Australia Telescope National Facility

Das Parkes-Radioteleskop.

Im Rahmen des PULSE@Parkes-Programms werden Sie das Parkes-Radioteleskop für Ihre Beobachtungen nutzen. In diesem Abschnitt lernst du die Grundlagen der Funktionsweise eines Einschalen-Radioteleskops wie Parkes kennen.

Ein Radioteleskop ist einfach ein Teleskop, das dazu dient, Radiowellen aus dem Weltraum zu empfangen. In seiner einfachsten Form hat es drei Komponenten:

1. Eine oder mehrere Antennen, um die ankommenden Radiowellen zu sammeln. Die meisten Antennen sind Parabolschüsseln, die die Radiowellen zu einem Empfänger reflektieren, so wie ein gekrümmter Spiegel sichtbares Licht auf einen Punkt bündeln kann.
2. Ein Empfänger und ein Verstärker, um das sehr schwache Funksignal auf einen messbaren Pegel zu verstärken. Heutzutage sind die Verstärker extrem empfindlich und werden normalerweise auf sehr niedrige Temperaturen gekühlt, um Störungen durch das Rauschen zu minimieren, das durch die Bewegung der Atome im Metall entsteht (das so genannte thermische Rauschen).
3. Ein Aufzeichnungsgerät, um das Signal aufzuzeichnen. Die meisten Radioteleskope zeichnen heutzutage direkt auf eine Art Computer-Speicherplatte auf, da die Astronomen eine ausgeklügelte Software zur Verarbeitung und Analyse der Daten verwenden.

Lassen Sie uns sehen, wie diese Komponenten beim Parkes-Radioteleskop funktionieren.

Die Stützstreben an der Unterseite der Parkes-Antenne

Die Antenne

Parkes hat eine Parabolantenne mit einem Durchmesser von 64 m und einer Sammelfläche von 3.216 m2. Die Schüssel besteht aus Aluminiumplatten, die von einem Gitterwerk aus Stützstreben getragen werden. Auf die aus dem Weltraum eintreffenden Funkwellen wirkt die Oberfläche der Parabolantenne wie ein glatter Spiegel. Die Wellen werden reflektiert und in ein Speisehorn im Boden der Fokussierkabine des Teleskops fokussiert. Die Schüssel hat eine Masse von 300 Tonnen und verformt sich unter ihrem eigenen Gewicht, wenn sie auf verschiedene Teile des Himmels ausgerichtet wird. Dank einer ausgeklügelten Konstruktion wird diese Verzerrung jedoch berücksichtigt, so dass die Radiowellen immer zur Fokuskabine reflektiert werden.

Die Fokuskabine beherbergt die Empfänger.

Das Teleskop arbeitet mit Frequenzen von 440 MHz bis 23 GHz, was Radiowellen von 75 cm bis 7 mm entspricht. Damit eine Radiowelle von der Schüssel reflektiert werden kann, muss sie glatter als ein Bruchteil der Wellenlänge sein. Beim Parkes-Teleskop ist die Oberfläche der Parabolantenne auf 1-2 mm genau, so dass Radiowellen von 7 mm reflektiert werden können.

Warum ist die Parabolantenne so groß?
Die Größe einer Schüssel bestimmt die Menge der einfallenden Strahlung, die aufgefangen werden kann. Je größer die Sammelfläche, desto schwächer ist die Quelle, die entdeckt werden kann. Die Parkes-Antenne ist mit 64 m die zweitgrößte Einzelantenne auf der Südhalbkugel.

Bei einem Einschalen-Radioteleskop bestimmt die Größe der Schüssel auch das Sichtfeld des Teleskops. Bei Verwendung eines einzigen Empfängers hat das Parkes-Teleskop eine Strahlenbreite von etwa 15 Bogenminuten, was der halben Größe des Mondes am Himmel entspricht.

Empfänger

Die schwachen Radiosignale werden von den Feedhorns in einen Empfänger geleitet, der sich in der Fokuskabine an der Spitze des Teleskops befindet. Die Radioempfänger verstärken das eingehende Signal etwa eine Million Mal. Parkes verfügt über eine Reihe von Empfängern, die für verschiedene Frequenzbereiche und Anwendungen optimiert sind. Die Empfänger werden kryogenisch gekühlt, in der Regel mit Heliumgas-Kühlschränken, die sie auf etwa 10 Kelvin (-260° C) abkühlen, um das thermische Rauschen in der Elektronik zu minimieren, das sonst das eingehende Signal überlagern würde.

Für Pulsarbeobachtungen in Parkes verwenden die Beobachter in der Regel entweder den zentralen Strahl des Parkes-Multibeam-Empfängers, den HOH-Empfänger, die beide 21-cm-Strahlung (1420 MHz) erfassen, oder den Dual-Band-Empfänger, der gleichzeitig bei 10 cm und 50 cm beobachten kann.

Recorder

Die verstärkten Signale werden über Glasfaserkabel von den Empfängern in der Fokuskabine hinunter in den Turm geleitet, wo sie auf Computerplatten gespeichert werden. Je nach Art der Beobachtung wird ein Teil der Daten vor Ort mit Computern im Turm verarbeitet. Bei Pulsarbeobachtungen kann die Rate der empfangenen Daten extrem hoch sein.