Übersicht
Übersicht
Bevor ich dazu ein paar Beispiele bringe, möchte ich kurz zwei weitere Radioteleskope erwähnen, an denen das Max-Planck-Institut für Radioastronomie beteiligt ist und die den Frequenzbereich des 100-m-Teleskops in beide Richtungen erweitern. Zum einen LOFAR -LOw Frequency ARray- dieses Teleskop besteht aus vielen Einzelantennen in verschiedenen Ländern Europas. Es arbeitet im UKW-Bereich, aber um den für UKW-Rundfunk genutzten Bereich von 87,5 bis 108MHz, herum, das heißt: von 30 bis 80MHz und von 110 bis 240MHz. Zum anderen das APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), welches im Submillimeterbereich arbeitet. Bei den Beobachtungen mit APEX spielt vor allem die Durchlässigkeit der Atmosphäre eine Rolle. Allerdings möchte ich mich im folgenden nur auf das 100m-Radioteleskop beschränken.
Hier ein paar Beispiele aus der Liste für Frequenzbereiche,
in denen Empfänger am
Radioteleskop
Effelsberg
eingesetzt werden. In der dritten Spalte steht ein wichtiges Molekül bzw.
Atom, das Radiowellen innerhalb des
jeweiligen Frequenzbereichs aussendet. Eine wesentlich umfangreichere
Liste von Spektrallinien in
radioastronomischen Frequenzen wird von
CRAF, dem europäischen "Committee for Radio Astronomy
Frequencies", bereitgestellt.
| Wellenlänge | Frequenz in GHz | Substanz |
| 18-21cm | 1,3-1,7 | Wasserstoff (H) |
| 18-21cm | 1,3-1,7 | Hydroxyl (OH) |
| 5cm | 5,75-6,75 | Methanol (CH4O) |
| 1,3cm | 21,7-24,4 | Wasser (H2O) |
| 1,3cm | 21,7-24,4 | Ammoniak (NH3) |
Dabei lassen sich auch verschiedene Arten von Radiostrahlung unterscheiden:
Kontinuumsstrahlung erstreckt sich über einen
größeren Frequenzbereich, während
Linienstrahlung (Spektroskopie) als Strahlung
von Atomen und Molekülen bei ganz bestimmten Frequenzen auftritt.
Die folgende Grafik verdeutlicht, wie stark die Strahlung eines Handys auf dem Mond und die eines Abstandsradars aus einer Entfernug von ca. 1km im Vergleich zur Strahlung der stärksten Radioquellen aus dem Kosmos ist. Hätte Neil Armstrong ein Handy mit auf den Mond genommen, wäre das (ohne die Sonne) die drittstärkste Radioquelle am Himmel gewesen.
In der Abbildung ist die Stärke der Radiostrahlung (Strahlungsfluss in Jansky -Jy- von 1 bis 100 Millionen) auf der Y-Achse und die Frequenz der Strahlung zwischen 10 MHz und ca. 30 GHz auf der X-Achse aufgetragen. Die Maßeinheit "Jansky" in der Radioastronomie ist nach Karl Jansky benannt, der im Jahr 1932 zum ersten Mal Radiostrahlung aus dem Weltall beobachten konnte.
Beim Zünden eines Motors oder beim Abstandsradar sendet das Auto zwar keine Signale zu den Satelliten, doch man könnte sagen, dass es "strahlt", also Radiosignale freisetzt. Sobald Autos mit eingeschaltetem Bremsassistenten in die Nähe von Radioteleskopen kommen, treten gravierende Störungen des Empfangs auf. Das spielt gerade in dem für die Radioastronomie sehr wichtigen geschützten Frequenzbereich zwischen von 23,6 bis 24GHZ eine Rolle.
Im Extremfall kann die weitere Erforschung des Weltraums in manchen Frequenzbereichen sogar unmöglich werden. Um das zu verdeutlichen, zeige ich Ihnen folgende Bilder:
Radiogalaxie Perseus A (3C84) bei 2,8 cm Wellenlänge vor (oben) und
nach (unten) Einschalten des Fernsehsatelliten ASTRA-1D.
Bilder:
ITU Handbook for Radioastronomy 2006
Der für die Radioastronomie geschützte
Frequenzbereich von 10,6-10,7GHz kann
von den Radioastronomen überhaupt nicht mehr benutzt
werden, seitdem ASTRA-1D den Betrieb aufgenommen hat.
Der Empfänger am Radioteleskop Effelsberg
arbeitet inzwischen in einem Frequenzbereich von 10,3 bis 10,6GHz.
Dieser Bereich ist
nicht speziell für die Radioastronomie geschützt, aber dort sind
brauchbare Messungen noch möglich.
Hier konnte der Frequenzbereich verschoben werden, um auch weiterhin
radioastronomische Messungen durchzuführen. Wenn im geschützten
Band hingegen spektroskopische Linien von Atomen und Molekülen
wären, hätte man die Frequenz nicht einfach verschieben können.
Im folgenden finden Sie die komplette Tabelle mit den Wellenlängen- und Frequenzbereichen, in denen das 100m-Teleskop arbeitet (Spalte 1,2). Die Empfänger, die am 100m-Teleskop eingesetzt werden, decken einen großen Bereich zwischen 400MHz und 95GHz ab. Bei den höheren Frequenzen (bzw. kürzeren Wellenlängen) spielt das Wetter für die Beobachtungen eine wichtige Rolle - beim Einsatz dieser Empfänger braucht man gutes Wetter. Für einige der Empfänger werden Beobachtungsbeispiele angeführt (Spalte 3). Spalte 4 der Tabelle enthält den Empfängertyp; bei spektroskopischen Empfängern auch als Beispiel ein Atom oder Molekül, das bei dieser Frequenz strahlt.
Es gibt eine Reihe von speziell für die Radioastronomie geschützten Frequenzbereichen ("Radioastronomiefunkdienst"). In der 5. Spalte stehen die geschützten Frequenzen, die nicht immer mit dem insgesamt abgedeckten Frequenzband des Empfängers übereinstimmen. Einige sind sogar vollkommen ungeschützt. Schließlich sind in der 6. Spalte Beispiele für Störungen von außen angegeben, die sogar, trotz des Frequenzschutzes, die radioastronomischen Messungen erheblich beeinträchtigen können.
| Wellenlänge | Empfänger-Frequenz (in GHz) | Beobachtungsbeispiel | Empfänger (Bsp. spektroskopische Linie) | Geschützte Frequenz (in GHz) | Beispiel für Störeinfluss |
| 73cm | 0,395 - 0,44 | Himmel komplett | Kontinuum | 0,406 - 0,41 | - |
| 50cm | 0,595 - 0,62 | - | Kontinuum | 0,608 - 0,614 | Fernsehkanal 38 (UHF) |
| 30cm | 0,8 - 1,3 | - | Kontinuum/Spektroskopie: CH3OH | ungeschützt | - |
| 18 - 21cm | 1,3 - 1,7 | Antizentrum der Milchstraße | Kontinuum/Spektroskopie: H, OH | 1,4 - 1,43/1,61 - 1,614/1,66 - 1,67 | Satelliten: GLONASS, Iridium |
| 13cm | 2,2 - 2,3 | Pulsare (Abb. 3) | Kontinuum/VLBI | ungeschützt | Mikrowellenherde |
| 11cm | 2,6 - 2.68 | Cygnus Loop | Kontinuum | 2,6 - 2,7 | - |
| 9cm | 3,08 - 3,35 | - | Spektroskopie: CH | ungeschützt | - |
| 6,5cm | 4,3 - 4,9 | - | Spektroskopie: H2CO | 4,8 - 5 | - |
| 6cm | 4,6 - 5,1 | Andromeda-Galaxie | Kontinuum | 4,8 - 5 | - |
| 5cm | 5,75 - 6,75 | - | Kontinuum/Spektroskopie: CH4O | ungeschützt | - |
| 3,6cm | 7,8 - 8,9 | - | Kontinuum/Spektroskopie: Ionisierte Heliumisotope | ungeschützt | - |
| 2,8cm | 10,3 - 10,6 | Galaktisches Zentrum | Kontinuum | 10,6 - 10,7 | Fernsehsatellit ASTRA-1D |
| 2,2cm | 12,9 - 13,6 | - | Spektroskopie: SO | ungeschützt | - |
| 2cm | 13,6 - 15,6 | Pulsare (Abb. 3) | Kontinuum/VLBI | 14,47 - 14,5/15,35 - 15,4 | - |
| 1,9cm | 13,5 - 18,7 | - | Spektroskopie: C3H2 | 14,47 - 14,5/15,35 - 15,4 | - |
| 1,3cm | 21,7 - 24,4 | - | Kontinuum/VLBI | 22,01 - 22,5/22,81 - 22,86/23,6 - 24 | - |
| 1,3cm | 18 - 26 | 3C403 | Spektroskopie: NH3, H2O | 22.21 - 22,50/23.6 - 24,0 | Abstandsradar |
| 1cm | 27 - 36,7 | - | Spektroskopie: CH3OH | 31,2 - 31,8/36,4 - 36,5 | - |
| 9mm | 31 - 33 | - | Kontinuum | 31,2 - 31,8 | - |
| 7mm | 41,6 - 44,4 | Pulsare (Abb. 3) | Kontinuum/VLBI | 42,5 - 43,5 | - |
| 6,5mm | 41,05 - 49,7 | - | Spektroskopie: SiO | 42,5 - 43,5/48,9 - 49,04 | - |
| 3mm | 84 - 95,5 | Pulsare (Abb. 3) | Kontinuum/Spektroskopie: HCN | 81 - 100 | - |
An dieser Stelle möchte ich kurz auf die aufgeführten Beispiele für Störeinfluss eingehen. Für ausführlichere Informationen zu diesem Thema verweise ich auf die Seite "Probleme durch künstliche Radiosignale" von Axel Jessner.
Der Fernsehkanal 38 liegt im UHF (Ultra High Frequency)-Band, in einem Frequenzbereich von 608-614MHz, der auch für die Radioastronomie geschützt ist. Zum Glück ist der für diesen Bereich vorgesehene Empfänger ein Kontinuumsempfänger, d.h., es geht keine wichtige spektroskopische Linie verloren und außerdem wird dieser Empfänger auch im wesentlichen für VLBI genutzt, wobei die Störungen nicht ganz so entscheidend sind.Innerhalb des geschützten Frequenzbands von 1610-1613MHz liegt eine wichtige Linie des OH-Moleküls. Dieser Bereich wird durch gleich zwei Satellitenprojekte beeinträchtigt. GLONASS ist das russische Gegenstück zum amerikanischen GPS (Global Positioning System), das in diesem Frequenzbereich arbeitet. Durch eine Absenkung der Frequenz und bessere Filter könnten die Störungen durch GLONASS aber geringer werden. Das amerikanischen IRIDIUM-Netzwerk (Satelliten für weltweiten Handy-Empfang) stört ebenfalls in diesem Frequenzbereich.
Der ungeschützte Frequenzbereich von 2,2GHz bis 2,3GHz wird durch Mikrowellenherde (Strahlung um 2,45GHz) beeinflusst. Das Problem ist für das Radioteleskop Effelsberg nicht so groß, da auch dieser Empfänger vor allem für VLBI eingesetzt wird.Der Fernsehsatellit ASTRA-1D arbeitet bei Frequenzen direkt oberhalb von 10,7GHz. Die Dadurch verursachten Störungen machen Radiomessungen im geschützten Frequenzband von 10,6 - 10,7GHz unmöglich. Da dieses Frequenzband nur für Kontinuumsmessungen genutzt wird, konnten die Radioastronomen hier auf einen niedrigeren Frequenzbereich von 10,3-10,6GHz ausweichen (für militärische Funkanwendungen reserviert, aber für den Empfang von Radiosignalen verwendbar).
In dem Frequenzberich von 18 - 26GHz sind zwei wichtige Abschnitte für die Untersuchung von Molekülen in der Radioastronomie geschützt: 22.21-22,50GHz für Wasser H2O, und 23,6-24,0GHz für Ammoniak NH3. Auf diesen Bereich haben sich inzwischen aber auch die Betreiber von Abstandsradarsystemen (Bremsassistenten) für Automobile gesetzt. Für diesen Zweck wurde eine Frequenz von 77GHz zugeteilt. Da die Entwicklung der Systeme auf der höheren Frequenz teuer wird, haben die Automobilhersteller Senderchips für den Betrieb bei einer Frequenz von 24GHz entwickelt, die voll in den geschützter Bereich für die Radioastronomie fallen. Und tatsächlich wurde ihnen im Jahr 2005 ein vorläufiger Betrieb auf dieser Frequenz genehmigt. Wie fatal sich das auf radioastronomische Beobachtungen auswirkt, ist in der obigen Abbildung mit den stärksten Radioquellen am Himmel dargestellt: Bei 24GHz entspricht die Strahlung eines eingeschalteten Bremsassistenten in 1km Entfernung vom Radioteleskop dem Tausendfachen der stärksten Radioquelle von außerhalb des Sonnensystems!
In Zukunft gewinnt die Verbreitung von UWB (Ultrabreitband) (drahtlose Netzwerken für den Heimbetrieb) eine immer größere Bedeutung. In diesen Netzwerken wird die Technik von Funkensendern bei kleinerer Leistung angewendet, ermöglicht durch immer billigere digitale Elektronik. Damit wird jedoch ein ausgedehnter Frequenzbereich zwischen 0,5 und 10GHz durch Störungen beeinträchtigt. Diese Störungen sind zwar schwach, aber der massenhafte Betrieb solcher Systeme könnte für die hochempfindlichen Empfänger in der Radioastronomie und bei Wettersatelliten einschneidende Folgen haben. Davon wären gleich die Hälfte der in Effelsberg eingesetzten Empfänger, vor allem für die Spektroskopie, betroffen.
Es wäre schade, wenn man die radioastronomischen Instrumente aufgrund der immer stärkeren menschengemachten Störungen im Keller verschwinden ließe, denn die Radioastronomie ist ein unverzichtbarer Teil der astronomischen Forschung, um so fundamentale Fragen zu beantworten wie "Woher kommen wir? Wohin gehen wir?". Außerdem hilft sie uns dabei, technische Entwicklungen voranzutreiben.
