Im amerikanischen Bundesstaat West Virgina befindet sich das Robert C. Byrd Green Bank Telescope, weltweit das größte vollbewegliche Radioteleskop.
Ein Beitrag von Frank Rinas. Quelle: NRAO, AUI.
Am Ostrand von West Virginia (USA) in Pocahontas County findet man eines der weltweit bedeutendsten Observatorien. Wenige Kilometer von dem recht übersichtlichen Ort Green Bank befindet sich das Green Bank Observatory, oder auch GBO abgekürzt. Hierbei handelt es sich um ein hochmodernes Observatorium mit einer größeren Auswahl an Radioteleskopen, die stets für aktuelle Forschungszwecke genutzt werden. Neben dem weltweit größten vollbeweglichen Radioteleskop mit dem Namen Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) und einem Antennenflächendurchmesser von 100 mal 110 Metern, ist hier auch das größte äquatorial montierte Radioteleskop mit 43 Metern beheimatet. Zusammen mit dem Massachusetts Institute of Technology (MIT) untersucht man unter Anderem mit letzterem die Turbulenzen in der Ionosphäre unseres Planeten. Des Weiteren gibt es noch ein 14-Meter-Radioteleskop, welches zum Beispiel zur Zeit als Spektrometer für die Untersuchung von Radiostörungen durch erhöhte Sonnenaktivität eingesetzt wird.
Neben den bisher genannten gibt es noch Radioteleskope mit Durchmessern von 12-26 Metern, die zu Test- oder Weiterbildungszwecken für Universitäten und andere Einrichtungen genutzt werden. Das GBO arbeitet an vielen technischen Forschungsbereichen und an verschiedensten Programmentwicklungen mit, die Bereiche wie digitale, mechanische, strukturelle Rechen- und Softwareentwicklung abdecken. Das GBO dient zudem noch als Einrichtung für viele universitäre oder schulische Projekte, sowie als Ausbildungsort für Studenten und Lehrer.
Im Jahr 1961 fand in Green Bank eine SETI-Konferenz statt, auf der die Drake-Gleichung bekannt wurde, welche von Frank Drake erstellt wurde und zur Abschätzung der Anzahl der technischen und intelligenten Zivilisationen in der Milchstraße dienen sollte. Mit knapp 50.000 Besuchern pro Jahr ist das GBO aber auch ein beliebtes Ausflugsziel für Touristen und bietet eben auch aus diesem Grund ein informatives Besucherzentrum, sowie Bustouren durch das Observatoriumsgelände an. Um das Observatorium herum befindet sich die sogenannte „National Radio Quiet Zone“ (NRQZ), welche eine Fläche von knapp 33.600 km² einschließt. Diese wurde eingerichtet um die Forschungsarbeiten der Radioquellen möglichst wenig zu stören. Beim Aufstellen von Sendeanlagen bedarf es in diesem Gebiet der Absprache mit dem GBO.
Weltweit einzigartig – das Robert C. Byrd Green Bank Teleskop (GBT)
Das mit Abstand wichtigste Radioteleskop des Green-Bank-Observatoriums ist ohne Frage das Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT). Dieses wurde am 2. August 2000 in Betrieb genommen und löste nach 29 Jahren das sich in Deutschland befindende, bis dahin größte vollbewegliche Radioteleskop in Effelsberg, ab. Die Antenne des GBT hat einen Durchmesser von 100 x 110 Meter und eine Fläche von ungefähr 7.854 m². Der nutzbare Frequenzbereich liegt bei 100 MHz bis 116 GHz (3 Meter bis 2,6 Millimeter Wellenlänge). Vergleichen wir dies nun einfach mal mit dem Radioteleskop Effelsberg. So hat dieses einen Durchmesser von 100 x 100 Meter, eine Fläche von 7.850 m² und bietet einen Frequenzbereich von 610 MHz bis 86 GHz (Wellenlänge 49 Zentimeter bis 3,5 Millimeter). Das Robert C. Byrd Green Bank Telescope hat mit seiner Beweglichkeit und seinem Standort Zugriff auf knapp 85% der Himmelsfläche und wird aus diesem Grund auch als Weitwinkelergänzung zu ALMA und ELVA verwendet. Eine Verfolgung von Objekten über einen längeren Zeitraum ist so problemlos möglich. Zudem ist es mit etwas mehr als 2000 präzise einstellbaren Aluminimum-Paneelen ausgestattet, was eine hohe Präzisionsleistung ermöglicht. Die tragende Konstruktion unter der Antennenfläche besteht aus 13.000 Stahlelementen und das gesamte Radioteleskop hat eine Masse von knapp 7.711 Tonnen und eine Gesamthöhe von circa 148 Metern.
Besondere Eigenschaften und Bauweisen des GBT
Das GBT weist einige Besonderheiten auf, welche die präzise und vielseitig verwendbare Qualität erst ermöglichen. Mit drei Besonderheiten wollen wir uns nun einmal kurz befassen:
Beim ersten Blick von außen auf das Teleskop, fällt sofort die Konstruktion der Antenne auf. Bei den anderen Radioteleskopen finden wir die Empfängermodule mittig über der Antennenfläche, beziehungsweise der Fokalpunkt befindet sich zentral. Dabei wird durch die Halterungen des Empfängers, meist drei bis vier Stahlträger (manche haben auch nur einen oder zwei Träger zentral), das Sammelvermögen der Antennen zumindest etwas beeinflusst, also beschränkt. Beim GBT hat man dies anders gelöst, denn hier befindet sich der Empfängersensor und Fokalpunkt am Randbereich der Fläche, montiert an eine haltende Stahlkonstruktion die sich dementsprechend mit der Antenne ausrichten kann und das Aufnahmevermögen der Antennenfläche nur minimal reduziert im Vergleich zu den anderen Konstruktionen.
Eine weitere besonders wichtige Eigenschaft ist die präzise Einstellbarkeit der einzelnen Elemente der Antennenfläche. Am Rand der Fläche befinden sich knapp 2.200 Kolbenelemente, welche jeweils einzeln bedient werden können. Diese sorgen dann für eine individuelle und äußerst präzise Verstellung der Paneele. Mit Hilfe dieser Technik wird eine Genauigkeit von bis zu 0,1 Millimeter erreicht, was man durchaus als äußerst genau bezeichnen kann. Dementsprechend vielseitig sind die Einsatzmöglichkeiten des GBT. Zudem ergibt sich daraus eine vergleichsweise hohe Genauigkeit bei den Messergebnissen. Für eine präzise Einstellung sorgen die Mitarbeiter in einem eigens für die Kolbenelemente vorhandenen Kontrollzentrum, wo jeder Kolben individuell eingestellt werden kann.
(Foto: NRAO/AUI)
Ohne Frage ist auch die breite Frequenzabdeckung des GBT ein Faktor der weltweiten Wichtigkeit dieses Radioteleskops. Denn wie eingangs des Artikels zum GBT bereits benannt, liegt dieser bei 100 MHz bis zu 116 GHz. Somit bietet das GBT die Basis für verschiedenste Arten von Messungen und damit die Möglichkeit für vielfältige Forschungsarbeiten in verschiedensten wissenschaftlichen Bereichen. Der Empfängerraum befindet sich auf knapp 137 Metern Höhe und auf diesem befinden sich dann die sogenannten Empfängerhörner. Die Frequenzabdeckung wird dabei durch 9 Empfänger erreicht. Im Dach des Empfängerraums befindet sich eine Art Revolver, mit dem man je nach Bedarf innerhalb weniger Minuten von Empfänger zu Empfänger wechseln kann. Ein besonderer Empfänger ist zum Beispiel der Q-Band-Empfänger. Dieser arbeitet auf einer 50-GHz-Frequenz und besitzt vier Hörner, wodurch gleichzeitig vier Punkte am Himmel untersucht werden können. Auch in diesem Bereich wird ständig in Zusammenarbeit mit Universitätslaboren an Neuentwicklungen und Verbesserungen gearbeitet.
Verwendung, Ergebnisse und Kooperationsprojekte
Durch die vielfältigen Möglichkeiten ist das GBT natürlich auch wichtiger Ausgangspunkt für viele wissenschaftliche Entdeckungen oder eben allgemein Forschungsprojekten. Des Öfteren erfolgt auch eine Zusammenarbeit mit anderen Radioteleskopen in Form von Kooperationsprojekten. Das GBT hatte und hat einen wichtigen Anteil bei der Erforschung von Dunkler Energie, Pulsaren, physikalischen Konstanten, Galaxienformationen, Entstehung und Entwicklung von Galaxienhaufen, Schwarzen Löchern, Sternformationen, Studien unseres Sonnensystems sowie wichtigen Ergebnissen im Bereich der interstellaren organischen Chemie. So wurde zum Beispiel auch unser Mond in den Polregionen genauer auf mögliches Eis in den tieferen Kratern untersucht, wobei man dort keines entdecken konnte.
Das GBT ist zudem Bestandteil des High Sensitivity Array (HSA), einer Gruppe von Radioteleskopen die gemeinsam die höchste Winkelauflösung und zugleich auch höchste Empfindlichkeit bei der Langbasisinterferometrie (VLBI) erzielen. Dabei folgten im Jahr 2012 gemeinsame Beobachtungen mit dem russischen RadioAstron-Weltraumteleskop. In diesem Jahr arbeitet das GBT bereits im globalen HSA-Netz. Neben bisherigen Beobachtung von Eigenbewegungen in der Nähe von Galaxien durch präzise Astrometrie auf Masern in Sternentstehungsgebieten ist es durch den Zusammenschluss der Teleskope möglich, mit einer bisher unerreichbaren Genauigkeit die Entfernung des Zentrums der Milchstraße parallaktisch zu bestimmen. Das liegt daran, dass mit dem HSA-Netz die vor dem Kern liegenden Staubstrukturen durchdrungen werden können.
Das GBT stellt also alles bereit für eine sehr effiziente Arbeitsweise, was auch die Nutzungszeiten bestätigen. Im Schnitt wird das Radioteleskop im Jahr knapp 6.500 Stunden benutzt und für sonstige Hochfrequenzforschungen 2.000 bis 3.000 Stunden. Das Teleskop zeigt sich mit seiner Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten als sehr flexibel und die Mitarbeiter vor Ort sorgen stets dafür, dass die Technik möglichst auf dem neusten Stand verbleibt. Dies ermöglicht dann zudem eine schnelle Reaktion auf neue wissenschaftliche Ideen, durch eine Umkonfiguration und Anpassung an neue experimentelle Hardware und Technologien. Auch die Zahlen der vergangenen Jahre zeigen noch einmal die Wichtigkeit des GBT im Bereich der Forschung, denn in den vergangenen 5 Jahren waren mehr als 900 Wissenschaftler mit ihren Studenten für Studien oder Projekte vor Ort, wobei allein 2012 mehr als 500 Wissenschaftler vor Ort waren.
Das Robert C. Byrd Green Bank Telescope ist also nicht nur das größte vollbewegliche Radioteleskop, sondern nimmt auch einen Platz ein unter den wichtigsten Radioteleskopen, die uns für die Erforschung des Universums zur Verfügung stehen.
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