Sonnenflecken magnetische Felder haben, die tausend Mal stärker sind als die der Erde.
1931 erfand der französische Astronom Bernard Lyot den Koronografen, ein Teleskop, das künstlich eine Sonnenfinsternis nachahmt, indem es das Licht von der hellen Oberfläche der Sonne blockiert, und so eine bessere Untersuchung der Sonnenatmosphäre ermöglicht.
1976 wurde die Helios-Mission zum ersten Mal näher an die Sonne herangeführt als die Umlaufbahn des Merkur, gefolgt von der Parker-Sonde, die 2018 in nur 3,8 Millionen Meilen Entfernung von der Sonne mit 430.000 Meilen pro Stunde flog. 2020 wurde die European Space Agency (ESA) Solar Orbiter in eine polare Umlaufbahn gestartet und machte das erste Bild von den Sonnenpolen.
Warum Sonnenastronomie für die Erde und den Weltraum von entscheidender Bedeutung ist
Aus rein intellektueller Sicht kann ein besseres Verständnis der Sonne unser Verständnis des Universums radikal verbessern, indem es klarer macht, wie dieser Stern im Besonderen funktioniert, und damit auch jeder andere Stern im Universum. Und das allein kann ein guter Grund sein, um diese Art von wissenschaftlichem Engagement zu fördern.
Aber dies könnte auch viele praktische Ergebnisse haben. Da die Menschheit zunehmend zu einer weltraumfahrenden Zivilisation wird, insbesondere dank von Super-Schwer-Raketen wie der SpaceX Starship, kann ein besseres Verständnis der Sonnenaktivität für zukünftige Tiefraummissionen zum Mars oder darüber hinaus von entscheidender Bedeutung sein, die gefährlich sein könnten, wenn unerwartete Sonnenstürme auftreten.
Diese Sonnenstürme könnten auch auf der Erde sehr störend sein, wenn sie stark genug sind. Nichts deutet darauf hin, dass das Carrington-Ereignis ein besonders seltenes Phänomen war. Also, da wir von vielen mehr elektrischen Systemen abhängen als in der Ära des Telegraphen, könnte ein solcher Sturm unsere moderne Zivilisation stark beeinträchtigen. Ein besseres Verständnis der Sonnenaktivität könnte uns zumindest helfen, uns vorzubereiten und die Risiken eines solchen Ereignisses besser einzuschätzen.
“Wenn starke Sonnenstürme die Erde treffen, haben sie Auswirkungen auf kritische Infrastrukturen auf der ganzen Welt und im Weltraum. Hochauflösende Beobachtungen der Sonne sind notwendig, um solche schädlichen Stürme vorherzusagen.”
Carrie Black – NSF-Programmdirektorin für das NSF National Solar Observatory.
Abgesehen von den geomagnetischen Risiken wurden Änderungen in der Sonnenaktivität mit radikalen Änderungen im Klima in Verbindung gebracht, insbesondere der “Mini-Eiszeit” des späten 18. Jahrhunderts, als die Seine in Paris gefror. Eine genaue Vorhersage des langfristigen Zyklus der Sonne könnte unsere Klimamodelle stark verbessern und uns helfen, besser zu verstehen, wie die Sonne das Klima beeinflussen kann, zum Guten oder zum Schlechten.
Schließlich führt dieser Art von Projekten oft dazu, die Grenzen der Wissenschaft und Technik zu erweitern, wie wir sie kennen. Es führt oft zur Entwicklung neuer Materialien, neuer Software und insgesamt neuer Technologien, die ihren Weg in andere Anwendungen finden könnten. Zum Beispiel war der CERN-Teilchenbeschleuniger instrumental bei der Erfindung des frühen Internets.
Was ist das Daniel K. Inouye Solar Telescope (DKIST)?
Das Daniel K. Inouye Solar Telescope ist das größte Solarteleskop der Welt mit einer Apertur von 4 Metern, das die Sonne in sichtbaren bis nahinfraroten Wellenlängen beobachtet.
Es ist Teil des National Solar Observatory (NSO), umfasst 1.000+ Wissenschaftler und 10 verschiedene Teleskope.
Diese großen Dimensionen ermöglichen es dem Teleskop, eine viel höhere Bildauflösung zu erreichen. Es hilft auch, genügend Photonen von der Sonne zu sammeln, um genaue Polarimetrie-Messungen durchzuführen (mehr über diese Technik unten).
Zu den wichtigsten Fähigkeiten des Teleskops gehört auch die Fähigkeit, gleichzeitig nahe ultraviolette und infrarote Wellenlängen zu detektieren, was die Erstellung eines 3D-Modells der Sonnenatmosphäre ermöglicht. Es nimmt auch Bilder sehr schnell auf, sodass dieses Modell die sich ändernde Dynamik der Sonnenatmosphäre aufnehmen und indirekt ihre magnetischen Felder messen kann.
Das Teleskop ist seit 2022 in Betrieb und wird allmählich mit zusätzlichen wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattet, um das von ihm gesammelte Sonnenlicht zu analysieren.
Der Standort in Hawaii wurde aufgrund der Kombination aus vielen Tagen mit klarem Himmel pro Jahr und geringen Luftverschmutzungsgraden inmitten des Pazifischen Ozeans gewählt.
Innerhalb des DKIST-Teleskops: Komponenten und Fähigkeiten
Der Standort des Teleskops ist ein ziemlich großes Komplex, mit unterstützenden Mehrfachgebäuden, die mit dem Observatorium selbst verbunden sind.
Quelle: National Solar Observatory – NSO
Das Teleskop selbst ist auf einer komplexen Maschinerie montiert, die eine ultra-präzise Steuerung seiner Bewegung und stabile Beobachtung ermöglicht. Es enthält alle Lager, Steuerungen, Antriebe und Ausrüstungen, die zur Ausrichtung, Verfolgung und Steuerung dieser Optik und Instrumente während der wissenschaftlichen Operationen verwendet werden.
Quelle: National Solar Observatory – NSO
Es trägt den 4,2 Meter (165 Zoll) großen Primärspiegel, der das Kernstück des Teleskops ist. Er ist aus fortschrittlichem Zerodur-Glas hergestellt, einem speziellen Glas-Keramik-Material, das von der Firma Schott produziert wird. Der Spiegel ist auf eine Oberflächenrauhigkeit von 2 Nanometern poliert. Er wird von einer strengen thermischen Kontrolle sowie thermischer Schutz unterstützt.
Quelle: National Solar Observatory – NSO
Die Top End Optical Assembly (TOE) ist vorhanden, um das empfangene Licht und die Instrumente vor unerwünschtem Einfluss zu schützen, wie z.B. Wärme und reflektiertes Licht.
Quelle: National Solar Observatory – NSO
Das von der Sonne empfangene Licht wird dann zurückreflektiert und an mehrere optische Instrumente weitergeleitet, insbesondere Coudé-Spektrographen.
Quelle: National Solar Observatory – NSO
Erweiterte Bildgebung mit dem Visible Tunable Filtergraph (VTF)
Dies ist das 5. Instrument, das mit dem DKIST verbunden ist, und das wichtigste. Es ermöglicht eine extrem detaillierte Analyse des von dem Teleskop aufgenommenen Sonnenlichts.
Dies sollte es den Wissenschaftlern ermöglichen, die Fließgeschwindigkeit des Sonnenplasmas und die magnetische Feldstärke an der sichtbaren Oberfläche der Sonne und in den direkt angrenzenden Gaslagen darüber zu bestimmen.
Der VTF erreichte im April 2025 “erstes Licht”, und produzierte ein beeindruckendes Bild eines Sonnenflecks, der größer ist als das kontinentale USA, mit einem Gesamtbild, das eine Fläche von 25.000 Kilometern mal 25.000 Kilometern (15.500 Meilen) abdeckt.
Quelle: NSO
In späteren wissenschaftlichen Operationen, wenn die Daten umfassend nachbearbeitet werden, wird die Auflösung des Bildes weiter verbessert. Die wissenschaftliche Verifizierung und Inbetriebnahme sollen 2026 beginnen und den Beginn einer langen Beobachtungskarriere für das Teleskop markieren.
Die Bilder erreichen eine räumliche Auflösung von etwa 10 Kilometern pro Pixel und eine zeitliche Auflösung von hunderten von Bildern pro Sekunde.
“Diese Bilder sind etwas, das kein anderes Instrument im Teleskop auf die gleiche Weise erreichen kann. Ich bin gespannt, was möglich ist, wenn wir das System vervollständigen.”
Visible Tunable Filtergraph: Größe, Spezifikationen und Design
Wie der VTF Spektrometrie verwendet, um die Sonne zu analysieren
Der VTF ist ein massives Gerät, das 5,6 Tonnen wiegt und eine Fußabdruckgröße hat, die etwa der eines kleinen Garagens entspricht, und zwei Etagen einnimmt.
Es wurde über 15 Jahre am Institute for Solar Physics in Freiburg (Deutschland) entwickelt, ein Prozess, der fast so lang war wie die Entwicklung des Restes des Solarteleskops selbst.
Im Gegensatz zu klassischen Spektrometern, die das Licht wie einen Regenbogen verteilen, verwendet der VTF ein Etalon, ein Paar präzise positionierter Glasplatten, die durch einige Mikrometer getrennt sind, um ein Bild bei einer bestimmten Lichtwellenlänge aufzunehmen.
Quelle: NSO
Es nimmt mehrere hundert Bilder in nur wenigen Sekunden auf, ähnlich wie bei der Aufnahme einer Serie von Fotografien mit verschiedenen Farbfiltern.
Mit drei hochgenauen synchronisierten Kameras mit unterschiedlichen Farben kombiniert es diese Bilder, um ein dreidimensionales Bild von Sonnenstrukturen zu erstellen und ihre Plasmaeigenschaften zu analysieren.
“Das Erleben dieser ersten spektralen Scans war ein surreales Moment. Dies ist etwas, das kein anderes Instrument im Teleskop auf die gleiche Weise erreichen kann. Es markierte den Höhepunkt von Monaten der optischen Ausrichtung, Tests und kontinentaler Zusammenarbeit.
Ein zweites Etalon wird bis Ende 2025 dem System hinzugefügt, was es noch präziser macht.
Dies ist nur der Anfang, und ich bin gespannt, was möglich ist, wenn wir das System vervollständigen, das zweite Etalon integrieren und zur wissenschaftlichen Verifizierung und Inbetriebnahme übergehen.”
Wie Polarimetrie hilft, die magnetischen Felder der Sonne aufzudecken
Licht bewegt sich in Wellen, die in verschiedenen Richtungen oszillieren können. Polarimetrie ist die Technik, die Richtung zu messen, in der diese Lichtwellen oszillieren.
Die magnetischen Felder der Sonne können Licht polarisieren, ohne offensichtlich ihre Farben zu beeinflussen. Sie kann also verborgene Details über das magnetische Feld der Sonne aufdecken.
Der VTF wird auch in der Lage sein, gleichzeitig die Polarisation und die Farbe zu messen, alles in 3D, und so ein Level an Detail zu erstellen, das in Bildern der Sonne bisher unübertroffen ist.
Letztendlich wird die Kombination all dieser Informationen (räumlich, zeitlich, spektral und magnetisch) ein viel tieferes Verständnis der internen Mechanismen der Sonne vorantreiben.
Investition in fortschrittliche Optik- und Glas-Unternehmen
Corning Incorporated
(GLW )
Da Teleskope das Machbare in Bezug auf Präzisionsfertigung von fortschrittlichem Glas vorantreiben, öffnet sich auch viele industrielle Möglichkeiten in Branchen wie Automobil, Halbleiter, KI, Verteidigung, Biotechnologie usw. Der Markt für fortschrittliche Optik ist ein 310-Milliarden-Markt, der bis 2032 mit 9,2% CAGR wachsen soll.
Corning ist ein Glas- und Optik-Unternehmen, das seit 170 Jahren existiert. Im Laufe seiner Geschichte produzierte es die ersten Glühbirnen für Thomas Edisons elektrisches Licht, das erste niedrigverlustige optische Glas, die zellulären Substrate, die katalytische Konverter ermöglichen, und das erste kratzfeste Deckglas für mobile Geräte.
Quelle: Corning
Heute konzentriert sich das Unternehmen auf die Kerntechnologien der Glas- und Keramikherstellung sowie der optischen Physiktechnologien, die gemeinsame Herstellungsprozesse und Endmärkte teilen.
Quelle: Corning
Diese Verbindung von Technologien ermöglicht es dem Unternehmen, gemeinsame Herstellungs-, Forschungs- und Ingenieurskapazitäten zwischen seinen verschiedenen Produktlinien zu teilen. Mit 52.000+ Mitarbeitern, 77+ Produktionsstandorten weltweit und 10+ Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen ist das Unternehmen ein großer Spieler in seinem Nischenmarkt.
Quelle: Corning
Das Unternehmen profitiert von dem Boom in KI und Datenzentren (optische Fasern) sowie von der allgemeinen Nachfrage nach Spezialglas in Bildschirmen und Biotechnologie.
Corning sollte nicht stark von Zöllen betroffen sein, da 90% der US-Umsätze aus Produkten mit US-Ursprung stammen. Ein großer Teil der in China getätigten Verkäufe stammt nicht von US-Einrichtungen, und 80% der chinesischen Verkäufe werden in China selbst getätigt.
Zölle könnten sogar hilfreich sein, da Corning in den Solarmarkt eintritt, mit der strategischen Kontrolle von Hemlock Solar, um in den USA hergestellte Panels zu produzieren, da asiatische Solarmodule (nicht nur chinesische) quadratzahligen Zöllen unterliegen. 80% der Kapazität sind bereits von Kunden verpflichtet.
Solar macht für das Unternehmen viel Sinn, da die Silikonbearbeitung eine Kernfertigungskompetenz des Unternehmens darstellt, das seit 60 Jahren Polysilicium herstellt, einschließlich ultrareinen Siliciums (99,9999999999% rein) und jetzt die Produktion von Silicium-Wafern startet, ein Produkt, das in den USA zu 100% importiert wird.
Quelle: Corning
Das Unternehmen sieht auch andere fortschrittliche Technologien, bei denen seine Expertise in Glas und Keramik einen soliden Vorteil bieten könnte, wie z.B. biegsames Glas, AR, Kohlenstoffabscheidung usw.
Quelle: Corning
Insgesamt ist Corning ein tief technisches Unternehmen mit lokalisierter Fertigung, das nicht unter der Deglobalisierung leiden sollte. Es umarmt auch neue Märkte, die seinen Kernkompetenzen entsprechen, insbesondere Solar und optische Kommunikation/KI-Infrastruktur. Dies macht es zu einem konservativen Unternehmen, das nur tiefer in seine Nische eindringt, aber auch zu einem potenziellen Wachstumsaktien in High-Tech-Märkten.
Neuestes über Corning Inc.
Warum die Erforschung der Sonne helfen könnte, eine Netzwerk-Katastrophe zu verhindern
Einige der bemerkenswertesten Errungenschaften der Wissenschaft werden für relativ obskure oder theoretische Projekte erzielt, wie z.B. das Verständnis der internen Mechanismen der Sonne.
Dies hat jedoch viele potenzielle Anwendungen, wie z.B. die Sicherheit von Weltraumreisen, die Verhinderung eines katastrophalen geomagnetischen Sturms, der unser Stromnetz und unsere Elektroniksysteme lahmlegen könnte, oder die Verbesserung unserer Klimamodelle und das bessere Verständnis, wie die Sonne das Klima beeinflussen kann.
Ein besseres Verständnis der internen Mechanismen der Sonne wird wahrscheinlich tiefere Einblicke in die Plasmaphysik liefern. Schließlich ist die Sonne im Wesentlichen ein gigantischer Kernfusionsreaktor, der direkt vor unserer Tür läuft.
Es wäre also nicht überraschend, wenn es auf lange Sicht auch dazu beitragen würde, Plasma besser zu verstehen, ein entscheidender Schritt auf dem Weg zu kommerzieller Kernfusion, die den Schlüssel zu unbegrenzter und reichlicher Energie hält.
