Teleskope und Laborpraktika
Das Argelander-Institut für Astronomie (AIfA) betreibt zwei Teleskope auf seinem Dach: ein optisches 35-cm Teleskop und ein 3,2-Meter-Radioteleskop. Diese sind für die Lehre konzipiert und werden hauptsächlich von Studierenden im Rahmen von Laborpraktika genutzt. Darüber hinaus wird für eines der angebotenen Laborpraktika das 25-Meter-Radioteleskop Astropeiler Stockert genutzt, das sich etwa 35 km südwestlich des AIfA bei Bad Münstereifel befindet.
Laborpraktika
Astrophysikalische Laborpraktika, die unsere Teleskope nutzen, werden sowohl im Bachelor- wie auch im Master-Studium angeboten. Die Praktika finden jedes Semester statt.
Die allgemeine Struktur dieser Kurse ist für alle Experimente gleich: Jede Gruppe von Studierenden beginnt mit einer mündlichen Qualifikationsprüfung (im Deutschen als Antestat bezeichnet) über den wissenschaftlichen und technischen Hintergrund des Experiments, dann folgt die eigentliche Beobachtung, die Datenauswertung, und das Schreiben eines Abschlussberichts.
B.Sc. Physik Laborpraktikum (Praktikum 4, auf Deutsch)
In diesem Versuch nutzen Studierende den DADOS-Spektrograf am optischen Teleskop, und beobachten Spektroskopische Doppelsterne, Wolf-Rayet-Sterne, Sternwinde, und die Abhängigkeit der Hα-Linie von der Spektralklasse.
Die Antestate finden jeweils zu Beginn der Vorlesungszeit im April (Sommersemester) bzw Oktober (Wintersemester) statt, der Zeitraum der Beobachtungen liegt dann in der jeweiligen Vorlesungszeit.
Studierende beobachten mit dem Radioteleskop die Rotationskurve und Spiralstruktur der Milchstraße anhand der 21-cm Linie des neutralen Wasserstoffs.
Der Zeitraum der Beobachtungen ist Anfang Juni (für das Sommersemester) und Anfang Dezember (für das Wintersemester).
Mehr Informationen und Registrierung auf der Webseite des Praktikums 4.
M.Sc. Physik oder Astronomie (Fortgeschrittenes Laborpraktikum, auf Englisch)
Da dieser Kurs ausschließlich auf Englisch unterrichtet wird, ist hier keine deutsche Übersetzung eingefügt.
Students use the optical telescope to observe an exoplanet transit, reduce their data in Python (using state-of-the-art software libraries), and infer the relative size of an exoplanet compared to its host star. While the telescope is of modest size, the whole data acquisition and analysis chain is consistent with the processing of data from professional optical observatories.
For the summer semester, the qualifying exams take place in February, followed by the observations until April. For the winter semester, the exams are in August, with observations from August to October.
The first part of this experiment provides insights into the tuning and operation of a superheterodyne receiver. In the second part students observe the radio emission of the Sun and set up a radio interferometer to determine the interference pattern.
Exams and observations take place from February to April (summer semester) and August to October (winter semester).
In this lab students acquire imaging data from star clusters, and use their data to constrain age, distance, and metallicity via the color-magnitude diagram. As for the lab "Optical Astronomy", the whole experiment is consistent with what would be done at a professional optical observatory. Many steps of the data analysis are common between these two master-level labs.
The schedule is the same as for "Optical Astronomy", as the observations are done concurrently for these two labs.
This course is offered at the 25-m radio telescope Astropeiler Stockert. The HI 21-cm line emission of the Milky Way galaxy is observed with the 25-m dish for calibration purposes. Afterwards, a HI 21-cm line measurement of an external galaxy is performed. The aim is to determine both the HI and the total mass. Finally, the distance to a pulsar is determined by examining the dispersion of the radio wave spectrum.
The observations take place mid-March and mid-September.
Mehr Informationen und Registrierung auf der Webseite Advanced Laboratory Course.
Beispiel-Ergebnisse
Abbildung links: Der Transit des Exoplaneten HAT-P-23 b, beobachtet vom S261-Labor. Die dunklen Datenpunkte zeigen die Lichtkurve des Wirtsterns, in Bins von jeweils 5 einzelnen Belichtungen zu je 40 Sekunden. Die Fehlerbalken stellen die geschätzte 1σ-Unsicherheit des Schrotrauschens des Wirtsterns dar. Die durchgehenden grauen Lichtkurven zeigen Referenzsterne, mit der gleichen Kalibrierung wie für den Transit-Wirtstern und mit willkürlichen Helligkeitsverschiebungen. Vertikale durchgehende Linien zeigen die erwarteten Eintritts- und Austrittszeiten.
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Tutoring, Studentische Mitbetreung der Laborpraktika
Die astrophysikalischen Laborpraktika sind auf die Unterstützung durch erfahrene Studierende und Doktorand*innen angewiesen. Die Tutor*innen übernehmen verschiedene Aufgaben. Zunächst führen sie die mündlichen Qualifikationsprüfungen („Antestate“) durch, die sich auf die Abprüfung der Details des jeweiligen Laborpraktikums konzentrieren und mit in die Endnote der Gruppen einfließen. Ferner organisieren und unterstützen die Tutor*innen die Studierendengruppen bei den Beobachtungen. Sie helfen auch bei Fragen zur Datenreduktion, bewerten schließlich die Berichte und geben den Studierenden Feedback. Die Laborpraktika am AIfA erfordern die Betreuung von bis zu zehn Gruppen mit je zwei Studierenden.
Die Tutor*innen eines Laborpraktikums werden mit dem Betrieb des jeweils beteiligten Teleskops des AIfA vertraut gemacht. Eine umfassende Schulung und Betreuung ist in jedem Fall garantiert. Dank der hervorragenden technischen Ausstattung unserer neuen Einrichtungen auf dem Dach des AIfA kann nur das Wetter den Ablauf beeinträchtigen. Für das Experiment am Astropeiler Stockert wird der Teleskopbetrieb vom Betreiber übernommen.
Begrüßenswert ist es, wenn Doktorand*innen dasselbe Laborpraktikum für drei bis vier Semester betreuen. Dies bringt den Vorteil, dass Tutor*innen/Doktorand*innen umfangreiche Expertise im Umgang mit dem Instrument erwerben und ferner Lehrerfahrung auf universitärem Nivau von bedeutendem Umfang bekommen. Zudem sorgt es für Kontinuität in der Lehre und ist förderlich für die Qualität der Ausbildung unserer Studierenden.
Optisches Teleskop
Das optische Teleskop wurde im Oktober 2023 in der Holzkuppel auf dem Dach des Argelander-Instituts für Astronomie installiert. Es wird für alle optischen Astronomie-Laborpraktika genutzt und ersetzt das vorherige Cassegrain-Teleskop.
- Optisches Teleskop: Planewave CDK-14
- Typ: korrigierter Dall-Kirkham, Variante eines Cassegrain
- Öffnung: 356 mm (14 Zoll)
- Brennweite: 2563 mm
- Brennweitenverhältnis: f/7.2
- Montierung: 10Micron GM2000 HPS II
- Typ: deutsche Äquatorialmontierung, mit absoluten Encodern
- Typische Nachführfehler: 0,7" RMS über 15 Minuten
- Imaging-Kamera: QHYCCD 600M PH
- Typ: rückseitig beleuchtetes Vollformat-CMOS
- Größe: 9576 x 6388 native Pixel à 3,76 µm
- Sichtfeld: 48' x 32' (0,6" pro Pixel bei 2x2 Binning)
- 7-Positionen-Filterrad, mit:
- Photometrischen SDSS-Bändern
- Schmalband (6,5 nm) Hα, OIII, SII
- Spektrograf: DADOS
- Gitternetz: 200 l/mm, 900 l/mm
- Kamera: TBD
Radioteleskop
Im Mai 2023 wurde auf dem Dach des Argelander-Instituts für Astronomie ein kleines Radioteleskop installiert. Sein Zweck ist die Erforschung der HI 21-cm Linienemission von neutralem atomaren Wasserstoff der Milchstraße. Studierende des B.Sc. Physik nutzen dieses Teleskop im Rahmen eines Laborpraktikums.
- Typ: Parabolische Antenne mit Primärfokus-Empfänger
- Montierung: Altazimut-Montierung
- Durchmesser des Hauptspiegels: 320 cm
- Brennweitenverhältnis des Primärfokus: f/0.4
- Spektrometer: ADALM-PLUTO
- Anzahl der Spektralkanäle: 4096
- Frequenz- (Geschwindigkeits-) Auflösung: 1465 kHz (0,31 km/s)
Radio-Interferometer
Im Februar 2025 wurde auf dem Dach des Argelander-Instituts für Astronomie ein Drei-Element-Radiointerferometer installiert, um Praktika und Studierenden-Projekte zu unterstützen. Dieses Interferometer wurde zunächst am Astropeiler Stockert entwickelt und ausgiebig getestet. Das Instrument wird eingesetzt, um die Grundprinzipien der Radiointerferometrie zu erklären und die Datenreduktion von Korrelationsdaten durchzuführen. Interferometrische Streifen, die von der Radioemission der Sonne herrühren, werden den ganzen Tag über beobachtet und aufgezeichnet, so dass die Studierende praktische Erfahrungen mit der Datenerfassung und -analyse sammeln können. Durch die Ergänzung der interferometrischen Daten mit Röntgenbeobachtungen ist es außerdem möglich, mit diesem Aufbau Sonneneruptionen nachzuweisen.
Bestandteile:
- Drei kreisförmige Wellenleiter (sogenannte „cantennas“)
- 3-D-gedruckte Halterungen, stationär nach Süden ausgerichtet in einer Höhe von etwa 70 Grad
- 3 rauscharme Verstärker (LNA) mit integrierten Filtern
- Zwei ADALM-PLUTO Software-definierte Funkgeräte (SDRs)
- Externe Uhr
Beobachtete Frequenz: 1420 MHz, L-Band
Basislinien: Drei Basislinien, alle in Ost-West-Richtung ausgerichtet. Die längste Basislinie = 10 m
