Visible Tunable Filter (VTF)

Panorama-Aufnahme der F1-Einheit des VTF im oberen Teil des ehemaligem VTF Labor am KIS. Das Labor erstreckte sich über 2 Etagen, damit VTF auch am KIS komplett aufgebaut und getestet werden konnte. (Abbildung VTF/KIS)

Der Visible Tunable Filter (VTF) ist ein abbildendes Spektro-Polarimeter für das neue US-amerikanische Daniel K.Inouye Solar Telescope(DKIST).

Das VTF erzeugt ein zweidimensionales Abbild der Sonnenoberfläche in einem sehr schmalen Wellenlängenbereich, mit welchem Absorptionslinien im sichtbaren Teil des Sonnenspektrum abgetastet werden. Das Ergebnis ist ein Datenwürfel mit zwei räumlichen und einer spektralen Dimension. Durch Veränderung des Polarisationszustandes der gemessenen Strahlung können Signaturen physikalischer Phänomene in der Sonnenatmosphäre, welche den Polarisationszustand verändern, nachgewiesen werden.

Das VTF wird seit 2010 am KIS entwickelt und wurde dort in einem eigens für VTF eingerichteten Labor aufgebaut und in Betrieb genommen. Nach erfolgreichen Tests im VTF Labor in Freiburg wurde das Instrument komplett zerlegt, verpackt und Ende 2023 nach Maui/Hawaii versandt. 2024 wurde das Instrument in mehreren Kampagnen vor Ort am DKIST installiert und konnte seine Funktionalität bereits durch erste erfolgreich Aufnahmen von Sonnendaten unter Beweis stellen. Kernstück der Entwicklung sind dabei zwei optische Fabry-Perot Interferometer mit einer freien Öffnung von jeweils 250 mm, die in dieser Größe und Präzision weltweit einmalig sind. Die Gesamtkosten für VTF betragen rund 12 Mio. EUR, wovon etwas mehr als die Hälfte vom Bundesministerium für Forschung (BMBF/Desy) und vom Baden-Württembergischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK) übernommen werden. Das KIS leistet aus der Grundfinanzierung vor allem durch die Bereitstellung von Fachkräften aus Wissenschaft, Ingenieurwesen und Technik einen weiteren erheblichen Beitrag aus der Grundförderung. Die Fertigung des VTF erfolgte dabei zu großen Teilen in den Werkstätten und Laboren des KIS. Weitere Projektpartner mit finanziellen und personellen Beiträgen sind NSO/AURA, das Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (MPS) in Göttingen und das IRSOL in Locarno, Schweiz. Für die Entwicklung von neuen Technologien und Verfahren und bei der Fertigung von Baugruppen mit extremen Anforderungen an Genauigkeit und Material arbeitet das VTF Projekt weltweit mit hoch spezialisierten Unternehmen und Instituten zusammen.

Das DKIST am 3052 m hohen Observatorium Haleakala bei Sonnenaufgang. Im Hintergrund Mauna Loa und Mauna Kea auf der Hauptinsel von Hawaii. (Abbildung VTF/KIS)

Mit einer Öffnung von 4 Metern ist das DKIST das mit Abstand größte Sonnenteleskop der Welt. Es wurde von einem Konsortium von 22 amerikanischen Forschungseinrichtungen mit finanzieller Unterstützung der US National Science Foundation unter der Führung des National Solar Observatory (NSO/AURA) im Zeitraum von 2007 bis 2020 auf der Hawaii-Insel Maui gebaut. Seit 2021 ist es unter Leitung von NSO im Betrieb. Der größte Beitrag zum DKIST von außerhalb der USA ist das VTF aus Deutschland. Durch diesen Beitrag erhalten Forscher und Forscherinnen des KIS und seiner Projektpartner privilegierten Zugang zum DKIST.

Die große Öffnung des DKIST ermöglicht die Beobachtung von Strukturen auf der Sonnenoberfläche, die nur 20 km groß sind. Dazu muss eine leistungsfähige Adaptive Optik den Einfluss der Turbulenz in der Erdatmosphäre während der Beobachtung ausgleichen. Untersucht wird der sichtbare und infrarote Spektralbereich bis zu einer Wellenlänge von 5 µm. Wegen seines Designs als streulichtarmer Schiefspiegler kann das DKIST auch die solare Korona beobachten.