Wie funktioniert das Riesenteleskop, mit dem man einen Golfball auf dem Mond fotografieren könnte?

Die im Event Horizon Telescope (EHT) eingesetzte Technik heißt Very-Long-Baseline Interferometrie, kurz VLBI. Dabei beobachten mehrere weit voneinander entfernte Radioteleskope den gleichen Himmelskörper auf der gleichen Frequenz. Die Messdaten werden von Computern aufgezeichnet und mit äußerst genauen Zeitmarkierungen, „Zeitstempeln“, versehen. Die Aufzeichnungen werden über das Internet oder mit Datenträgern, meist Festplatten, in ein Rechenzentrum transportiert und dort mit ausgefeilten mathematischen Methoden zu einem Bild zusammengerechnet. Den sehr leistungsfähigen Computer nennt man Korrelator. Das kombinierte Ergebnis kann winzige Details auflösen, so, als ob das Bild von einem hunderte Kilometer durchmessenden Einzelteleskop aufgenommen worden wäre. Mit dieser Auflösung könnte man vom Erdboden aus einen Golfball auf dem Mond identifizieren.

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Das APEX-Teleskop in der chilenischen Atacama-Hochwüste Es wurde vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) mitentwickelt uns war ein Prototyp der ALMA-Antennen . So erfolgreich, dass APEX noch immer in Betrieb ist und ständig verbessert wird. Wie ALMA nimmt es an den Aufnahmen der Schwarzen Löcher im Rahmen des Event Horizon Telescope-Projekts (EHT) teil.

Alan Roy, MPIfR

Schnee schaufeln ist in 5100 Metern Höhe extrem anstregend.

Alan Roy, MPIfR

Besuch in einer Denkfabrik, im Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn. Die Wissenschaftler debattieren auch schon mal im Flur und pinnen ihre Formeln auf die Glaswand des Treppenhauses.

Jochen Magnus

Im Rechenzentrum des MPIfR in Bonn werden die Daten der acht Teleskope miteinander verknüpft (korreliert).

Jochen Magnus

Professor Michael Kramer, einer der drei Direktoren des MPIfR und Spezialist für Fundamentalphysik, legte zusammen mit dem holländischen Astronom Heino Falcke den Grundstein für das „Black Hole Cam“-Projekt, das sich nun am weltweiten Event Horizon Telescope beteiligt.

Jochen Magnus

Astronom Dr. Alan Roy vom MPIfR betreut das APEX-Teleskop und beobachtet dort.

Jochen Magnus

Elektronik-Ingenieur Michael Wunderlich arbeitet an Spezialelektronik für Radioteleskope, hier an einem Analog/Digitalwandler, der die Signale aus der Antenne digitalisiert. Nur eine Handvoll Institute weltweit planen die Schaltungen und nur wenige Firmen können die Mikrometer-Feinstrukturen überhaupt bauen.

Jochen Magnus

Professor Eduardo Ros, einer dem am EHT beteiligten Astronomen, zeigt ausgemusterte Spezialhardware, die früher einmal die Daten verschiedener Teleskope zusammenrechnete (korrelierte). Heute übernehmen das handelsübliche Prozessoren – allerdings gleich viele hundert gleichzeitig. Früher mussten teure Spezialchips dafür hergestellt werden.

Jochen Magnus

Die acht am Event Horizon Telescope-Projekt teilnehmenden Radioteleskope.

MPIfR

Das internationale ALMA-Teleskop (oben) steht in 5000 Meter Höhe in den chilenischen Anden. Es besteht aus 66 „Schüsseln“ zwischen 7 und 12 Metern Durchmesser. Sie empfangen Wellen im Millimeter- und Submillimeterbereich.

ESO/B. Tafreshi (twanight.org)

So ähnlich könnte das Schattenbild des Schwarzen Lochs („Sagittarius A*“) im Zentrum der Milchstraße aussehen.

MPIfR

Für das EHT-Projekt beobachten acht Radioteleskope weltweit sechs verschiedene Schwarze-Loch-Kandidaten, darunter Sagittarius A* (gesprochen „A Stern“) im 25.000 Lichtjahre entfernten Zentrum unserer Heimatgalaxie, der sogenannten Milchstraße und ähnliche, noch viel gewaltigere Objekte in fernen Galaxien, die zwischen 13 und 3500 Millionen Lichtjahre weit weg sind. Die Teleskope stehen in Südspanien, in Chile, auf Hawaii, in Arizona, Mexiko und am Südpol. Die gewonnenen Daten werden während der Messungen vom 4. bis 14. April auf vielen Dutzend handelsüblichen 8-Terabyte-Festplatten gespeichert und zu den beiden Korrelatoren des Projektes verfrachtet. Außer im Fall des Südpolteleskops geschieht das über normale Paketunternehmen. Ein Korrelator befindet sich MPIfR in Bonn , der zweite am Haystack Observatory im US-Bundesstaat Masachussetts.

Diese VLBI-Technik kann man auch umgekehrt verwenden, indem man bekannte Himmelsobjekte anvisiert und aus den geringfügig unterschiedlichen Laufzeiten der Signale zum Beispiel die Bewegung Kontinentalplatten messen kann, auf denen die einzelnen Radioteleskope stehen. Die Genauigkeit in dieser Erdvermessung, Geodäsie, liegt dabei im Millimeterbereich. Jochen Magnus