Ausgabe 4/2002
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AVRS WebJournal
Ausgabe 4/2002
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Astronomischer Verein Remscheid e.V. |
Das Radioteleskop bei Effelsberg in der Eifel war mit 100 m Durchmesser bis vor kurzem das weltgrößte freibewegliche Teleskop. Zwischen Donnerstag, dem 18. Juli, und dem darauf folgenden Montag nutzte eine Gruppe von Astronomen des Max-Planck-Institutes für Radioastronomie in Bonn das Instrument, um sehr schwache Signaturen von Magnetfeldern in fernen Gasnebeln zu messen. Der Autor des vorliegenden Berichtes gehörte zu diesem Team.
Mächtig thront das 100-Meter-Radioteleskop des
Max-Planck-Institutes für
Radioastronomie in Bonn nahe der Ortschaft Effelsberg in einem Tal. So recht will die riesige Schüssel
nicht in das Eifel-Panorama passen. Trotzdem ist das Instrument ein beliebtes Ausflugsziel, das in knappen zwei
Stunden von Remscheid aus erreicht werden kann (besuchen sie die
Abteilung Öffentlichkeitsarbeit
im Internet).
Das Teleskop wurde im Jahre 1972 in Betrieb genommen. Gebaut wurde es von der "Arbeitsgemeinschaft
Krupp/MAN" (heute
VERTEX Antennentechnik) mit Mitteln, die vor
allem durch die
Volkswagen-Stiftung
bereitgestellt wurden. Bis etwa zum Jahr 2000, wo das neue
Radioteteskop in Green Bank
(hiernach GBT) erste Testbeobachtungen aufnahm, war das Teleskop mit 100 m Durchmesser das
weltgrößte freibewegliche Radioteleskop (es existieren größere, starre Konstruktionen). Da
das um wenige Meter größere GBT einige technische Probleme hat, sprechen manche bonner Astronomen noch
immer gern von Effelsberg als dem weltgrößten freibeweglichen und funktionierenden
Radioteleskop.
Obige Adressen geben nur einen ersten Einblick in die Technik des Teleskops. Weiterführende Informationen
enthalten die
Beobachter Informationen
aus den
lokalen Effelsbergseiten.
Ziel unseres Projektes war die Messung von Magnetfeldern in fernen Gasnebeln durch den "Zeeman-Effekt" bei SO-Molekülen (Schwefelmonoxid). Das klingt furchtbar, ist aber vom Prinzip eigentlich einfach.
Der Schwefel leuchtet in den Gasnebeln bei einer ganz bestmmten Wellenlänge von etwa einem Zentimeter; ganz platt gesprochen leuchtet er bei einer bestimmten "Farbe". Nun ändern Magnetfelder in den Nebeln die "Farben" ganz leicht. Denn je nachdem, ob die Elektronen in einem SO-Molekül mit oder entgegen dem Uhrzeigersinn um die Magnetfeldlinien kreisen werden diese (durch Lorentzkräfte) auf leicht verschiedene Energieniveaus gehoben und diese Energieniveaus bestimmen die ausgesandte "Farbe". Auch kann die Strahlung von Elektronen mit unterschiedlichem "Drehsinn" (zirkulare Polarisation) getrennt werden; während Elektronen der einen Drehrichtung, vom Beobachter aus betrachtet, "linksdrehende" Strahlung aussenden (die Lichtteilchen, auch Photonen genannt, haben - wie ein Kreisel - eine eigene Drehrichtung), kommt "rechtsdrehende" Strahlung von den anderen. Aus dem "Farbunterschied" von links- und rechtsdrehender Strahlung, der sich "Zeeman-Effekt" nennt, kann dann das Magnetfeld bestimmt werden.
Na ja, so einfach ist der oben beschriebene Prozess vielleicht doch nicht... Also noch einmal knapp: "Farben" von "linksdrehender" und "rechtsdrehender" Strahlung messen, Differenz bilden und "Farbunterschied" in Magnetfeld umrechnen - fertig!
Zu diesem Zweck benutzten wir den alten "Zeeman-Empfänger" des Observatoriums, mit dem man Spektren (das sind die "Farbverteilungen" in einem Objekt) in beiden zirkularen Polarisationen (das sind die "Drehrichtungen") aufehmen kann. Der Empfänger war eigentlich schon lange ausgemustert. Den Zeeman-Untersuchungen sind eigentlich ein alter Hut. Vor allem aber sehr zeitintensiv: Mit Methoden aus den letzten Jahrzehnten sind für viele Objekte um einhundert Stunden Meßzeit nötig. Neuere Erkenntnisse aber legen Nahe, daß man mit dem SO-Molekül schneller zum Ziel kommt. Und genau das wollten wir nun testen.
Am Donnerstag Nachmittag brachen wir gegen 15:30 Uhr nach Effelsberg auf. Neben Dirk Muders, einem
Astronom mit langjähriger Erfahrung an diversen Radioteleskopen weltweit, Chau-Ching Chiong, an seinem
"Doktor" arbeitender Student aus Taiwan, bestand unsere Gruppe noch aus Tobias Westmeier und mir selbst,
beides mit ihrer Diplomarbeit beschäftigte Studenten. Außer Tobias, der nur Gast am ersten
Abend war und am
Radioastronomischen Institut der
Universität
arbeitet, sind alle weiteren Personen am
Max-Planck-Institutes für
Radioastronomie
in Bonn beschäftigt. Das geplante Beobachtungsprogramm war Teil der Doktorarbeit von Chau-Ching.
Nach einem Besuch beim Supermarkt (im Effelsberg ist Selbstverpflegung nötig) erreichten wir nach kurvenreicher Fahrt das Observatorium. Wir waren etwas früh gekommen - noch wurde an den Antrieben des Teleskops gearbeitet, die für das Schwenken notwendig sind. Erst gegen 18:00 Uhr begann unser Beobachtungsblock. Das in den Zenit geschwenkte Teleskop füllte majästetisch das Tal aus - ein toller Anblick! In dieser Zeit konnten wir noch zusehen, wie ein Fernsehteam unter dem Teleskop seine Kameras aufbaute. Die Bilder waren wohl für einen neuen Vorspann der Reihe "ZDF Reporter" gedacht, aber so genau wußte man daß im Kontrollraum nicht; Fersehteams gehen in Effelsberg so oft aus und ein, daß keiner der Techniker ihnen noch viel Beachtung schenkt.
Dann ging es endlich los. Die Geräte zur Verarbeitung der Empfangenen Signale wurden eingeschaltet, konfiguriert und bei den Steuerkomputern aufgeschaltet. Eine erste Kalibrationsquelle wurde aufgesucht, um ein "Pointing" zu machen. Dabei wird kontrolliert, ob das Teleskop "in die richtige Richtung" sieht; Abweichungen von den "normalen" Verbiegungen des Teleskops durch das eigene Gewicht (die der Computer bereits kennt) werden so festgestellt und berücksichtigt. Dann wurde die "Bildschärfe" des Teleskops eingestellt (Das "Bild ist scharf", wenn eine beobachtete Quelle besonders hell im Empfäger erscheint). Schließlich wurde eine erste "echte" Quelle angefahren.
Doch statt des Zeeman-Effektes standen nun erst einmal technische Fragen im Vordergrund. Dirk und Chau-Ching begannen damit, wild an den Geräten herunzukonfigurieren. Andere Beobachter hatten nämlich eigenartige Zusammenhänge zwischen gewissen Geräteeinstellungen und den herauskommenden Meßwerten beobachtet, die aber eigentlich gar nicht existieren sollten! Solche Phänomene sind natürlich allen Computernutzern bekannt (Bei Ihnen hat doch sicherlich auch schon einmal der Drucker nicht mehr funktioniert, weil sie eine neue Maus gekauft hatten!), und verwundern erst recht nicht in einem so komplexen System wie einem Radioteleskop.
An diesem Abend aber zeigte sich das Problem nicht. So konnte endlich Wissenschaft gemacht werden. Und es war Zeit für mich, die Steuerung des für mich neuen Teleskops zu lernen. Wie am IRAM-30m-Teleskop in Granada, Spanien (siehe auch Ausgabe 2/02; die Kontrollsoftware ist für beide Teleskope weitgehend identisch) tippt der Beobachter seine Befehle, ähnich z.B. einer DOS-Konsole, ein. Diverse Fenster auf einer ganzen Batterie von Monitoren zeigen Meßergebnisse oder Statusanzeigen zum Teleskop. Irgendwann war er dann gekommen, der "große Moment": Neues Objekt eingeben, Befehl zum Meßbeginn geben - und die riesige Schüssel bewegte sich wirklich auf mein Kommando! Ein Jahre gehegter Traum wurde war.
Gegen 22:00 Uhr war es trotzdem Zeit zu gehen. Chau-Ching blieb in Effelsberg zurück, um bis zum Morgen zu beobachten. Wir anderen fuhren zurück nach Bonn.
Als ich am Freitag mit Dirk nach Effelsberg fuhr, besuchten wir erst einmal wieder den Supermarkt um uns mit größtenteils minderwertigen, aber nahrhaften Lebensmitteln (Cola, Kekse, ...) zu versorgen. Ich bezog erst einmal mein Zimmer im Schlaftrakt. Das Observatorium stellt den müden Astronomen geschmackvoll in den 70'er Jahren eingerichtete Zimmer zur Verfügung. Verzückt studierte ich das diverse Orange- und Brauntöne nutzende Einrichtungskonzept, welches auch die angeschlossene Naßzelle nicht ausschloß. Derartige Konzeptionen kennt meine Generation eigentlich nur noch aus dem Fernsehen.
Apropos Fernsehen. Im Kontrollraum wurde gerade ein Musik-Video gedreht. Wie bei dem ersten Team schien ein wesentlicher Teil der Ausrüstung des Produktionsteams dem Catering zu dienen. Leider verpaßte ich die Tanzeinlagen der Rap-Musiker vor dem Kontrollpult. Wie üblich konnten die Effelsberg-Techniker keine Aukunft geben, welche Gruppe hier überhaupt zu Gast war.
Langsam leerte sich das Observatorium; sowohl die Nachhut der TV-Produktion, als auch die Beschäftigten des Instituts verließen das Gelände. Schließlich blieb nur unsere dreiköpfige Gruppe (Dirk, Chau-Ching und ich selbst) und ein Operateur zurück. Nun begann der Beobachtungsalltag.
Neben einem Astronom aus unserer Gruppe, der das Teleskop steuerte, hielt sich stets ein Operateur im Kontrollraum auf, der für den technischen Betrieb des Teleskops, also die Motoren, Computer, etc., zuständig ist. Der Rest unserer Gruppe arbeitete am Computer oder schlief. Da wir nur sehr wenige Quellen am Himmel untersuchen wollten und die Beobachtungen auf jeder Quelle zudem sehr simpel waren (man schaut einfach viele Stunden auf die gleiche Stelle am Himmel), war das Beobachtungsprogramm etwas eintönig.
Zumindest zu Beginn. Am Nachmittag des Samstag, so gegen 14:00 Uhr, machten die gemessenen Spektral-Linien nämlich einen Satz um 1 km/s, d.h. - sehr anschaulich gesprochen - die gemessenen "Farben" der Himmelsobjekte waren alle etwas "blauer" als vor 14:00 Uhr. Wir ließen das Beobachtungsprogramm zunächst weiterlaufen, machten uns aber erst einmal auf die Suche nach einer möglichen Fehlerquelle im System; "echt" konnten diese Verschiebungen nicht sein!
Oder doch? War die Erde von ihrer Bahn um die Sonne abgekommen? Verbogen Gravitationswellen das lokale Universum? Wollten gar Außerirdische Botschaften übermitteln? Mit diesen - natürlich nicht ganz ernst gemeinten - Überlegungen hielten wir uns bei Laune. Stunden rätselten wir über die Fehlerquelle, welche aber erst Wochen später entdeckt wurde. Der (wie oben angedeutet) etwas alte, ja eigentlich ausrangierte, Empfänger hatte ein defektes Kühlsystem; durch die Wärmeausdehnung änderten sich so leicht die Maße der Hohlleiter und Resonatoren im Empfänger. Neue Empfänger sind durch Alarmsysteme gegen solche Defekte abgesichert, dieser aber nicht.
Trotzdem liefen die Beobachtungen weiter, denn in der späteren Auswertung lassen sich derartige Schwankungen berücksichtigen. Spannend wurde es erst wieder gegen Abend. Zunächst ging eine Starkwindwarnung des DWD per Fax ein. In den darauf folgenden Stunden zog sich der Himmel dann weiter zu, in England, später auch in den Niederlanden, gingen Blitze nieder.
Natürlich ist eine Antenne von 100 m Durchmesser sowohl für Wind, als auch für Blitze ein beliebtes Ziel. Typischerweise werden Radioteleskope ab Windgeschwindigkeiten um 15 m/s (etwa 55 km/h) geparkt. Dazu fährt das Teleskop in Effelsberg in den Zenit. Dann aber kann, im Fall eines Gewitters, der Blitz besonders leicht in die mit Elektronik vollgestopfte Kabine über der Schüssel einschlagen. Dann sollte das Teleskop eher waagerecht stehen. Bei Starkwind und Gewitter gleichzeitig ergibt sich so ein Konflikt; dann wird das Teleskop waagerecht gestellt und in die windabgewandte Richtung geschwenkt.
Ich wartete noch lang auf das Einsetzen eines Unwetters, ging dann aber doch Schlafen, während Chau-Ching (als eigentlicher Nutznießer der Beobachtungen) die unbeliebte Nachtschicht übernahm. Nach einer erholsamen Nacht wurde ich am Morgen gegen 07:00 Uhr geweckt. Nicht von meinem Wecker - sondern von einer durch das Tal jaulenden, am Teleskop sitzenden Tröte! Bald war ich geduscht und stand im Kontrollraum. Ich ahnte bereits den Grund für das Spektakel, welches vermutlich den verdienten Sonntag-Morgen-Schlaf aller Personen im Umkreis einiger Kilometer beendet hatte; wegen Wind und Gewitter war das Teleskop in der Nacht geparkt gewesen und wurde nun wieder in Betrieb genommen. Bevor das Gerät aber geschwenkt werden darf, muß ein Alarm die Betriebsaufnahme ankündigen.
Aber wer soll am Sonntag Morgen in dem Teleskop herunturnen? Offenbar sind bereits die merkwürdigsten Dinge mit Touristen passiert. Oft spatzieren, trotz eines das Gelände umgebenden Zaunes, plötzlich Menschen unter der Schüssel herum. Es wurden gar Löcher in den Zaun gerissen, um Zugang zu erhalten. Der patroulierende "Schwarze Sheriff" hilft etwas.
Der Rest des Tages verlief dann recht ereignislos. Dirk bekam Besuch von seiner Familie und verließ uns danach, ich durfte etwas anspruchsvollere Beobachtungsmodi als das einfache "Draufhalten" fahren. Die Nacht wurde wieder von Chau-Ching übernommen, am Morgen des Montag löste ich ihn noch für ein paar Stunden ab. Gegen 08:00 Uhr wurde es lebendiger in dem Observatorium, die Ingenieure übernahmen das Regiment um weiter die Motoren warten zu können und unser Beobachtungsprogramm war beendet.
Mit eigenen Beobachtungen am Effelsberger Teleskop sind Kindheitsträume wahr geworden. Dirk Muders und die Operateure gaben gern eine Einführung in die diversen Systeme, hielten auch Probleme nicht verborgen. Ich habe vieles über den Umgang mit Teleskopen, nicht nur auf Effelsberg bezogen, gelernt.
Auf der anderen Seite haben wir die astronomischen Beobachtungen und ihre Auswertung. Durch die Verschiebungen der Spektrallinien ist die Auswertung komplexer geworden. Dem Projekt wurde auch noch einmal für Anfang September Zeit zugesprochen; auch diese Daten sind noch nicht abschließend ausgewertet.
v.i.S.d.P.: Jens Kauffmann, webjournal@tiscali.de