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Autor Thema: Zusammenschaltung von Radioteleskopen  (Gelesen 12727 mal)

Offline Hans-walter

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Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« am: 21. August 2019, 11:13:39 »
Bei Zusammenschaltung von voneinander entfernt stehenden Radioteleskopen ergibt sich ein virtueller Spiegel mit einer Apertur, der dem Abstand der Teleskope entspricht, beispielsweise ein virtuelles Teleskop mit dem Durchmesser der Erde.
Wieso ist das so, wo doch nur wenige Signale entsprechend der Anzahl der einzelnen Teleskopen empfangen werden und dazwischen „nichts“ ist ? Nach welchem physikalischen Prinzip funktioniert die Auswertung, so dass solch hohe Auflösungen machbar sind ?

Offline Sensei

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #1 am: 21. August 2019, 11:39:09 »
Geometric Delay von planaren Wellen..

Für den Anfang wäre es gut den wiki Artikel durchzulesen und, wenn dein englisch gut genug ist, beispielsweise diesen Vortrag anzusehen:

https://de.wikipedia.org/wiki/Interferometer_(Radioastronomie)

https://www.youtube.com/watch?v=xavu2z2o33U

Wenn du danach noch weitere, konkrete Fragen hast dann frage hier gerne noch einmal nach.
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GG

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #2 am: 23. August 2019, 22:47:55 »
Das mit dem virtuellen Spiegel von der Größe des Abstandes ist ungenau.

Die Auflösung und Plastizität verbessern sich, da die "Augen" weiter auseinander sind. Die Signalstärke hingegen bleibt auf die Fläche der Antennen beschränkt. Im Vergleich mit den Augen bleibt die Summe beider Pupillen gleich.

Offline Ringkolbenmaschine

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #3 am: 01. Dezember 2019, 10:30:28 »
Zum Interessenkonflikt zwischen erdgestützter Sternenbeobachtung und erdumspannender Informationsversorgung und eine eventuelle Lösung eines Laien:

Bei Radioteleskopen ist es doch so, dass man viele kleine zu einen großen verschalten kann. Wenn man doch auf jeden Internetsatelliten der immer zur Erde ausgerichtet ist ein kleines miniaturisiertes Radioteleskop in entgegengesetzter Richtung  aufsattelt, und alle "zusammenschaltet", erhält man das größte Radioteleskop ever.
Gesendet wird dann das Empfangene direkt live zur Erde an alle interessierten.

Geht mit optischen Teleskopen vielleicht auch. Nachfolgend wurde aus vier 8-meter Teleskopen ein lichtstarkes optisches virtuelles Teleskop von 130 m.

https://abenteuer-astronomie.de/alle-vier-grossen-vlt-teleskope-als-interferometer-vereint/

Wenn ich es mir vorstelle: Tausende sehr kleine, leichte, optische Teleskope digital zum einen vereint, die hochaflösende  Fotos flimmerfrei, live,frei an alle Interessierten immer senden und zwar 24/7. Hätte etwas von einen Insekten-Facetten-Auge
https://de.wikipedia.org/wiki/Facettenauge#/media/Datei:Bremse_de_2009_detail.JPG.....

....ach ich Phantast, ich....  :)







Alle sagten: es funktioniert nicht.
Dann kam einer und machte es.

Offline Sensei

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #4 am: 01. Dezember 2019, 13:50:19 »
Und zu einfach gedacht.

Interferrometrie ist im Optischen EXTREM anspruchsvoll und hat sich trotz viele-jahre langer Forschung noch nicht einmal im Ansatz und auf dem Boden durchgesetzt.

Und bei Radioteleskopen: auch die einzelnen R.Teleskope brauchen gewisse Mindestvoraussetzungen. Einfach eine 30cm Dipolantenne an jeden Sat zu schrauben wird nicht reichen (wunder oh wunder ;) ).
Schau dir dazu mal die Einzelantennen der im "Very Long Baseline Interferometry" an.
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Offline Duesentrieb

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #5 am: 09. Dezember 2019, 14:02:24 »
Bei Zusammenschaltung von voneinander entfernt stehenden Radioteleskopen ergibt sich ein virtueller Spiegel mit einer Apertur, der dem Abstand der Teleskope entspricht, beispielsweise ein virtuelles Teleskop mit dem Durchmesser der Erde.

Hallo Hans Walter,
das stimmt vereinfacht gesagt, aber ist nur ein Teil der Wahrheit. Es entspricht eher der Situation, dass Du in eine Teleskopöffnung eine Blende setzt, in der die einzelnen Radioteleskope kleinen Löchern entspricht. Das Bild entspricht also niemals dem einer runden Apertur mit dem Durchmesser.

Je mehr Teleskope man zusammenschaltet, desto mehr Löcher hat die Blende und desto besser wird das Beugungsmuster des Objektes, das man beobachtet. Bei zwei Teleskopen (also nur zwei kleinen Löchern in der Blende) ist die räumliche Auflösung nur in der Verbindungslinie der beiden Teleskope gegeben. Senkrecht dazu entspricht die Auflösung nur der der Einzelteleskope.

Nun gibt es noch einen Trick. Man könnte die Blende im Teleskop ja drehen. Und aus den einzelnen Bildern, die ja nur eine Auflösung auf der Verbindungsrichtung haben, ein Gesamtbild zu erstellen. Und genau das passiert in der Radioastronomie, weil sich die Erde ja dreht. Dadurch hat man eine Bildfeldrotation und hat dadurch immer andere Richtungen, in die die Verbindungslinie zeigt.

Besser ist es, eine Vielzahl von Teleskopen zu benutzen, die natürlich einzeln auch schon eine möglichst große Öffnung haben sollten, um das Signal stark genug zu bekommen. Und mit vielen solchen Teleskopen hat man viele kleine Blenden vor der Öffnung des virtuellen Großteleskops.

Mathematisch gesehen hat das den Hintergrund, dass das Beugungsmuster einer Apertur durch die Fourier-Transformierte der Apertur gegeben ist. Und je mehr Teleskope die Apertur ausfüllen (Ausfüllen der uv-Ebene), desto besser entspricht das Bild wirklich dem eines riesigen Radioteleskops.

Vielleicht hilft dieser Vergleich ein bisschen zum Verständnis.

Offline McPhönix

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #6 am: 09. Dezember 2019, 14:28:09 »
Da muß es dann ja auch noch eine "Sammelstelle" für die Bilder geben. Gibts dort nicht große Herausforderungen an die Bildzusammenfügung und an das Timing ? Denn es nutzt wohl nix, wenn zwar das Bild eines Sternes korrekt übereinander liegt, aber die um den Stern "herumwabernden" Störungen aufeinanderaddiert werden. Da genügen ja schon die Millisekunden an Übertragungsverzögerungen, um eine Vielzahl davon zu erfassen.
Ich habe keine Angst vor Aliens. Solange sie über uns lachen wegen dem kleinkarierten Raketengefummel auf der Erde, tun sie uns nix.

Offline Schillrich

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #7 am: 09. Dezember 2019, 14:49:50 »
Also der prinzipielle Vorteil der Radio-Interferometrie ist schon, dass man die Daten auch "später" noch zusammenrechnen kann, da die Intereferenz/Kombination im Rechner entsteht. Alle Antennen müssen halt zeitlich synchronisiert sein, um jeder Messung ihren genauen Zeitpunkt zuzuordnen. Bei optischer Interferometrie geht das so nicht. Dort müssen ja tatsächlich die Wellen physikalisch an einem Ort und zum selben Zeitpunkt ("on the fly") überlagert werden ... außer optische Teleskope wären nicht mehr bildgebend, sondern würden die Welleneigenschaften "aufzeichnen".
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Offline Duesentrieb

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #8 am: 09. Dezember 2019, 16:24:12 »
Da muß es dann ja auch noch eine "Sammelstelle" für die Bilder geben. Gibts dort nicht große Herausforderungen an die Bildzusammenfügung und an das Timing ? Denn es nutzt wohl nix, wenn zwar das Bild eines Sternes korrekt übereinander liegt, aber die um den Stern "herumwabernden" Störungen aufeinanderaddiert werden. Da genügen ja schon die Millisekunden an Übertragungsverzögerungen, um eine Vielzahl davon zu erfassen.

Deshalb muss die Ankunftszeit der Signale an den Teleskopen auf weniger als Nanosekunden genau bekannt ist. Die von den Radioteleskopen empfangenen Signale bekommen also von Atomuhren Zeitstempel, damit man die Radiostrahlung anschließend phasengenau zusammenaddieren kann. Dabei muß man natürlich relativistische Korrekturen berücksichtigen und auch, dass sich die Abstände der Radioteleskope um Millimeter pro Jahr aufgrund der Kontinentalverschiebung ändern. Und auch die Erdatmosphäre (vor allem Wasserdampf in der Troposphäre) beeinflußt die Signale in einer sich ständig ändernden Art und Weise (nicht ganz so schlimm wie im Optischen). Durch Beobachtungen bei verschiedenen Wellenlängen kann man diese Effekte an jedem Standort weitgehend herauskalibrieren.

Offline Schillrich

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #9 am: 09. Dezember 2019, 16:54:00 »
Wie genau muss man bei Radioastronomie das Messinstrument überwachen? Seine Leistung? Seine Stabilität? Ich habe da selbst keine Ahnung, das könnte aber noch ein Aspekt sein, der eine "einfache Antenne auf dem Satellitendach" schwierig macht.
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Offline Rücksturz

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #10 am: 07. Januar 2020, 19:08:00 »
Hier ein Beispiel was man mit Very Large Basline Interferometrie (VLBI) bei Radioteleskopen erreichen kann:

"Radiostrahlungsausbruch wiederholt sich

Ein sich wiederholender Radiostrahlungsausbruch aus einer Spiralgalaxie - Lokalisierung einer neuen Quelle wiederholt auftretender Radioblitze vertieft das Rätsel ihres Ursprungs. Eine Information des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie, Bonn."


Optische Aufnahme der Ursprungsgalaxie des schnellen Radiostrahlungsausbruchs (FRB) 180916.J0158+65 mit dem „Gemini-Nord-Teleskop” auf Hawaii. Die Position des FRB ist markiert. Der Inset zeigt eine kontrastverstärkte Vergrößerung der Sternentstehungsregion in dieser Galaxie, in der der FRB gefunden wurde (die Position ist durch einen roten Kreis markiert).
(Bild: B. Marcote et al, Nature 2020)


Weiter in der Pressemeldung des Max-Planck-Instituts für Radioastronomie, Bonn:
https://www.raumfahrer.net/news/astronomie/07012020141041.shtml

Viele Grüße
Rücksturz


PS. Vielleicht sollte man diesen Thread eher bei "Astronomie / Technik & Wissenschaft: Astronomie" unterbringen, auch wenn es am Anfang als Frage gestartet wurde.
Es ist eine hochspannende Technik, die neben der Radioastronomie einen eigenen Thread verdient hat.

Offline Sensei

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #11 am: 07. Januar 2020, 19:17:49 »
Hier ein Beispiel was man mit Very Large Basline Interferometrie (VLBI) bei Radioteleskopen erreichen kann:

Für die nicht-Astronomen unter uns: was ist an dieser Beobachtung das Besondere, was die Fähigkeiten des VLBI demonstriert?
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Offline Rücksturz

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #12 am: 07. Januar 2020, 19:49:49 »
Man kann zur Erhöhung der Auflösung (in zwei Achsen, x- und y-Achse) "einfach" den Spiegeldurchmesser erhöhen.
Das kommt aber an Grenzen, die 100 m in Effelsberg für ein bewegliches Radioteleskop spielen schon in der
Championsleague.
Noch Größer geht dann irgendwann nicht mehr beweglich, sondern nur noch fest siehe Arecibo oder FAST in China.
Wenn die Auflösung weiter gesteigert werden soll, kommt man an VLBI nicht vorbei.
Wie Vorschreiber schon geschrieben haben, wächst die Empfindlichkeit aber nur mit der tatsächlichen Spiegelfläche, d.h. die Anzahl der aufgesammelten Photonen kann man nur durch mehr Spiegelfläche erhöhen.
VLBI hat aber noch einen weiteren Vorteil, mit einem einzelnen Teleskop bekommt man nur eine grobe Vorstellung aus welcher Himmelsregion das Signal ungefähr kommt.
Bei VLBI kann man die Quelle bzw. die Himmelspostion wesentlich genauer lokalisieren.
Im vorliegenden Fall eine 500 Mio. Lichtjahre entfernte Quelle auf eine Region von 7 Lichtjahren im Durchmesser genau (in dieser Entfernung).
Und das bei einem Signal von gerade mal 2 Millisekunden Länge.
Ich finde das schon ganz beeindruckend.

Bei diesen FRB (kurze Radioausbrüche, Fast Radio Bursts) besteht zukünftig die Möglichkeit die Materieverteilung im gesamten Universum 3dimensional zu ermitteln.
Das setzt allerdings voraus, dass man die genaue Entfernung und Position von sehr vielen FRB kennt (jetzt hat man gerade EINEN in hinreichender Genauigkeit lokalisiert.).

Viele Grüße
Rücksturz

PS. Ich bin absoluter Laie, seht mir also nach wenn ich das nicht richtig oder unverständlich rüberbringe.

Offline Tuner

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Re: Zusammenschaltung von Radioteleskopen
« Antwort #13 am: 07. Januar 2020, 21:34:21 »
Ich weiß, ist knapp am Thema vorbei, aber lesenswert. Eigentlich nur eine Frage-Antwort-Seite für Schüler, aber die darin enthaltenen Links sind sehenswert

https://www.mpifr-bonn.mpg.de/3537614/Fragen-zur-Astronomie-2016.pdf

Besonders interessant fand ich das pdf zum statischen Aufbau der Teleskope...

http://www.wissenschaft-schulen.de/alias/material/wie-entwirft-man-ein-radioteleskop/1064254

LG Sven

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