Im Oktober 2026 gaben Forschende der Heriot-Watt University in Schottland einen bedeutenden Fortschritt in der astronomischen Beobachtung bekannt: Ein winziger photonischer Glaschip hatte erfolgreich das Licht zweier getrennter Teleskope zusammengeführt, sodass diese gemeinsam wie ein einziges hochauflösendes Instrument arbeiten konnten. Das am CHARA Array Observatory in Kalifornien getestete Bauteil ersetzt einen Teil der komplexen optischen Ausrüstung, die normalerweise zur Kombination von Teleskopsignalen erforderlich ist. Besonders wichtig ist dieses Experiment, weil damit eine Technologie, an der seit mehr als 15 Jahren geforscht wird, den Schritt vom Labor zu tatsächlichen Sternbeobachtungen geschafft hat. Die in der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlichten Ergebnisse zeigen, wie kompakte lichtleitende Bauteile zukünftige astronomische Instrumente präziser, anpassungsfähiger und wartungsfreundlicher machen könnten.
Wie ein kleiner Glaschip zwei astronomische Teleskope miteinander verbindet
Die größte Herausforderung der hochauflösenden Astronomie besteht nicht allein darin, möglichst viel Licht zu sammeln. Entscheidend ist vielmehr, genügend Informationen zu erhalten, um extrem kleine Einzelheiten weit entfernter Himmelskörper unterscheiden zu können. Herkömmliche Teleskope erzielen schärfere Ansichten durch größere Spiegel. Allerdings sind der Bau und der Betrieb riesiger optischer Instrumente kostspielig und technisch anspruchsvoll. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Beobachtungen mehrerer Teleskope zu kombinieren, die in einem bestimmten Abstand voneinander aufgestellt sind. Werden ihre Lichtsignale korrekt zusammengeführt, können Astronomen feine Strukturen messen, für deren Auflösung ansonsten ein wesentlich größeres Teleskop erforderlich wäre. Dieses als astronomische Interferometrie bezeichnete Verfahren wird bereits seit Jahrzehnten eingesetzt. Die zur Kombination optischer Signale benötigte Ausrüstung ist jedoch weiterhin komplex.
Das Forschungsteam der Heriot-Watt University ging dieses Problem mit der Entwicklung eines photonischen Chips an, der lediglich wenige Zentimeter groß ist. Anstatt ausschließlich separate Spiegel, Linsen und andere optische Komponenten einzusetzen, leitet das Bauteil Licht durch mikroskopisch kleine Kanäle im Inneren eines transparenten Glaskörpers. Diese Kanäle führen die eingehenden Signale zusammen und bewahren dabei die für präzise astronomische Messungen erforderlichen Beziehungen zwischen den Lichtwellen. Der Chip enthält keine Kamera, erzeugt eigenständig kein vollständiges Bild und ersetzt auch nicht die Teleskope selbst. Seine Aufgabe besteht darin, einen besonders anspruchsvollen Verarbeitungsschritt zwischen dem Sammeln des Sternenlichts und der anschließenden Auswertung der gewonnenen Informationen zu übernehmen.
Entwickelt wurde das Bauteil von Professor Robert Thomson und Dr. Aurélien Benoît am Institute of Photonics and Quantum Sciences der Heriot-Watt University. Ihre Arbeit war Teil einer internationalen Zusammenarbeit mit Forschenden aus Großbritannien, Deutschland und den Vereinigten Staaten. Die Glaskomponente wurde in CHARIOT eingebaut, ein experimentelles Instrument am CHARA Array, und führte dort erfolgreich das von zwei Teleskopen gesammelte Licht zusammen. Nach Angaben der Universität vom 27. Oktober 2026 stellte dieser Erfolg einen wichtigen Meilenstein für ein Forschungsprogramm dar, das mehr als 15 Jahre zuvor begonnen hatte. Der entscheidende Fortschritt bestand nicht nur darin, den Chip unter kontrollierten Laborbedingungen zum Funktionieren zu bringen, sondern seine Einsatzfähigkeit bei echten astronomischen Beobachtungen nachzuweisen.
Warum die Kombination von Licht genauere astronomische Messungen ermöglicht
Man stelle sich vor, ein weit entfernter Stern werde gleichzeitig durch zwei Teleskope betrachtet, zwischen denen ein beträchtlicher Abstand liegt. Beide Teleskope empfangen Licht desselben Himmelskörpers, doch die Signale erreichen die Instrumente auf leicht unterschiedlichen Wegen. Durch einen äußerst sorgfältigen Vergleich dieser Signale können Astronomen Informationen über die scheinbare Größe, Form und Struktur des Sterns gewinnen. Je größer der Abstand zwischen den Teleskopen ist, desto feinere Winkelstrukturen lassen sich grundsätzlich messen. Deshalb können mehrere kleinere Teleskope, die gemeinsam arbeiten, unter bestimmten Bedingungen Einzelheiten sichtbar machen, die ein einzelnes Teleskop nicht auflösen kann. Das Zusammenführen ihrer Signale bedeutet allerdings nicht automatisch, dass sie dieselbe Lichtsammelleistung wie ein einziger riesiger Spiegel erreichen.
Das Verfahren beruht auf einem physikalischen Phänomen namens Interferenz. Sie entsteht, wenn sich Lichtwellen überlagern und dabei messbare Helligkeitsschwankungen hervorrufen. Diese Schwankungen enthalten Informationen über das beobachtete Objekt. Damit diese Informationen erhalten bleiben, muss das Licht aus den verschiedenen Teleskopen mit sorgfältig abgestimmter zeitlicher Ankunft und kontrollierten Unterschieden zwischen den optischen Weglängen zum Kombinationsinstrument gelangen. Bereits kleine Störungen können die Messungen beeinflussen. Herkömmliche Interferometer benötigen deshalb aufwendige optische Anordnungen und kontinuierliche Justierungen. Der Glaschip der Heriot-Watt University übernimmt einen Teil dieser Aufgaben innerhalb einer kompakten Struktur und reduziert dadurch die Anzahl separater optischer Bauteile, die für die Kombination der Lichtstrahlen erforderlich sind.
Dieser Unterschied erklärt, weshalb die Demonstration weit über die geringen Abmessungen des Chips hinaus von Bedeutung ist. Astronomen versuchen nicht lediglich, vorhandene Geräte kleiner zu gestalten. Sie suchen nach zuverlässigeren Methoden, um äußerst geringe Unterschiede im Licht weit entfernter Himmelskörper zu messen. Eine kompakte optische Komponente kann dazu beitragen, die Beziehungen zwischen verschiedenen Lichtwegen stabil zu halten. Allerdings muss das gesamte Observatorium weiterhin atmosphärische Störungen, die Ausrichtung der Teleskope und andere Fehlerquellen kontrollieren. Das Experiment von 2026 zeigte, dass ein Glaschip an solchen anspruchsvollen Messungen beteiligt sein kann, ohne die grundlegende Präzision zu beeinträchtigen, die für die stellare Interferometrie erforderlich ist. Es handelt sich somit um eine praktische Verbesserung beim Aufbau astronomischer Instrumente und nicht um eine vollständig neue Methode, Licht aus dem Weltraum einzufangen.
Das CHARIOT-Experiment am kalifornischen CHARA Array
Die erfolgreichen Beobachtungen fanden am CHARA Array auf dem Mount Wilson in Kalifornien statt. Die von der Georgia State University betriebene Anlage umfasst sechs Teleskope mit jeweils einem Hauptspiegel von ungefähr einem Meter Durchmesser. Ihre Anordnung innerhalb des Observatoriums ermöglicht es, die Beobachtungen unterschiedlicher Teleskoppaarungen zu kombinieren und außergewöhnlich feine Winkelstrukturen zu messen. CHARA hat bereits zu Untersuchungen von Sterndurchmessern, Doppelsternsystemen und Strukturen auf Sternoberflächen beigetragen. Die vorhandene Beobachtungstechnik und die langjährige Erfahrung mit interferometrischen Messverfahren machten die Einrichtung zu einem geeigneten Standort, um zu prüfen, ob der experimentelle photonische Chip den Anforderungen tatsächlicher astronomischer Forschung gewachsen ist.
Das neue Instrument trägt den Namen CHARIOT, eine Abkürzung für CHara ARray Integrated Optics Testbench. Es wurde als flexibel nutzbare Versuchseinrichtung entwickelt, in der Forschende verschiedene photonische Komponenten installieren, betreiben und untersuchen können. Anders als die vollständige Anlage mit ihren sechs Teleskopen war die ursprüngliche CHARIOT-Konfiguration darauf ausgelegt, das Licht von zwei Teleskopen zusammenzuführen. Optische Fasern transportieren das gesammelte Licht zum Strahlkombinierer aus Glas. Dank dieser Bauweise lassen sich wichtige Komponenten austauschen, ohne das gesamte Instrument neu konstruieren zu müssen. Forschende können deshalb unterschiedliche optische Konzepte unter realen Beobachtungsbedingungen testen und ihre Leistungsfähigkeit mit der etablierter Geräte vergleichen.
Während der Beobachtungskampagnen 2024 und 2025 gelang es dem internationalen Forschungsteam, mithilfe von CHARIOT Interferenzsignale von Sternen aufzuzeichnen. Diese Beobachtungen lieferten den Nachweis, dass der Glaschip auch außerhalb des Labors eingesetzt werden kann und echtes Sternenlicht verarbeitet, das von getrennten Teleskopen gesammelt wurde. Die Studie wurde von Dr. Aline N. Dinkelaker geleitet und am 21. September 2026 online veröffentlicht. Anschließend erschien sie in der Oktoberausgabe 2026 der Fachzeitschrift Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Die Ergebnisse sind besonders wertvoll, weil Labormessungen nicht sämtliche Herausforderungen eines Observatoriums nachbilden können. Dazu gehören wechselnde atmosphärische Bedingungen, Unterschiede in der Signalhelligkeit und die betrieblichen Anforderungen astronomischer Instrumente.
Was die Beobachtungen von 2024 und 2025 tatsächlich nachgewiesen haben
Zu den wichtigsten Ergebnissen gehörte die nachgewiesene Messpräzision des Instruments. Bei ausreichend hellen Sternen erreichte CHARIOT eine Genauigkeit von besser als 1 % bei der Messung der rohen quadrierten Streifensichtbarkeit. Diese Messgröße verwenden Astronomen, um das Interferenzsignal zu beurteilen, das durch die Kombination des Lichts verschiedener Teleskope entsteht. Vereinfacht ausgedrückt konnte das Instrument geringe Veränderungen im zusammengeführten Sternenlicht mit bemerkenswerter Konstanz erfassen. Dieses Ergebnis bezieht sich auf die konkrete Messgröße und die in der Forschungsarbeit beschriebenen Beobachtungsbedingungen. Es darf daher nicht als Aussage verstanden werden, dass sämtliche astronomischen Messungen mit diesem Chip eine Fehlerquote von weniger als 1 % aufweisen.
Die Forschenden untersuchten außerdem, wie lichtschwach ein Stern sein durfte, damit das neue Instrument ihn noch beobachten konnte. Ihre veröffentlichten Ergebnisse belegen eine erfolgreiche Erfassung von Interferenzstreifen beim Stern HD 210824, dessen Helligkeit im K-Band mit einer Magnitude von 5,212 angegeben wird. Die Beobachtung gelang unter schlechten bis mäßigen atmosphärischen Sichtbedingungen. Astronomen verwenden die Magnitudenskala zur Beschreibung der Helligkeit von Himmelskörpern, wobei größere Werte schwächere Objekte kennzeichnen. Das K-Band bezeichnet einen Bereich des nahen Infrarotlichts, dessen Wellenlängen außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektrums liegen. Die Beobachtungen zeigten, dass CHARIOT Interferenzsignale von lichtschwächeren Sternen erfassen konnte als das zuvor verwendete System. Um seine Empfindlichkeit und Präzision für anspruchsvollere Beobachtungsziele weiter zu erhöhen, sind jedoch zusätzliche Verbesserungen erforderlich.
Ein weiteres wichtiges Ergebnis bestand darin, dass CHARIOT bereits eine mit JouFLU vergleichbare Leistungsfähigkeit erreichte. JouFLU war das zuvor am CHARA Array für ähnliche Beobachtungen eingesetzte Instrument. Dieser Vergleich ist entscheidend, denn eine neue Komponente ist wissenschaftlich nur dann sinnvoll, wenn sie zuverlässige Messungen liefert und nicht lediglich kleiner oder einfacher herzustellen ist. Die Experimente bestätigten, dass der Strahlkombinierer aus Glas eine echte astronomische Beobachtungsaufgabe erfüllen kann und zugleich Entwicklungsmöglichkeiten für die Zukunft eröffnet. Die veröffentlichte Arbeit berichtete weder über die Entdeckung eines neuen Planeten noch über die direkte Aufnahme eines Exoplaneten oder eine vollständige Umgestaltung der Möglichkeiten des Observatoriums. Ihr eigentlicher Erfolg war der Nachweis einer kompakten und hochpräzisen Methode, um das Licht mehrerer Teleskope unter realen Bedingungen zusammenzuführen.
Wie photonische Chips die zukünftige Weltraumforschung verändern könnten
Die übergeordnete Bedeutung des Heriot-Watt-Experiments liegt im wachsenden Forschungsgebiet der Astrophotonik. Dabei werden Technologien zur Führung und Verarbeitung von Licht in astronomischen Instrumenten eingesetzt. Photonische Bauteile finden bereits Anwendung in der Telekommunikation, der Sensorik und bei wissenschaftlichen Messungen. In der Astronomie eröffnen sie Möglichkeiten, optische Instrumente kleiner zu gestalten und gleichzeitig komplizierte Funktionen mit weniger einzelnen Komponenten auszuführen. Das könnte besonders wichtig werden, wenn Observatorien technisch immer anspruchsvoller werden und Forschende zuverlässige Messungen zunehmend lichtschwacher und weit entfernter Objekte anstreben. Kleinere Instrumente können außerdem praktische Vorteile bieten, wenn der verfügbare Raum, der Zugang für Wartungsarbeiten und die mechanische Stabilität berücksichtigt werden müssen.
Ein mögliches Anwendungsgebiet ist die Erforschung von Sternen und Planetensystemen außerhalb unseres Sonnensystems. Astronomen nutzen hochauflösende Messungen, um Eigenschaften wie Sterndurchmesser, das Verhalten von Doppelsternsystemen und die Umgebung junger Sterne zu untersuchen. Solche Beobachtungen können Modelle verbessern, die beschreiben, wie sich Sterne entwickeln und wie Planeten in ihrer Umgebung entstehen. Fortschrittlichere interferometrische Instrumente könnten künftig dazu beitragen, Planetensysteme detaillierter zu untersuchen und Verfahren zur Entdeckung oder Charakterisierung von Exoplaneten weiterzuentwickeln. Allerdings war das CHARIOT-Experiment von 2026 eine Demonstration der Technologie zur Strahlkombination und keine direkte Beobachtung eines Planeten mithilfe des neuen Chips. Für anspruchsvollere Anwendungen wären weitere Verbesserungen der Empfindlichkeit und der Leistungsfähigkeit des gesamten Instruments notwendig.
Die Technologie könnte außerdem beeinflussen, wie zukünftige Observatorien modernisiert werden. Komplexe optische Instrumente erfordern häufig umfangreiche technische Arbeiten, wenn einzelne Komponenten ausgetauscht oder verbessert werden müssen. CHARIOT wurde bewusst so konstruiert, dass sich dieser Vorgang vereinfachen lässt: Photonische Chips können innerhalb weniger Stunden gewechselt werden. Auf diese Weise können Forschende neue Entwürfe untersuchen, ohne langwierige Umbauten vornehmen zu müssen. Diese Flexibilität ist besonders für die wissenschaftliche Entwicklung nützlich, bei der aufeinanderfolgende Experimente zeigen, welche Komponenten die besten Ergebnisse liefern. Kompakte optische Bauteile machen zusätzliche Geräte zwar nicht überflüssig, können jedoch einzelne Funktionen vereinfachen und es erleichtern, technische Verbesserungen einzuführen, sobald neue Verfahren verfügbar werden.
Warum lasergeschriebene Glastechnologie über dieses Experiment hinaus wichtig ist
Der Glaschip selbst wurde mithilfe eines Verfahrens hergestellt, das als Ultrakurzpuls-Laserinskription bezeichnet wird. Während der Fertigung erzeugen extrem kurze Laserpulse dauerhafte Veränderungen im Inneren eines transparenten Materials. Dadurch entstehen schmale Wege, durch die sich Licht gezielt leiten lässt. Diese internen Strukturen werden als optische Wellenleiter bezeichnet. Beim Bauteil der Heriot-Watt University wurden die Wellenleiter in eine spezielle Form von Quarzglas namens Infrasil geschrieben. Das Material wurde aufgrund seiner günstigen Lichtdurchlässigkeit im nahen infraroten K-Band ausgewählt. Das Herstellungsverfahren ermöglicht es, sorgfältig angeordnete optische Leitungswege innerhalb eines festen Glaskörpers zu erzeugen, anstatt jede Verbindung aus separaten miniaturisierten Einzelteilen zusammensetzen zu müssen.
Diese Methode bietet einen wichtigen konstruktiven Vorteil, weil sich die Anordnung der inneren Kanäle auf eine bestimmte Aufgabe abstimmen lässt. Licht kann durch die innerhalb derselben Glaskomponente erzeugten Wege gelenkt, aufgeteilt und wieder zusammengeführt werden. Unterschiedliche Chipdesigns können deshalb verschiedene optische Funktionen übernehmen und gleichzeitig eine kompakte Bauform beibehalten. Bei CHARIOT ist der Chip über optische Fasern mit dem übrigen Instrument verbunden, wodurch ein Austausch vergleichsweise unkompliziert möglich ist. Allerdings müssen diese Vorteile auch im Zusammenhang mit praktischen Einschränkungen betrachtet werden. Dazu gehören Lichtverluste bei der Übertragung, die Stabilität der Verbindungen und die Fähigkeit, mit immer lichtschwächeren astronomischen Quellen zu arbeiten.
Mit Stand November 2026 hat der photonische Glaschip der Heriot-Watt University erfolgreich gezeigt, dass sich das Licht zweier Teleskope auf wissenschaftlich nutzbare Weise kombinieren lässt. Dennoch bleibt er Bestandteil eines experimentellen Instruments und ist kein universeller Ersatz für herkömmliche astronomische Optik. Sein unmittelbar wichtigster Beitrag besteht darin, den Forschenden ein funktionierendes Konzept bereitzustellen, das sie an einem bedeutenden Observatorium weiterentwickeln und unter realen Bedingungen testen können. Die Zusammenarbeit zwischen der Heriot-Watt University, deutschen Forschungseinrichtungen und dem CHARA-Team verdeutlicht, wie sich Erkenntnisse aus der photonischen Grundlagenforschung in praktisch einsetzbare astronomische Geräte übertragen lassen. Indem eine anspruchsvolle optische Funktion in einer nur wenige Zentimeter großen Glaskomponente untergebracht wird, entstehen neue Möglichkeiten für die Entwicklung kompakterer Instrumente, die immer präzisere Beobachtungen von Sternen und Planetensystemen unterstützen können.