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M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 1 2. Lehrerfortbildung am Schauinsland Observatorium, 2. Oktober 2004 Vom (Spektro-)Stratoskop zu Sunrise.

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1 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 1 2. Lehrerfortbildung am Schauinsland Observatorium, 2. Oktober 2004 Vom (Spektro-)Stratoskop zu Sunrise Sonnenforschung mit Ballonteleskopen Dr. Michael Sigwarth Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik

2 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 2 Übersicht: Wer spricht zu Ihnen? Warum Sonnenforscher in bzw. über die Luft gehen Historischer Überblick: Instrumente und Wissenschaft Das Sunrise Projekt

3 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 3 Warum in die Luft gehen zur Sonnenbeobachtung? Räumlich und zeitlich hochaufgelöste Sonnenbeobachtungen Beobachtungen im UV Langzeitbeobachtungen

4 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 4 Der Einfluss der Erdatmosphäre: Seeing& Filter Beispiel: Beobachtung des Merkurtransits vom 07. Mai 2003 am VTT. (D. Soltau und KAOS-Team)

5 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 5 Etwas Atmosphären-Optik: Luft ist optisch wirksames Medium. Brechungsindex n ist abhängig von Druck und Temperatur Atmosphäre ist turbulent. Änderungen geschehen schnell ( Hz) und über kleine Skalen (cm - einige Meter) Die räumliche und zeitliche Variation des Brechungsindex begrenzt das optische Auflösungsvermögen Turbulenz ist höhenabhängig

6 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 6 Optisches Fenster wird durch Atmosphäre begrenzt

7 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 7 Drei Möglichkeiten der Atmosphäre zu entkommen: Ballistische Rakete Ballonflug Weltall

8 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 8 Vergleich von Ballon und Satelliten basierten Missionen: BallonSatellit NutzlastCa. 2 Tonnen (einschl. Gondel) Einige 100 kg Vorlaufzeit5 – 10 Jahre10 – 15 Jahre Kosten23 Mio (Sunrise)250 – 1000 Mio. DatenratenOn boardTelemetrie Missionsdauer10 – 20 TageJahre λ - Bereich> 250nmunbeschränkt MissionstypExperimentObservatorium

9 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 9 Geschichte der Ballon gestützten Sonnenbeobachtung: 1949 erster Nachweis von solarer UV- und Röntgenstrahlung mit Hilfe einer V2 Rakete (US, NRL) 1956/57 US Ballonflüge unterhalb der Tropopause (6 – 8 km Höhe) Stratoscope (US, mehrere Flüge) 1969 Inbetriebnahme des ersten Vakuum Turm Teleskops (US) SSO (Soviet Stratospheric Observatory) 1975 Spektrostratoskop (KIS, 2 Flüge) 1999 Adaptive Optik für Sonnenbeobachtung verfügbar 2000 Flare Genesis (US, 2 Flüge) 2008 Sunrise (Intern.) Ca ATST geht in Betrieb (US mit intern. Beteil.)

10 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 10 Schwierigkeiten bei Ballonflügen: Instrumente müssen nahezu automatisch funktionieren Aufwendige Bildstabilisierung notwendig Während des Aufstiegs sind die Instrumente hohen Temperaturschwankungen ausgesetzt Im Flug wirken starke Temperaturgradienten auf die Instrumente Datenspeicher müssen geborgen werden

11 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 11 Stratoscope 1957/59 Instrument: 30cm Newton Reflektor mit 35mm Filmkamera Bildstabilisierung: Photoelektrischer Servo Fokus: Beobachtung bei verschiedenen Fokuseinstellungen Ziel: hochaufgelöste Aufnahmen der Photosphäre.

12 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 12 Spektrostratoskop (1975) Planungen beginnen Unter Leitung des damaligen Fraunhofer-Instituts wird von Zeiss ein 32cm Newton Reflektor mit hochauflösendem Littrow Spektrographen gebaut. Bildstabilisierung: Mehrstufiger, Photoelektr. Servo; Fokusbestimung durch Kontrastmessung Ziel: hochaufgelöste Zeitserien von Integralaufnahmen und Spektren. Erster Flug 1968: keine Daten wegen technischer Probleme Zweiter Flug im Mai 1975 von Palestine/Texas. Flugdauer12h, davon 6h Beobachtung, in 28 km Höhe.

13 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 13 Der Flug von Spektrostratoskop:

14 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 14 Wissenschaftliche Resultate: Keine Fleckenbeobachtung möglich Erstmals gelangen Zeitreihen hochaufgelöster Granulationsbilder. Zahlreiche Publikationen zur Morphologie und Intensitätsverteilung der Granulation. Direkter Nachweis von kleinen Granulen (200km) Räumliche Auflösung der Spektren war nicht befriedigend.

15 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 15 Flare Genesis (2000) Langzeitflug in der Antarktis Zum Zeitpunkt des Fluges größtes Sonnenteleskop für Hochauflösung: 80cm Ritchy-Chretien mit Leichtgewichtsspiegel. Open-Loop Bildstabilisierung Filter Vektor Magnetograph (Fabry Perot basiert) mit CCD Kamera Ziel: Entwicklung von Sonnenflecken & die Entstehung von Flares beobachten

16 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 16 Flare Genesis

17 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 17 Flare Genesis: Wissenschaftliche Resultate nur 40 GB (komprimierter) Daten Probleme durch Vibrationen und Dejustierung Beste räumliche Auflösung nur 0,5 (theo. 0,17) Vektormagnetogramme von Emerging Flux (ca. 4h)

18 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 18 Flare Genesis: Wissenschaftliche Resultate

19 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 19 Sunrise (2008) Langzeitflug in der Antarktis 1 m Gregory Teleskop mit neuartigem Siliziumcarbid Leichtgewichtsspiegel Spalt- und Filter Spektropolarimetrie, Imaging, UV Beobachtungen 2-stufiges System zur Bildberuhigung und innovatives Autofokus System (KIS)

20 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 20 Sunrise Wissenschaftliche Ziele: Räumlich höchstaufgelöste Aufnahmen der Photoshäre im UV Post-Fakto Bildrekonstruktion Spektropolarimetrie bei hoher Auflösung: Natur der kleinskaligen Magnetfelder; solare Variabilität; Heizung der Korona. Langzeitbeobachtungen α=λ/D

21 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 21 Sunrise Internationales Projekt unter Leitung des MPS in Katlenburg-Lindau Weitere Partner: KIS, HAO (USA), IAC und Partner (Spanien) Gefördert durch DLR, NASA und PNE

22 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 22 Sunrise Zeitplan: 2004 – 2005: Bau Teleskop und Instrumente 2006: Integration und Tests 2007/2008: 1. Flug in der Antarktis

23 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 23

24 M. SIgwarth, Sonnenforschung mit Ballonteleskopen 24


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