Anisoplantismus

Anisoplanatismus ist das Versagen eines optischen Systems, gleichmäßige Bildqualität über das gesamte Gesichtsfeld zu bewahren. Während ein wirklich isoplanatisches System überall im Bild identische Punktausbreitungsfunktionen (PSFs) erzeugt, erzeugt ein anisoplantisches System unterschiedliche PSFs je nach Position im Rahmen. Das ist wichtig, weil es bedeutet, dass Aberrationen, Unschärfe oder Verzeichnung mit zunehmendem Abstand von der optischen Achse schlimmer werden oder sich unvorhersehbar über die Bildebene hinweg verändern.

Der Begriff stammt aus griechischen Wurzeln: an (nicht) und Isoplanatismus, was selbst räumliche Invarianz bedeutet. In der adaptiven Optik ist Anisoplanatismus eine harte Einschränkung. Bei der Korrektur von atmosphärischer Turbulenz mittels eines Wellenfrontsensors, der auf einen Leitstern ausgerichtet ist, durchquert Licht von einem versetzten Wissenschaftsziel leicht unterschiedliche Luftmassen und sammelt unterschiedliche Phasenfehler auf. Die für eine Himmelsrichtung optimierte Korrektur verschlechtert die Leistung in einer anderen. Das ist die Anisoplanatismus-Grenze, und sie verkleinert das verwendbare Korrekturfeld dramatisch, besonders bei langen Belichtungszeiten im sichtbaren Licht.

Anisoplanatismus tritt in fast jedem echten optischen System auf. Teleskope zeigen ihn wegen Koma und Astigmatismus bei großen Feldwinkeln. Weitwinkelkameras und Mikroskope leiden unter Vignettierung und Feldwölbung. In der Radarsynthesesapertur und in der astronomischen Bildgebung begrenzt der Anisoplanatismus der turbulenten Atmosphäre die isoplanatische Patch-Größe, typischerweise dutzende Bogensekunden unter schlechten Bedingungen. Für bodengestützte Teleskope im sichtbaren Wellenlängenbereich beträgt der isoplanatische Winkel ungefähr 1 Bogensekunde; im Infrarot verbessert er sich auf dutzende Bogensekunden, weil längere Wellenlängen weniger empfindlich gegenüber kleinräumiger Turbulenz sind.

Der Durchmesser des Teleskops spielt auch eine Rolle. Größere Öffnungen erfassen feinere Strukturen in der Wellenfront, was die Anisoplanatismus-Effekte schwerwiegender macht. Eine 10-Meter-Öffnung sieht einen kleineren isoplanatischen Patch als eine 1-Meter-Öffnung unter identischen atmosphärischen Bedingungen. Das ist der Grund, warum Restfehler nach Korrektur in der adaptiven Optik bei zunehmender Öffnung schlecht skalieren, wenn man nicht die Leitstern-Konstellation erweitert oder Laser-Leitsterne an mehreren Positionen verwendet.

Anisoplanatismus durch Konstruktion zu vermeiden erfordert entweder die Akzeptanz eines kleineren nutzbaren Feldes oder die Akzeptanz der Kosten verteilter Korrektur: mehrere Leitsterne, konjugierte Höhenschichten mit großem Bereich oder Multi-Konjugat-Adaptive-Optik. Bei konventioneller Abbildung bedeutet das kürzere Belichtungszeiten verwenden, abblenden (Lichtverlust), oder optische Systeme mit sorgfältig ausgewogenen Aberrationen konstruieren, die Anisoplanatismus in einer Richtung gegen Isoplanatismus in einer anderen tauschen. Die Erkenntnis von Anisoplanatismus ist das, was ein für eine Punktquelle ausgelegtes Teleskop von einem für Großfeld-Surveying gebauten unterscheidet.