Leitung

Prof. Dr. Alfred Krabbe

Assistenz

Barbara Klett

Geschäftsleitung

Dr. Thomas Keilig

Deputy SMO Director (Kalifornien)

Dr. Hans Zinnecker

Technology Advisor

Prof. Dr.-Ing. Jörg Wagner

Bildungs- und Öffentlichkeitsarbeit

Dr. Dörte Mehlert


Deutsches SOFIA Institut
Pfaffenwaldring 29
70569 Stuttgart

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Neuer Focal Plane Imager meistert Generalprobe mit Bravour

13. März 2013; Dr. Dörte Mehlert

Am 12. und 14. Februar 2013 ist der neue Focal Plane Imager (FPI) des DSI an Bord von SOFIA erfolgreich getestet worden.  Projektleiter Jürgen Wolf hatte zuvor mit seinen Kollegen Enrico Pfüller und Manuel Wiedemann die entscheidenden Verbesserungen vorgenommen und unter anderem eine empfindlichere, schnellere Kamera samt angepasster Steuerungseinheit sowie ein neues Filterrad installiert. Beim Einbau der neuen Kamera und der Anpassung des SOFIA Teleskopsystems, z.B. bei der Einführung neuer, kameraspezifischer Kommandos, hat das DSI Team in Palmdale (Kalifornien), allen voran Holger Jakob und Marco Lentini, Wolf und sein Team tatkräftig unterstützt. Auch die System- und Softwarespezialisten der deutschen Firmen Kayser-Threde, 4D Engineering und Stock Flight Systems haben dem DSI Team professionell zur Seite gestanden.

Bild 1: Der FPI am SOFIA Teleskop (links) und das neue Filterrad (rechts) für den Sloan-Filtersatz (u‘,g‘,r‘,i‘,z‘). Im unteren Drehkörper befinden sich Abschwächungsfilter verschiedener Stärken, die bei der Nachführung an hellen Sternen benötigt werden.

  • Zusammen mit dem Wide Field Imager (WFI) und dem Fine Field Imager (FFI) dient er als Sucher- und Leitkamera des SOFIA - Teleskops. Dazu muss er empfindlich sein und über eine gute räumliche Auflösung verfügen, um auch mit schwachen Sternen (V ≤ 16 mag) oder in überfüllten Sternenfeldern das SOFIA Teleskop leiten zu können.

  • Als schnelle Diagnosekamera soll er die Ausrichtgenauigkeit und Stabilität des gesamten Teleskopsystems testen, die unter anderem durch hoch-frequente Störmechanismen wie Flugzeugvibrationen oder Windlasten im Flug verursacht werden. Dazu ist die Kamera schnell und kann kleinere Bildausschnitte 400 Mal pro Sekunde auslesen.

  • Der FPI ist hervorragend für spezielle wissenschaftliche Beobachtungen geeignet, bei denen ein Detektor mit hoher Empfindlichkeit, guter räumlicher Auflösung und hoher Auslesegeschwindigkeit benötigt wird.

Am 12. Februar hob SOFIA um 21:43 Uhr Ortzeit von der Dryden Aircraft Operation Facility (DAOF) zum ersten Testflug des FPI ab. Etwa sieben Stunden später konnte sich „Kamera Operator“ Enrico Pfüller entspannt zurücklehnen: Seine Arbeit war getan und die wesentlichen Testpunkte konnten erfolgreich abgeschlossen werden. Nach ersten Analysen der Daten bestätigt Datenanalyst Manuel Wiedemann, dass das SOFIA Teleskop erfolgreich auf dem Stern SA 104-338 mit der Helligkeit V = 16,06 mag nachgeführt werden konnte und der FPI sämtliche Anforderungen des Observatoriums erfüllt.

 

Bild 2: Das Feld um den Stern SA 104-338 der Helligkeit V = 16,06 mag. Links - produziert mit Stellarium (Planetariumsprogramm). Rechts - aufgenommen mit dem FPI ohne Filter und bei einer Belichtungszeit von zwei Sekunden. Der Durchmesser des FPI Gesichtsfeldes beträgt 8,5 Bogenminuten.

In der Nacht vom 14. Auf den 15. Februar wurde dann die Eignung für die geplanten wissenschaftlichen Einsätze überprüft und auch hier kann das FPI Team einen Erfolg vermelden: In den drei Farbfiltern g‘, r‘ und i‘ konnte das Trapez im Orionnebel in je nur fünf Millisekunden (5/1000 Sekunden) ausreichend tief für eine erste astronomische Analyse belichtet werden: Ein Großteil der rot dargestellten Objekte sind junge Sterne, die  im nahen Infraroten (i‘ Filter)  mit dem FPI nachgewiesen werden können,  im Optischen jedoch hinter den Staubstrukturen unsichtbar bleiben. „Der FPI hat seine Generalprobe mit Bravour bestanden“, freut sich Jürgen Wolf. „Jetzt sind wir bereit für unsere Messungen!“

Bild 3: Links - das Sternbild Orion mit TheSky6. Mitte - 3 Farbenbild (R,G,B) von M42 (© Gerald Willems, AVL). Rechts - 3 Farbenbild vom Trapez/M42 mit dem neuen FPI. Belichtungszeit pro Filter 5/1000 Sekunden.

 

Als Leitkamera wird der FPI permanent bei allen astronomischen Beobachtungen am SOFIA Teleskop angebracht sein. Die ersten wissenschaftlichen Einsätze stehen bereits Ende April und Anfang Mai im Rahmen der Beobachtungen einer Plutobedeckung und den Durchgängen von Exoplaneten an. Bei diesen kurzzeitigen und lichtschwachen Ereignissen wird die volle Leistungsfähigkeit des FPI gefragt sein.


Technische Daten zum FPI:

Wellenlängenbereich: λ = 380 nm – 1100 nm (UV – NIR)
Blickfeld: 8,5 Bogenminuten (8,9' x 8,9')
Pixelgröße: 0,51 Bogensekunden / Pixel
Anzahl der Pixel: 1024 x 1024 Pixel
Ausleserate: 8,9 Bilder / Sekunde (full frame)
bis ca. 400 Bilder / Sekunde (sub-frame, binning)
 

SOFIA, das Stratosphären Observatorium Für Infrarot Astronomie, ist ein Gemeinschaftsprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR; Fond: 50OK0901 und 50OK1301) und der National Aeronautics and Space Administration (NASA). Es wird auf Veranlassung des DLR mit Mitteln des Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages und mit Mitteln des Landes Baden-Württemberg und der Universität Stuttgart durchgeführt. Der wissenschaftliche Betrieb wird auf deutscher Seite vom Deutschen SOFIA Institut (DSI) der Universität Stuttgart koordiniert, auf amerikanischer Seite von der Universities Space Research Association (USRA). Die Entwicklung der deutschen Instrumente ist finanziert mit Mitteln der Max-Planck-Gesellschaft (MPG), der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und des DLR.