MICADO

Multi-AO Imaging Camera for Deep Observations

Im September 2015 haben die Europäische Südsternwarte (ESO) und das Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (MPE) den Bau des First Light-Instruments MICADO für das Extremely Large Telescope (ELT) beschlossen. Das Instrument wird unter der Leitung des MPE von einem Konsortium von Partnern aus Deutschland, Frankreich, den Niederlanden, Österreich, Italien und Finnland in Zusammenarbeit mit der ESO entwickelt und gebaut.

MICADO wird beugungsbegrenzte Abbildungen und Langspalt-Spektroskopie im nah-infraroten Wellenlängenbereich (0,8 – 2,4 µm) erzielen und so die bahnbrechenden neuen Möglichkeiten des ELTs mit 39 Meter Durchmesser im Hinblick auf räumliche Auflösung und Lichtsammelleistung optimal erschließen.

Um die bei erdgebundenen Observatorien unvermeidlichen Luftunruhen, die die Bildqualität verschlechtern, zu kompensieren, wird MICADO verschiedene adaptive Optiken verwenden: ein sogenanntes Multi-Conjugate Adaptive-Optics-System mit Laserleitsternen (MCAO, entwickelt vom MAORY Konsortium) und ein Single-Conjugate Adpative-Optics-System (SCAO, entwickelt in Zusammenarbeit von MICADO und MAORY) mit natürlichen Leitsternen.

MICADO wird eine Lichtempfindlichkeit für Punktquellen erreichen, die derjenigen des James-Webb-Weltraumteleskops (JWST) vergleichbar ist, bei einer um den Faktor 6 besseren räumlichen Auflösung. Somit wird MICADO den Weg für eine große Anzahl wissenschaftlicher Untersuchungen ebnen, die die Schlüsselfragen der modernen Astrophysik betreffen.

Im Zentrum des wissenschaftlichen Interesses stehen dabei die folgenden Themen: die Dynamik dichter Sternensysteme, das Schwarze Loch im Zentrum unserer Milchstraße bzw. Schwarze Löcher in den Zentren anderer Galaxien, die Sternentstehungsgeschichte (räumlich aufgelöster Sternpopulationen) in Galaxien, die Entstehung und Entwicklung von Galaxien im frühen Universum, (Exo-)Planeten und deren Entstehung sowie das Sonnensystem.

Um die entsprechenden Beobachtungen zu ermöglichen, stellt MICADO mehrere Beobachtungsmodi zur Verfügung, welche die Stärken von MICADO in Bezug auf Empfindlichkeit und räumlicher Auflösung optimal umsetzen: im bildgebenden Kameramodus steht ein Gesichtsfeld von 50" im Wellenlängenbereich 0,8 – 2,4 µm zur Verfügung; Astrometrie kann mit 50 Mikro-Bogensekunden (μas) Genauigkeit (für hellere Quellen) betrieben werden; Koronographie wird durch die Verwendung von Koronographen in der fokalen bzw. der Pupillen-Ebene ermöglicht; und ein Spaltspektrograph deckt den Bereich von 1,45 – 2,46 μm sowie 0,84 -1,48 μm bei einer spektralen Auflösung von R ~ 20 000 ab.

Der Blick in den Kryostat zeigt die Kollimatorspiegel (blau, oben), die Zoom-Optik für den hochauflösenden Kameramodus (grün), die Kameraspiegel (blau, unten) sowie die Detektoranordnung (rot). Bild: MICADO Konsortium

Die wichtigsten Teilsysteme

  • Die Kalibrierungseinheit ermöglicht die Kalibrierung der abbildenden Kamera und des Spektrographen, indem es geeignete Quellen mit dem ELT entsprechender Abbildungscharakteristik bereitstellt.
  • Die Relay-Optik transferiert die ELT-Fokalebene in das Instrument. Sie wird nur in der Stand-Alone-Konfiguration gebraucht, in dem nur das SCAO-System, nicht aber das MCAO-System als adaptive Optik zur Verfügung steht. Sobald das MCAO-System (MAORY) verfügbar sein wird, wird die Relay-Optik durch einen einzelnen Klappspiegel (und der davor positionierten MCAO-Einheit) ersetzt.
  • Das NGS WFS-Modul enthält Wellenfrontsensoren für die adaptive Optik unter Verwendung von natürlichen Leitsternen (SCAO).
  • Der Derotator dreht den gesamten Kryostaten sowie das NGS WFS-Modul, um die Orientierung des Himmels aus Sicht des Instruments konstant zu halten.
  • Der Kryostat ist das Kernstück von MICADO, das die kalte Optik und Mechanik enthält.
  • Die Tragkonstruktion trägt die verschiedenen Komponenten und hält sie in Position.
  • Die mitrotierende Plattform mit dem System für die Kabelwicklung erlauben es der Elektronik (in den Elektronikschränken), sich mit dem Instrument zu drehen, wobei die Kabellänge kurzgehalten wird. Das spezielle Kabelwicklungssystem ermöglicht den Zugang zu externen, ortsfesten Elektronik- und Versorgungsstationen.
  • Die Elektronik ermöglicht die Instrumentenkontrolle (inklusive eines Überwachungssystems) und gewährleistet die Stromversorgung aller Geräte.
  • Die Kontrollsoftware unterstützt die Beobachtungsvorbereitung und -ausführung und koordiniert die Steuerung des Instruments mit dem Teleskop und den adaptiven Optiksystemen.
  • Die Pipelinesoftware führt die Datenverarbeitung für die Beobachter und das Datenarchiv durch, ermöglicht aber auch eine erste Einschätzung (Quicklook-Analyse) der Beobachtungsergebnisse bzw. der Qualität der Aufnahmen vor Ort und erlaubt eine Langzeit-Trendanalyse zu diagnostischen Zwecken. Zu diesem Softwarepaket gehört auch der Datensimulator SimCADO, der zur Vorbereitung der Beobachtungen genutzt werden kann.

Die wichtigsten Milestones

Oktober 2015: Kick-off

November 2018: Vorläufige Designvalidierung (Preliminary Design Review - PDR)

Mitte 2021: Endgültige Designvalidierung (Final Design Review - FDR)

Mitte 2025: Vorläufige Abnahme in Europa (Preliminary Acceptance Europe - PAE)

2026: Vorläufige Abnahme in Chile mit SCAO (Provisional Acceptance Chile - PAC)

2027: Vorläufige Abnahme in Chile mit MCAO (Provisional Acceptance Chile with MCAO)

2029: Endgültige Abnahme (Final Acceptance Chile - FAC)

Konsortium

MPE:    Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching

MPIA:   Max-Planck-Institut für Astronomie, Heidelberg

USM:    Universitäts-Sternwarte München

IAG:     Georg-August-Universität Göttingen Stiftung Öffentlichen Rechts (ausführendes Institut: Institut für Astrophysik)

NOVA:   Nederlandse Onderzoekschool voor de Astronomie (Netherlands Research School for Astronomy). NOVA ist eine Föderation von verschiedenen astronomischen Instituten. Beiträge zu MICADO kommen von der Universität Groningen, der Universität Leiden und der Optical/Infrared Instrumentation Group mit Sitz bei ASTRON in Dwingeloo.

CNRS/INSU:   Centre National de la Recherche Scientifique/Institut National des Sciences de l’Univers in France (vertreten durch LESIA, GEPI und IPAG)

A*:   Die Österreichische A*-Partnerschaft umfasst die Universitäten Wien, Innsbruck, Graz, Linz sowie RICAM Linz (Österreichische Akademie der Wissenschaften).

INAF:   Istituto Nazionale di Astrofisica (National Institute for Astrophysics) in Italien (vertreten durch das Observatorium Padua).

FINCA:   Suomen ESO-keskus (Finnish Centre for Astronomy with ESO), Turku

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