LOFAR - ein leistungsfähiges Array von Radioteleskopen

LOFAR, das Low Frequency Array, gehört zur neuen Generation von Radioteleskopen und wird derzeit unter Federführung der astronomischen Institute einiger niederländischer Universitäten realisiert. Dieses Projekt besitzt einige außergewöhnliche Merkmale, die sich teilweise wie Science Fiction anhören:

  • Das Teleskop kommt als klassisches Array daher; wobei die einzelnen Empfänger über ganz Mittel- und Westeuropa, mit Schwerpunkt in den Niederlanden, verteilt sind. Mittels Interferometrie und Apertursynthese können die Signale der Einzelteleskope kombiniert werden. Damit kann die Auflösung eines hypothetischen Einzelteleskops mit einem Durchmesser, welches dem größten Abstand zweier Einzelempfänger entspricht, erreicht werden. Die Einzelsignale werden auf rechnerischem Wege zur Interferenz gebracht.
  • Die Einzelempfänger sind Einheiten aus relativ einfacher und kostengünstiger Technik, die fortwährend ein Signal aufzeichnen. Diese Einzelsignale werden digitalisiert und softwareseitig miteinander korreliert, sodaß sich aus den Signalen Abbilder des Himmels ergeben. Man kann davon sprechen, daß das gesamte Teleskop größtenteils in Software realisiert ist!
  • LOFAR als ganzes kann in Sekundenbruchteilen auf jede beliebige Position des sichtbaren Himmels ausgerichtet werden - die Ausrichtung die Position ergibt sich einzig und allein auf die Art und Weise, wie die Einzelsignale miteinander korreliert werden. Eine mechanische Ausrichtung auf Himmelsobjekte findet nicht statt.
  • Es lassen sich im Grunde genommen sogar beliebig viele Himmelspositionen gleichzeitig beobachten! Aus Einzelsignalen lassen sich nämlich mehrere Korrelationen parallel gewinnen. Die einzige Grenze hierfür ist die Rechenleistung der nachgeschalteten Hardware.
  • LOFAR besitzt im gewissen Umfang die Möglichkeit, in die Vergangenheit zu schauen. Die Signale der Einzelempfänger können, je nach Leistungsfähigkeit der Technik, für bestimmte Zeit (z.B. 10 Minuten) bevorratet werden, bevor sie durch neue Signale überschrieben werden. Für diesen Zeitraum stehen sie für die Beobachtung plötzlich eintretender Ereignisse zur Verfügung. Die Grenze wird hier durch die Speicherkapazität für Signale bestimmt.
  • Terrestrische Störstrahlung kann ebenfalls via Software eliminiert werden.

Die Anforderungen an Hard- und Software sind enorm. Zunächst mal werden extrem hohe Datenraten digitalisierter Signale erzeugt, die mittels Glasfaserkabel zum Zentralrechner übertragen werden. Vom Zentralrechner werden die Daten auf Störsignale untersucht. Für jede Lokalität liegt gewissermaßen ein Fingerabdruck von Störsignalen (Fernsehen, Mobilfunk) vor, die aus dem Eingangssignal herausgerechnet werden. Das Ausgangssignal wird anschließend komprimiert.

Für jede Empfangseinheit liegt eine Kennlinie vor, welche den Response der verwendeten Empfangskomponenten auf das ankommende Signal beschreibt. Diese Kennlinien wurden mit Hilfe eines Referenzobjekts ermittelt. Die Kennlinien dienen abermals der Reduktion auf das gewünschte Nutzsignal. Erst im Anschluß daran erfolgt die interferometrische Bildgewinnung [3].

Quellen:

[1] Sterne und Weltraum 5/2004, S. 24
[2] http://arxiv.org/abs/1008.4693
[3] Sterne und Weltraum 6/1994, S. 446