Ein Forscherteam, dem auch Wissenschaftler der Universität Köln angehörten, wertete am Very Large Telescope (VLT) am Paranal in der Atacama-Wüste Klimaparameter über einen Zeitraum von mehreren Dekaden aus, darunter die Daten für Temperatur, Windgeschwindigkeit und Windrichtung sowie für den Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre. Diese haben Einfluss auf die Qualität astronomischer Beobachtungen. Bei der Analyse stellten die Forscher fest, dass die Temperaturen über den Weltdurchschnitt hinaus angestiegen waren und dass die Bildunschärfe durch Luftunruhe stärker geworden ist, was "Seeing" genannt wird.
"Es zeigt sich ein Anstieg der bodennahen Temperatur von 1,5° C in den letzten vier Jahrzehnten am Paranal-Observatorium. Dies ist etwas höher als der weltweit gemittelte Wert von 1° C seit dem vorindustriellen Zeitalter." Professorin Susanne Crewell, Institut für Geophysik und Meteorologie, Universität Köln.
VLT am Paranal - umfassendste Daten der vergangenen 30 Jahre
Das Forscherteam aus Astronomen, Klimatologinnen, Atmosphärenwissenschaftlern und Meteorologinnen wählte zur Datenerhebung das Paranal-Observatorium im Norden Chiles aus, da es dort Umweltsensoren gibt, die die meteorologischen Bedingungen des Standorts dokumentieren. Damit konnten die Forscher auf die umfassendsten Datensätze der vergangenen drei Jahrzehnte zugreifen, an einem unberührten Standort. Durch den langen Beobachtungszeitraum konnten auch langfristige Trends ausgemacht und Auswirkungen des Klimawandels auf zukünftige Beobachtungen erfasst werden.
Einfluss auf Bau des Extremely Large Telescope (ELT)
Die neuen Erkenntnisse müssen beim Bau des mit einem 39 Meter großen Haupt-Spiegel ausgestatteten Extremely Large Telescope (ELT) berücksichtigt werden. Insbesondere, wenn sich das Klima um 4° C innerhalb des nächsten Jahrhunderts erhöhen sollte. Das ist das pessimistischste Szenario der Klimasimulationen des Weltklimarates ICCP und es gibt bereits Hinweise, dass dieses Szenario eintritt. Das ELT wird nahe des VLT am Paranal errichtet. Beide werden von der Europäischen Südsternwarte (ESO) betrieben.
Modell des Extremely Large Telescope (ELT) am Paranal in der Atacama-Wüste
Was die Bildqualität von Teleskopen stört
Das ursprüngliche Kühlsystem des Teleskops ist nicht für die zu erwartenden warmen Bedingungen ausgelegt. Durch die Erwärmung verstärken sich Turbulenzen und können zu „Dome-seeing“ führen, einer Verminderung der Auflösung durch Turbulenzen innerhalb der Teleskopkuppel. Durch die zusätzliche Zunahme der Turbulenz in der bodennahen Luftschicht werden Bilder unschärfer. Das liegt daran, dass sich kalte und warme Luftschichten mit unterschiedlichem Brechungsindex schneller abwechseln.
Die Zunahme der Windscherung in der oberen Troposphäre im Zusammenhang mit dem Jetstream hat die sogenannte „wind-driven Halo“ zur Folge. Dieses Phänomen tritt auf, wenn die atmosphärischen Turbulenzbedingungen schneller variieren, als die Steuerung des Teleskops sie korrigieren kann. Dadurch werden die Kontrastfähigkeiten des Instruments eingeschränkt. Eine Zunahme des Wasserdampfes in der Atmosphäre führe nicht zuletzt zu einer Dämpfung des astronomischen Signals, bilanzieren die Autoren der Studie. Sie wurde am 10. September 2020 im Fachmagazin „Nature Astronomy“ veröffentlicht.
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