Detektorsystem

Detektorsystem bezeichnet in der Astronomie die Gesamtheit der Komponenten, die am Fokuspunkt eines Teleskops eingesetzt werden, um Strahlung aus dem All aufzufangen, zu registrieren und in auswertbare Daten umzuwandeln. Es umfasst den eigentlichen Sensor sowie alle zugehörigen Steuer-, Kühl- und Ausleseelektroniken.

Historisch verwendete man fotografische Platten und Filme, die das einfallende Licht chemisch festhielten. In den 1980er- und 1990er-Jahren haben digitale Halbleitersensoren diese Methode weitgehend abgelöst. Das in der professionellen optischen Astronomie verbreitetste Detektorelement ist der CCD-Chip (Charge-Coupled Device), der einfallende Photonen durch den photoelektrischen Effekt in elektrische Ladung umwandelt und diese pixelweise speichert. Moderne wissenschaftliche CCDs erreichen Quanteneffizienzen von über 90 Prozent - das heißt, mehr als 9 von 10 auftreffenden Photonen werden registriert.

Für verschiedene Wellenlängenbereiche werden unterschiedliche Detektoren eingesetzt. Im nahen Infrarot arbeiten InGaAs- oder HgCdTe-Sensoren. Für Röntgenstrahlung kommen spezielle CCDs oder Mikrokanalplatten zum Einsatz, die einzelne Röntgenphotonen registrieren und teils auch deren Energie messen. Radiodetektoren nutzen gekühlte Halbleiterempfänger und Mischerstufen.

Um das thermische Rauschen zu minimieren, werden Detektoren stark gekühlt: optische CCDs auf etwa -100 Grad Celsius, Infrarotdetektoren auf wenige Dutzend Kelvin und darunter. Großteleskope wie das Very Large Telescope (VLT) oder das James-Webb-Weltraumteleskop verwenden Mosaike aus mehreren Detektoren, um große Gesichtsfelder bei hoher Empfindlichkeit abzudecken.