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Radioastronomie : Der Quasar im virtuellen Himmel

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Die Antennen eines jeden Feldes stehen auf ebener Erde. Ihr astronomisches Arbeitsprinzip kann man sich anhand von zwei Dipolantennen klarmachen. Strahlung, die senkrecht von oben kommt, erreicht beide zur selben Zeit – die Grundlage für die Erzeugung eines Bildes von dem gerade beobachteten Objekt. Fällt die Strahlung dagegen schräg ein, erreicht die Wellenfront erst die eine und einen winzigen Moment später die zweite Antenne, wodurch die Phasen der Wellen ein wenig gegeneinander verschoben sind. Das Verfahren, das darauf beruht, wird militärisch seit langem genutzt. Beim „Phased Array“ werden alle Messdaten gespeichert. Im Computer kann man die Signale der ersten Antenne künstlich verzögern und damit den Phasenunterschied beseitigen, als habe es diesen gar nicht gegeben. Damit sind rechnerisch die Voraussetzungen geschaffen, wie sie beim senkrechten Strahlungseinfall herrschen und für die Erzeugung eines astronomischen Bildes notwendig sind.

Das „Phased Array“ hat unter anderem den Vorteil, dass man mit jedem Antennenfeld zu ein und derselben Zeit Strahlung vom gesamten Himmel erfasst. Auf diese Weise ist innerhalb weniger Minuten eine vollständige Kartierung möglich, die normalerweise Jahre erforderte. Mit dem Computer kann man aber auch durch die Wahl des Phasenunterschiedes jede beliebige Blickrichtung festlegen und aus den gespeicherten Daten ein Bild des entsprechenden Himmelsabschnitts generieren – es ist, als schaute das Teleskop überall gleichzeitig hin. Deshalb wird Lofar auch als virtuelles Teleskop bezeichnet, als digitales Teleskop oder als Softwareteleskop. Der aufwendige Aufbau eines herkömmlichen Teleskops ist durch ein komplexes Rechenprogramm ersetzt.

Viel Speicher muss sein

Die Signale der einzelnen Antennenfelder werden im Rechenzentrum der Universität Groningen in einem Großrechner des Typs Blue Gene/P von IBM zusammengeführt, der eine Leistung von 37 Teraflops hat. Die Daten werden von den astronomischen Messstationen mit Raten um drei Gigabit pro Sekunde über eigens gelegte oder speziell reservierte Glasfaserkabel weitergeleitet, zum Beispiel von Effelsberg zum Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. Von dort geht es über das Deutsche Forschungsnetz (DFN) zum Forschungszentrum Jülich und dann über das niederländische „Surfnet“ nach Groningen. Die aus den Daten berechneten Bilder und Himmelskarten sowie die Zwischenprodukte werden in ein spezielles Datenarchiv geleitet, zu dem das Forschungszentrum Jülich eine Speicherkapazität von tausend Terabyte beisteuert.

Die erste Station von Lofar ist 2006 bei Exloo in Betrieb gegangen, der in den Niederlanden weitere folgten. In Deutschland arbeitet die erste Station seit November 2007 in Effelsberg in der Eifel. Mittlerweile fertig sind auch die Stationen von Tautenburg bei Jena und Unterweilenbach bei München, eine weitere (Bornim bei Potsdam) steht kurz vor der Vollendung. Eine fünfte deutsche Station ist für Jülich vorgesehen. Insgesamt stehen in Europa derzeit 22 von mindestens 36 geplanten Einzelstationen bereit mit Antennenfeldern in Großbritannien, Schweden, Frankreich, Polen, der Ukraine und Italien. Die deutsche Beteiligung an Lofar ist im Glow-Konsortium („German Long Wavelength“) vereinigt, dem elf Institute angehören, darunter das Astrophysikalische Institut Potsdam, die Max-Planck-Institute für Radioastronomie, für Astronomie und für Astrophysik sowie die Thüringer Landessternwarte in Tautenburg.

Schlichte Dipolantennen holen jetzt quer über Europa hinweg
die Sterne und Molekülwolken der Radioastronomen auf die Erde. Die Hauptlast tragen dabei die Computer.

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