Институт астрофизики имени Лейбница в Потсдаме

Институт астрофизики имени Лейбница в Потсдаме

Главное здание в Бабельсберге
Стул	Маттиас Штайнмец
Персонал	около 200
Расположение	Потсдам-Бабельсберг
Веб-сайт	www.aip.de

Институт астрофизики имени Лейбница в Потсдаме (AIP) — немецкий научно-исследовательский институт. Он является преемником Берлинской обсерватории, основанной в 1700 году, и Астрофизической обсерватории в Потсдаме (AOP), основанной в 1874 году. Последняя была первой в мире обсерваторией, которая явно сделала акцент на исследовательской области астрофизики . AIP был основан в 1992 году в ходе реструктуризации после объединения Германии .

AIP финансируется из частных источников и является членом Ассоциации Лейбница . Он расположен в Бабельсберге в земле Бранденбург , к западу от Берлина , хотя солнечная обсерватория на Эйнштейновской башне и большой рефракторный телескоп ^[1] на Телеграфенберге в Потсдаме принадлежат AIP.

Ключевые темы AIP - космические магнитные поля ( магнитогидродинамика ) различных масштабов и внегалактическая астрофизика . Астрономические и астрофизические области, изучаемые в AIP, простираются от солнечной и звездной физики до звездной и галактической эволюции и космологии .

Институт также разрабатывает исследовательские технологии в области спектроскопии и роботизированных телескопов . Он является партнером Большого бинокулярного телескопа в Аризоне, установил роботизированные телескопы на Тенерифе и в Антарктике, разрабатывает астрономические приборы для больших телескопов, таких как VLT Европейской южной обсерватории . Кроме того, в AIP ведутся работы по нескольким проектам электронной науки ^{[2] .}

История астрономии в Потсдаме на самом деле началась в Берлине в 1700 году. Инициированное Готфридом В. Лейбницем 11 июля 1700 года «Бранденбургское общество» (позже названное Прусской академией наук ) было основано курфюрстом Фридрихом III в Берлине. Двумя месяцами ранее национальная календарная монополия обеспечила финансирование обсерватории. К 18 мая был назначен первый директор, Готфрид Кирх . Это произошло в спешке, потому что прибыль от национального базового календаря, рассчитанного и проданного обсерваторией, должна была стать финансовым источником для академии. Этот вид финансирования существовал до начала 19 века, но базовый календарь рассчитывался до самого недавнего времени (он прекратился после Венде в 1991 году).

В 1711 году на улице Доротеен в Берлине была построена первая обсерватория, а в 1835 году на улице Линден (рядом с Hallesches Tor) было завершено строительство нового здания обсерватории, спроектированного известным архитектором Карлом Фридрихом Шинкелем . Александр фон Гумбольдт в то время пропагандировал астрономию своими знаменитыми лекциями «Космос» в 1827–1828 годах. Он сыграл важную роль в финансировании как обсерватории, так и инструментов.

Берлинская обсерватория приобрела всемирную известность после того, как в 1846 году Иоганн Готфрид Галле открыл планету Нептун. Не менее важными были открытия каналовых лучей , сделанные Ойгеном Гольдштейном в 1886 году в физической лаборатории обсерватории, и изменения высоты полюса Земли, сделанные Карлом Фридрихом Кюстнером в 1888 году.

Последние два научных события произошли, когда Вильгельм Юлиус Фёрстер был директором обсерватории, которая в то время была прикреплена к Берлинскому университету. Он подготовил основу для астрономических обсерваторий в Потсдаме: в 1874 году основание АОП на Телеграфенберге и в 1913 году перемещение Берлинской обсерватории в Бабельсберг.

В середине 19 века спектральный анализ был разработан Густавом Кирхгофом и Робертом Бунзеном . Он позволил получить информацию о физических параметрах и химическом составе звезд путем спектрального анализа их света. Ферстер осознал эти возможности и инициировал строительство солнечной обсерватории в 1871 году в память о наследном принце, в которой он подчеркнул важность и пользу солнечных исследований. Эта идея вскоре была распространена на всю астрофизику.

Местом обсерватории был выбран холм к югу от Потсдама , Телеграфенберг, на котором с 1832 по 1848 год находилась ретрансляционная станция военного телеграфа из Берлина в Кобленц. 1 июля 1874 года была основана АОП. Еще до начала строительства обсерватории осенью 1876 года наблюдения за солнцем велись с башни бывшего военного приюта на улице Линден в Потсдаме Густавом Шпёрером . Строительные работы начались в 1876 году; главное здание обсерватории и ее оборудование были закончены осенью 1879 года.

AOP управлялась советом директоров, в который входили Вильгельм Юлиус Фёрстер , Густав Кирхгоф и Артур Ауверс . В 1882 году Карл Герман Фогель был назначен единственным директором обсерватории. Теперь основное внимание в его работе уделялось звездной астрофизике. Он был первым, кто успешно определил лучевые скорости звезд фотографическим путем, и в результате открыл спектроскопические двойные звезды .

В 1899 году один из крупнейших рефракторов в мире, Большой рефрактор Потсдама, ^[1] с линзами 80 и 50 см, был изготовлен фирмами Steinheil и Repsold и установлен в куполе высотой 24 м. Он был торжественно открыт германским императором Вильгельмом II . Хотя он не оправдал всех надежд, которые на него возлагали астрономы, тем не менее следует упомянуть два важных открытия: линии межзвездного кальция в спектре спектрально-двойной Дельта Ориона, обнаруженные Иоганном Гартманом в 1904 году ^[3], и наличие линий звездного излучения кальция — намека на активность поверхности звезд — обнаруженные Густавом Эберхардом и Гансом Людендорфом около 1900 года.

Десять лет спустя один из самых известных астрофизиков этого столетия, Карл Шварцшильд , стал директором обсерватории. Всего за несколько лет работы (к 1916 году он умер от хронической болезни) он внес фундаментальный вклад в астрофизику и в общую теорию относительности . Всего через несколько недель после публикации теории Эйнштейном Шварцшильд нашел первое решение уравнений Эйнштейна , которое теперь названо в его честь как « решение Шварцшильда » и которое имеет фундаментальное значение для теории черных дыр.

Существуют и другие тесные связи между АОП и теорией относительности Эйнштейна. В 1881 году Альберт А. Майкельсон впервые провел свои эксперименты с интерферометром ^[4] в подвале главного здания АОП, которые должны были опровергнуть движение Земли через гипотетический эфир . Его отрицательные результаты были в корне согласованы только с помощью специальной теории относительности Эйнштейна 1905 года.

Доказательство гравитационного красного смещения спектральных линий Солнца — эффекта, предложенного общей теорией относительности Эйнштейна — было целью солнечного башенного телескопа , который был построен с 1921 по 1924 год по инициативе Эрвина Финлея-Фрейндлиха . Хотя в то время еще не было технической возможности измерить гравитационное красное смещение, здесь начались важные разработки в области физики Солнца и плазмы, и архитектор Эрих Мендельсон создал с этой своеобразной экспрессионистской башней уникальное научное здание.

Помимо работ Шварцшильда, в последующие десятилетия такие важные наблюдательные программы, как Потсдамская фотометрическая программа наблюдений , и выдающиеся исследования солнечной короны Вальтера Гротриана получили признание во всем мире.

В конце XIX века Берлинская обсерватория , изначально построенная за пределами города, была окружена многоквартирными домами, поэтому научные наблюдения были практически невозможны. Поэтому Ферстер предложил перенести обсерваторию за пределы Берлина с лучшими условиями для наблюдений. В 1904 году он назначил Карла Германа Струве , бывшего директора обсерватории Кёнигсберга, своим преемником для реализации этого проекта.

После контрольных наблюдений Пауля Гутника летом 1906 года было найдено новое место на холме в восточной части Королевского парка Бабельсберга . Земля была предоставлена ​​в распоряжение обсерватории короной бесплатно. Расходы на новые здания и новые инструменты составили 1,5 миллиона золотых марок и могли быть покрыты за счет продажи земельного участка Берлинской обсерватории. Старая обсерватория, построенная Шинкелем, была позже снесена. В июне 1911 года в Бабельсберге началось строительство новой обсерватории, а 2 августа 1913 года переезд из Берлина в Бабельсберг был завершен.

Первые новые инструменты были доставлены весной 1914 года. 65-сантиметровый рефрактор ^[5] — первый большой астрономический инструмент, изготовленный знаменитым предприятием Carl Zeiss Jena — был установлен в 1915 году, тогда как завершение 122-сантиметрового рефлекторного телескопа ^[6] было отложено до 1924 года из-за Первой мировой войны. Струве умер в 1920 году от несчастного случая, и его преемником стал Пауль Гутник , который в 1913 году ввел в астрономию фотоэлектрическую фотометрию как первый объективный метод измерения яркости звезд. Когда 122-сантиметровый телескоп (в то время второй по величине в мире) был закончен, обсерватория Бабельсберг была самой оснащенной обсерваторией Европы.

Развитие фотоэлектрического метода исследования слабопеременных звезд и спектроскопические исследования с помощью 122-сантиметрового телескопа принесли Бабельсбергской обсерватории широкую известность и за пределами Европы.

В начале 1931 года Зоннебергская обсерватория, основанная Куно Хоффмайстером, была присоединена к Бабельсбергской обсерватории. Более 60 лет велось фотографическое исследование неба, представляющее собой второй по величине архив астрономических фотопластинок. Этот архив, а также открытие и исследование переменных звезд популяризировали название Зоннеберг во всем астрономическом мире.

С началом фашистского режима судьба астрономии в Потсдаме, а также в Бабельсберге пошла на спад. Изгнание еврейских коллег сыграло существенную роль в этом процессе. Начало Второй мировой войны фактически ознаменовало прекращение астрономических исследований.

Новый старт после войны был очень трудным. В Потсдаме башня Эйнштейна сильно пострадала от бомбежек, в Бабельсберге ценные приборы, среди которых был 122-сантиметровый телескоп (в бывшем здании которого сейчас находится библиотека AIP), были демонтированы и вывезены в Советский Союз в качестве военных репараций. Сейчас 122-сантиметровый телескоп работает в Крымской астрофизической обсерватории .

В январе 1947 года Немецкая академия наук взяла АОП и Бабельсбергскую обсерваторию под свое управление, но только в начале 1950-х годов астрономические исследования возобновились.

Директор AOP Ханс Кинле взял на себя обязанности редактора профессионального журнала Astronomical Notes (нем. Astronomische Nachrichten ), который по сей день издается в AIP и, кроме того, является старейшим профессиональным журналом по астрономии.

В июне 1954 года в составе АОП начала работу Обсерватория солнечной радиоастрономии ^{[7] (OSRA) в Тремсдорфе (17 км к юго-востоку от Потсдама). Её история началась в 1896 году: после открытия радиоволн} Генрихом Герцем в 1888 году, Иоганнес Вильсинг и Юлиус Шайнер , сотрудники АОП, попытались обнаружить радиоизлучение Солнца. Им это не удалось из-за низкой чувствительности их оборудования. После Второй мировой войны Герберт Даен снова начал попытки радионаблюдений Солнца в Бабельсберге, которые были продолжены в Тремсдорфе.

В октябре 1960 года в Таутенбургском лесу недалеко от Йены был открыт 2-метровый телескоп, построенный компанией Carl Zeiss Jena , и была основана новая обсерватория имени Карла Шварцшильда . Вариант этого телескопа Шмидта до сих пор является крупнейшей астрономической широкоугольной камерой в мире и был основным наблюдательным инструментом астрономов ГДР.

В 1969 году четыре восточногерманских астрономических института — Астрофизическая обсерватория Потсдам, Бабельсбергская обсерватория, Тюрингенская Зоннебергская обсерватория и Обсерватория Карла Шварцшильда в Таутенбурге — были объединены в ходе реформы академии в Центральный институт астрофизики Академии наук ГДР. Позднее к нему присоединились солнечная обсерватория Эйнштейновская башня и Обсерватория солнечной радиоастрономии.

Часть научной деятельности касалась космических магнитных полей и космических динамо, явлений турбулентности , магнитных и эруптивных процессов на Солнце, взрывных процессов диссипации энергии в плазме, переменных звезд и звездной активности. Другая часть была направлена ​​на ранние фазы космической эволюции и происхождение структур во Вселенной , крупномасштабных структур вплоть до сверхскоплений и активных галактик . В этой связи были разработаны специальные методы обработки изображений. Кроме того, проводились также исследования в области астрометрии .

Научная работа Центрального института астрофизики сильно пострадала от изоляции ГДР от западного мира. Было очень трудно вступить в контакт с западными коллегами. После падения Берлинской стены осенью 1989 года сразу же появились новые возможности.

На основании положений Соглашения об объединении Академии наук ГДР Центральный институт астрофизики был ликвидирован 31 декабря 1991 г. По рекомендации Ученого совета 1 января 1992 г. был создан Потсдамский астрофизический институт со значительно сокращенным штатом сотрудников. Он занимает бывшую территорию обсерватории Бабельсберг в Потсдаме -Бабельсберге .

Зоннебергская обсерватория и обсерватория Карла Шварцшильда больше не связаны с AIP, но AIP по-прежнему управляет Обсерваторией солнечной астрономии Радо ^[7] (OSRA) в Тремсдорфе и обслуживает Большой рефрактор ^[1] и Эйнштейновскую башню в Телеграфенберге.

С тех пор AIP расширил направления своих исследований, инициировал несколько новых технических проектов и принимает участие в нескольких крупных международных исследовательских проектах (см. ниже).

15 апреля 2011 года название AIP было изменено на «Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam», чтобы подчеркнуть принадлежность института к Ассоциации Лейбница. Институт сохраняет аббревиатуру «AIP», а также интернет-домен «aip.de».

• Магнитогидродинамика (МГД): магнитные поля и турбулентность в звездах, аккреционных дисках и галактиках; компьютерное моделирование динамо, магнитной нестабильности и магнитной конвекции.
• Физика Солнца : Наблюдение за солнечными пятнами и магнитным полем Солнца с помощью спектрополяриметрии; Гелиосейсмология и гидродинамические численные модели; Изучение процессов корональной плазмы с помощью радиоастрономии; Работа Обсерватории солнечной радиоастрономии ^[7] (OSRA) в Тремсдорфе с четырьмя радиоантеннами в различных диапазонах частот от 40 МГц до 800 МГц
• Звездная физика : численное моделирование конвекции в звездных атмосферах, определение параметров звездной поверхности и химического состава, ветров и пылевых оболочек красных гигантов; доплеровская томография структур звездной поверхности, разработка роботизированных телескопов, а также моделирование магнитных потоковых трубок.
• Звездообразование и межзвездная среда : Коричневые карлики и звезды малой массы, околозвездные диски, Происхождение двойных и кратных звездных систем
• Галактики и квазары : материнские галактики и окрестности квазаров, развитие квазаров и активных ядер галактик, структура и история происхождения Млечного Пути, численное компьютерное моделирование происхождения и развития галактик
• Космология : Численное моделирование формирования крупномасштабных структур. Полуаналитические модели формирования и эволюции галактик. Прогнозы для будущих крупных наблюдательных обзоров.

Большой бинокулярный телескоп (LBT) — это новый телескоп на горе Грэхемс в Аризоне. LBT состоит из двух огромных 8,4-метровых телескопов на общей монтировке. С площадью 110 квадратных метров LBT является крупнейшим телескопом в мире на одной монтировке, уступая только VLT и Keck вместе взятым.

Эксперимент по радиальным скоростям ^[8] измеряет до 2010 года радиальные скорости и содержание элементов у миллиона звезд, преимущественно в южном небесном полушарии. Для этой цели будет использоваться многообъектный спектрограф 6dF на телескопе UK Schmidt диаметром 1,2 м Англо -австралийской обсерватории .

Sloan Digital Sky Survey (SDSS) подробно исследует четверть всего неба и определит положение и абсолютную яркость более 100 миллионов небесных объектов. Кроме того, будут оценены расстояния более миллиона галактик и квазаров. С помощью этого исследования астрономы смогут оценить распределение крупномасштабных структур во Вселенной. Это может дать подсказки об истории развития Вселенной.

LOFAR — это европейский радиоинтерферометр, который измеряет радиоволны с помощью множества отдельных антенн в разных местах, которые он объединяет в один сигнал. Одна из этих международных станций LOFAR была построена в Борниме Потсдамом и эксплуатируется AIP.

Solar Orbiter — международная миссия, возглавляемая Европейским космическим агентством (ESA) при участии NASA. Она была запущена 10 февраля 2020 года и будет наблюдать за Солнцем в течение как минимум семи лет. Научная полезная нагрузка состоит из 10 инструментов: четырех приборов in situ, которые измеряют физические условия (магнитное поле, радиоволны, энергичные частицы...) в месте расположения космического корабля, и шести приборов дистанционного зондирования, которые наблюдают за Солнцем и его короной в различных диапазонах длин волн. AIP участвует в работе и научной эксплуатации двух инструментов: спектрометрического телескопа для получения рентгеновских изображений (STIX) и детектора энергетических частиц (EPD).

Немецкая астрофизическая виртуальная обсерватория ^[9] (GAVO) — это проект e-Science , ^[2] , который создает виртуальную платформу наблюдений для поддержки современных астрофизических исследований в Германии. Это немецкий вклад в международные усилия по созданию общей виртуальной обсерватории . GAVO обеспечивает стандартизированный доступ к немецким и международным архивам данных.

GREGOR ^[10] — 1,5-метровый телескоп для исследования Солнца обсерватории Тейде на Тенерифе. Это новый тип солнечного телескопа, который заменяет предыдущий 45-сантиметровый телескоп Грегори-Куде. GREGOR оснащен адаптивной оптикой и достигнет разрешения 70 км поверхности Солнца. Исследование этих малых структур важно для понимания глубинных процессов взаимодействия магнитных полей с плазменной турбулентностью на Солнце. Разработкой телескопа Грегор будет руководить Институт солнечной физики имени Кипенхойера (KIS) ^[11] при участии нескольких институтов. Телескоп назван в честь Джеймса Грегори , изобретателя телескопа Грегори .

AIP является партнером в LBT Consortium (LBTC) и вносит финансовый и материальный вклад в строительство Большого бинокулярного телескопа . Это подразумевает как разработку, так и изготовление оптики, механических и электронных компонентов, а также разработку программного обеспечения для блоков сбора, наведения и волнового фронта ^[12] (AGW). Блоки AGW являются важнейшими компонентами телескопа и незаменимы для адаптивной оптики .

Multi Unit Spectroscopic Explorer ^[13] (MUSE) — это инструмент второго поколения для VLT ESO . MUSE оптимизирован для наблюдения за обычными галактиками вплоть до очень большого красного смещения. Кроме того, он обеспечит детальное изучение соседних обычных, взаимодействующих и звездообразующих галактик .

PEPSI ^{[14] — это} спектрограф высокого разрешения для LBT . Он позволит одновременно наблюдать циркулярно и линейно поляризованный свет с высоким спектральным и временным разрешением. Спектрограф расположен в комнате со стабилизированной температурой и давлением внутри колонны телескопа. Свет будет передаваться по оптоволокну от телескопа к спектрографу.

STELLA ^[15] — это роботизированная обсерватория, состоящая из двух 1,2-метровых телескопов. Это долгосрочный проект по наблюдению за показателями звездной активности звезд, подобных Солнцу. Операция выполняется без участия оператора — телескопы автоматически выбирают подходящую стратегию наблюдения.

Радиообсерватория OSRA ^[7] наблюдала и регистрировала радиоизлучение короны Солнца каждый день с 1990 по 2007 год. Она состояла из четырех антенн, которые вели наблюдения в четырех различных диапазонах частот: 40–80 МГц, 100–170 МГц, 200–400 МГц и 400–800 МГц. Антенны были роботизированы для автоматического следования за Солнцем. Обсерватория располагалась в Тремсдорфе, недалеко от Потсдама.

4MOST ^[16] — это многоволоконный многоспектрографический инструмент, который заменит VIRCAM на 4-метровом телескопе VISTA и выполнит 5-летнее обследование как галактических, так и внегалактических целей. В то время как оборудование было спроектировано и построено международной группой специалистов, инструмент собирается и тестируется в AIP. В отличие от большинства проектов ESO , он будет совместно эксплуатироваться как ESO, так и научным консорциумом, при этом управление проектом по-прежнему будет осуществляться в AIP.

• 4МОСТ ^[16]
• Солнечный телескоп Эйнштейна

• Большой рефрактор в Телеграфенберге ^[1]
• GREGOR ^[10] солнечный телескоп, сотрудничество с KIS ^[11]
• Большой бинокулярный телескоп
• Меридианный круг ^[17]
• OSRA ^[7] Солнечная радиообсерватория в Тремсдорфе
• RoboTel ^[18] роботизированный телескоп
• STELLA ^[15] роботизированный телескоп
• Вакуумный башенный телескоп VTT, сотрудничество с KIS ^[11]
• Телескоп-рефлектор Zeiss 70 см ^[19]
• Телескоп-рефлектор Zeiss 50 см ^[20]
• Телескоп-рефрактор Цейсса ^[5]

• Список астрономических обществ

• Вольфганг Р. Дик, Клаус Фритце (Hrsg.): 300 лет астрономии в Берлине и Потсдаме: eine Sammlung von Aufsätzen aus Anlaß des Gründungsjubiläums der Berliner Sternwarte . Verlag Harri Deutsch , Тун, Франкфурт-на-Майне, 2000, ISBN 3-8171-1622-5 

• Институт астрофизики имени Лейбница в Потсдаме
• История на веб-странице AIP
• Большой бинокулярный телескоп Обсерватория
• Немецкое астрономическое сообщество Сетка астрофизической электронной науки в Германии

52°24′18″с.ш. 13°06′15″в.д. / 52.40500°с.ш. 13.10417°в.д. / 52.40500; 13.10417