ALMA Radio Observatory • Alexey Payevsky • Wissenschaftliches Bild des Tages über "Elemente" • Astronomie

ALMA Radioobservatorium

Im Norden Chiles, in der Atacama-Wüste, in der Nähe der Oase San Pedro de Atacama, befindet sich ein kleines Chahnantor-Plateau (Llano_de_Chajnantor). Es ist hier, in einer Höhe von 5058 Metern, befindet sich das Radioobservatorium ALMA – Atacama Large Millimeter / Submillimeter-Array (Atakamskaya große Antennenanordnung der Millimeter / Submillimeter-Bereich). ALMA ist das teuerste und größte astronomische Projekt der Erde: Es kostet anderthalb Milliarden Dollar. Und eines der jüngsten: Das erste Teleskop wurde 2008 geliefert und die ersten Beobachtungen wurden 2011 gemacht.

Vor einigen Jahrzehnten sagten zukünftige Astronomen an der Universität, dass Submillimeter-Astronomie auf der Erde unmöglich ist, weil die Atmosphäre viel Wasserdampf enthält, der Wellen in diesem Bereich absorbiert. Daher war es notwendig zu warten, bis die Teleskope in die Umlaufbahn gebracht werden konnten. Es stellte sich jedoch heraus, dass es Orte auf der Erde gibt, an denen so wenig Wasserdampf in der Atmosphäre vorhanden ist, dass Submillimeter-Teleskope installiert werden können. So erschien in Chile in den 1980er Jahren am La Silla Observatory ein gemeinsames Projekt von Schweden und ESO – ein 15-Meter-Submillimeter-SEST (siehe SEST-Teleskop). Die Höhe von 2400 Metern garantiert bereits die Abwesenheit des größten Teils des Wasserdampfes, der Rest wird durch das trockene Klima von Chile hinzugefügt.

Später wurde jedoch klar, dass es in Chile einen Ort gibt, wo Wasserdampf in der Atmosphäre noch weniger ist und das Klima noch trockener ist – das ist das Chahnantor-Plateau. Es befindet sich jedoch doppelt so hoch, was die Transportschwierigkeiten erhöht. Dennoch wurde beschlossen, hier ein Observatorium zu bauen – so entstand die Idee des ALMA-Projekts. Die Hauptfinanzierung wurde von drei gleichberechtigten Mitarbeitern zur Verfügung gestellt: ESO, National Radio Astronomy Observatory der USA (NRAO) und National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). Zuerst bauten die teilnehmenden Länder ein 12-Meter-APEX-Submillimeter-Testteleskop – Atacama Pathfinder Experiment -, das entwickelt wurde, um alle notwendigen Technologien auszuarbeiten. Es ist etwas höher als ALMA – in einer Höhe von 5100 Metern.

Experimentalteleskop APEX. Foto © Alexey Paevsky

APEX-Antenne verdient im Jahr 2004, ihre erfolgreichen Tests erlaubt, den Bau von ALMA-Antennen zu starten. Im ALMA-Projekt gibt es bereits viele Antennen: 54 Platten mit einem Durchmesser von 12 Metern und 12 Platten mit einem Durchmesser von 7 Metern. Das Technical Support Center (Operations Support Facility, OSF) – der Ort, an dem Astronomen arbeiten und in jüngerer Zeit leben – wurde 30 Kilometer vom Plateau entfernt in einer Höhe von 3000 km gebaut. Es gibt immer noch wenig Sauerstoff auf dem Plateau selbst, und eine Person kann nur nach einer körperlichen Untersuchung am OSF dorthin gehen.

Für den Bau der ALMA entwarf die Scheuerle Fahrzeugfabrik zwei 28-Rad-Traktormonster, die nach den Kindern der Designer Otto und Laura benannt waren. Sie waren es, die die Antenne auf fünf Kilometer angehoben haben.

Otto Traktor. Foto © Y. Beletsky von eso.org

Nachdem jedoch alle Geräte gehoben wurden, bleiben diese Fahrzeuge ständig in Betrieb. Tatsache ist, dass ALMA ein Interferometer ist, dh es kann sowohl auf getrennten Platten als auch auf einmal beobachtet werden.

Überwachung an einer der ALMA-Antennen. Foto © Alexey Paevsky

Im Fall der Beobachtung auf mehreren Platten wird das Signal "synthetisiert", wodurch mehrere Antennen zu einer Einheit werden. In der Radiointerferometrie hängt die Auflösung des Systems von der Basis ab – der Entfernung zwischen den interferierenden Antennen. Abhängig von den Beobachtungsbedingungen können ALMA-Antennen also entweder auf einem 150 Meter breiten Feld zusammenkommen oder sich über eine Distanz von 16 Kilometern erstrecken. In der Rolle der Straßenhändler und dienen Traktoren.

Fast alle ALMA-Antennen zusammen. Foto © Alexey Paevsky

Neben den Antennen auf dem Plateau gibt es noch eine Attraktion – das Gebäude des Korrelators. Dies ist das zweithöchste Hochhaus Bürogebäude in der Welt, und Menschen arbeiten ständig hier.

Blick vom Gebäudekorrelator. Foto © Alexey Paevsky

Das Gebäude beherbergt einen Supercomputer – den Korrelator – der die Gigabyte an Informationen von den Antennen verarbeitet und diese 3.000 Meter weit in die Betriebszentrale weiterleitet.

Der spezialisierte ALMA-Korrelator, der bis zu 17 Billiarden Operationen pro Sekunde ausführen kann, vereint alle 66 Antennen in einem einzigen Radiointerferometer. Foto © Alexey Payevsky

Das Fully ALMA Observatory hat seit März 2013 erst kürzlich verdient und sofort begonnen, die darin investierten Ressourcen auszuarbeiten. Das Observatorium "sieht" kalten Raum, protoplanetare Scheiben, kosmischen Staub und sogar entfernte Objekte des Sonnensystems. Während des Betriebes der Sternwarte wurden schon einige Entdeckungen gemacht – von (vermutlich) einem neuen mysteriösen Objekt am Rande des Sonnensystems bis zu ungewöhnlichen protoplanetaren Spiralen (siehe Kosmische Spirale). Darüber hinaus konnte die "kosmische Staubfabrik", die nach dem Ausbruch der Supernova SN 1987A in der Großen Magellanschen Wolke begann, im Detail untersucht werden. Durch die Bindung von Sauerstoff-, Kohlenstoff- und Siliziumatomen in den kalten Teilen des Rückstands wird Staub gebildet, wenn das Gas nach der Explosion abkühlt.

Oben – der Rest der Supernova SN 1987A, die Auferlegung von Bildern in verschiedenen Bereichen des Spektrums.ALMA-Daten (Funkbandbreite, rote Farbe) zeigen den neu gebildeten Staub in der Mitte des Rückstandes. Hubble-Teleskopdaten (sichtbarer Bereich, grüne Farbe) und Chandra (Röntgen, blaue Farbe) zeigen die Ausbreitung einer Schockwelle. Fotos von almaobservatory.org

Nun, gerade aus Chile kamen die wichtigen Neuigkeiten: das ALMA-Interferometer, verbunden mit einem noch globaleren Radiointerferometer-Netzwerk, dem Event Horizon Telescope (EHT), das ein supermassives Schwarzes Loch im Zentrum unserer Galaxie zu beobachten begann. Die Teilnehmer dieses Projekts vereinigten acht Radioteleskope auf der ganzen Erde gleichzeitig und verwandelten sie in ein Gerät, das einem Radioteleskop mit einem Durchmesser der Erde (mehr als 12.000 Kilometer) entspricht.

61 der 66 ALMA-Antennen waren an dem Projekt beteiligt, und um sie nicht nur zusammenzusetzen, sondern mit anderen Teleskopen des Projekts zu korrelieren, mussten Experten des Massachusetts Institute of Technology (MIT) nicht nur neue Software für den ALMA-Korrelator schreiben, sondern auch setzen mehrere Verschraubungen, darunter ein spezielles Maser-basiertes Aufnahmegerät, das Daten mit einer Geschwindigkeit von 8 Gigabit pro Sekunde schreibt.Beobachtungen der Radioquelle Schütze A (diese Radioquelle ist im Sternbild Schütze und das Zentrum unserer Galaxie ist damit verbunden) bei einer Wellenlänge von 3 Millimeter wird bis zum 15. April dauern.

Foto © Alexey Payevsky.

Alexey Paevsky


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