Pepsi findet Planeten im Weltraum

Superchips für einen Spektrografen aus Potsdam

Um extrem schwaches Licht aus dem Weltall erfassen zu können, haben Wissenschaftler aus Potsdam ein wissenschaftliches Instrument gebaut, das Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument, kurz Pepsi genannt. Kernstück von Pepsi sind zwei CCD-Chips mit einer Auflösung von je 111 Megapixeln.

Dieser Fotochip dürfte so manchen Digitalfotografen vor Neid erblassen lassen: Der CCD-Chip ist 9,5 x 9,5 cm groß und verfügt über 10.560 x 10.560 Pixel. Das entspricht einer Auflösung von über 111 Megapixeln. Gleich zwei dieser Chips sollen künftig im Large Binocular Telescope (LBT) Licht aus fernen Galaxien erfassen.

Pepsi für das Weltall

Die Chips sind Teil des Potsdam Echelle Polarimetric and Spectroscopic Instrument (Pepsi). Das ist ein wissenschaftliches Instrument, das extrem schwaches Licht auffängt, wie es etwa erdähnliche Planeten in anderen Galaxien aussenden. Diese emittieren nur wenige Photonen in der Sekunde - viel zu wenig, um es mit dem bloßen Auge, aber auch mit vielen aktuellen Instrumenten sehen zu können. Pepsi soll 96 Prozent des sichtbaren Lichts auffangen können. Selbst hochempfindliche astronomische Fotoplatten verpassten früher bis zu 98 Prozent der ankommenden Photonen.

Einer der beiden CCD-Chips während eines Labortests (Foto: Emil Popow, AIP)

Hergestellt wurden die hochempfindlichen Chips vom kalifornischen Unternehmen Semiconductor Technology Associates (STA). Die Fertigung war sehr aufwendig: Um die Quanteneffizienz von 96 Prozent im sichtbaren Licht zu erzielen, darf der lichtempfindliche Bereich des Chips nur wenige hundert Atomschichten dick sein. Um das zu erreichen, wurde Atomschicht um Atomschicht vom Chip abgetragen, bis er die nötige Dicke hatte. Dieser Prozess nahm zwei Jahre in Anspruch.

Damit die Chips richtig arbeiten können, kommen sie in eine Kammer, in der ein Vakuum und eine Temperatur von 130 Grad unter null Grad Celsius herrschen. Diese Bedingungen seien nötig, um die Bewegung der Moleküle und Atome des Materials so gering wie möglich zu halten. Das Kühlgefäß und der Kopf der CCD Kamera entstanden am Astrophysikalischen Instituts Potsdam (AIP). "Die Anforderungen an die Dichte des Vakuums und an die Festigkeit des Materials waren bei dieser Einheit gerade wegen der Größe und der Wärmeempfindlichkeit auf der Oberfläche der CCDs besonders hoch", erklärt Klaus Strassmeier, der das Pepsi-Projekt leitet.

Pepsi für das Weltall

Damit der Chip präzise arbeitet, dürfe die Abweichung von einer Kante zu einer anderen nur ein Hundertstel eines Millimeters betragen. "Das ist", vergleicht Strassmeier, "als ob man 112 Millionen Zahnstocher in den Boden steckt, um die Oberfläche eines Fußballfeldes zu bedecken, und man darf nur ein Millimeter von einer Ecke zur anderen abweichen, und man hat nur einen Versuch pro Zahnstocher."

Pepsi wird im kommenden Jahr am LBT installiert. Das Teleskop auf dem Mount Graham im Südosten des US-Bundesstaates Arizona verfügt über zwei Spiegel mit einem Durchmesser von 8,4 Metern. Es gilt als eines der größten und leistungsfähigsten Teleskope auf der Erde. Pepsis Aufgabe wird es sein, kosmische Magnetfelder zu vermessen und erdähnliche Exoplaneten zu finden.