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Was ist die Radioastronomie

Die Radioastronomie untersucht schwächste Radiosignale aus dem ganzen Universum. Die Empfänger von Radioteleskopen sind dabei auf Wellenlängen abgestimmt, die einerseits interessante Informationen versprechen, andererseits nicht zu stark durch die Gashülle der Erde gefiltert werden. Entscheidend sind also die Lücken im elektromagnetischen Spektrum, in denen Strahlung relativ ungehindert durch die Gashülle zur Erdoberfläche gelangen kann.

Sowohl die klassische, optische Astronomie, die sichtbares Licht verwertet, als auch die verschiedenen Bereiche der Radioastronomie nutzen somit das sogenannte Atmosphärische Fenster von Wellenlängen, die nur wenig gedämpft werden, wenn sie die Gashülle durchlaufen. Davon ausgenommen sind astronomische Geräte, die sich außerhalb der Gashülle der Erde befinden, wie das Hubble-Weltraumteleskop oder der Satellit Halca.

Kosmische Objekte strahlen in Wirklichkeit immer in vergleichsweise sehr großen Bereichen des elektromagnetischen Spektrums Energie ab. Davon sind einige Bereiche für die Erforschung von Weltall und Himmelskörpern von großem Interesse, andere spektrale Bereiche sind nach heutigen Maßstäben eher uninteressant.

Problemstellungen für die Radioastronomie

Das Atmosphärische Fenster, in dem Radiosignale aus dem All auf der Erde empfangen werden können, ist ein kleiner Ausschnitt des elektromagnetischen Spektrums. In diesem Ausschnitt des Spektrums ist jedoch auch die Übertragung von Informationen mittels Radiowellen möglich und praktikabel. Die heutige Nachrichtentechnik nutzt diverse Teile des Spektrums auch im Bereich des atmosphärischen Fensters. Die Nutzung dieser Frequenzen ist aus der heutigen Technik nicht mehr wegzudenken. Da jedoch die Ausbreitung der Wellen nur bis zu einem gewissen Grad gerichtet stattfinden kann, pflanzen sich Teile davon über große Entfernungen fort. Die Radiowellen aus technischen Quellen erreichen daher in gewissem Umfang Emfangsgeräte der Radioastronomie, die diese Wellen zusammen mit den eigentlich zu untersuchenden Signalen aufnehmen. Dem Empfangssystem liegt dann eine Überlagerung von Nutz- und Störsignalen vor. Mit sich verringerndem Störabstand wird die Auswertung der Informationen immer schwieriger.

Für die Radioastronomie auf der Erde nutzbares Spektrum

Auf der Erdoberfläche erlaubt das atmosphärische Fenster Beobachtungen im Bereich von ca. 2 cm bis 20 m Wellenlänge. Das entspricht einem Frequenzbereich von 15 MHz bis 15 GHz. Dies sind immerhin drei Größenordnungen. Niedrigere Frequenzen werden sowohl vom All, als auch von der Erdoberfläche aus an der Ionosphäre reflektiert, womit die Abbildung von Objekten im All verhindert wird. Am anderen Ende des Spektrums schließt der Infrarotbereich an, der zu großen Teilen von der Atmosphäre absorbiert wird.

Verteilung von Frequenzbändern

Die Berechtigung zur Nutzung eines Teilspektrums, häufig Frequenzbandes genannt, ist in fast allen Staaten der Erde durch entsprechende Gesetze geregelt. Solche Gesetze legen unter anderem fest,

• welche Frequenzbänder Gegenstand einer Lizenzvergabe sind,
• wie die Verfahren zur Vergabe aussehen,
• welche Teile der Wirtschaft, Forschung und Bevölkerung Anspruch auf Nutzung der Bänder haben,
• wie die Einhaltung der Vorschriften zu überwachen ist,
• wie die Frequenzbänder hinsichtlich Leistung, Sendebandbreite und Störstrahlung genutzt werden dürfen.

Da Funkwellen jedoch vor Landesgrenzen nicht halt machen, hat sich schon früh die Einsicht durchgesetzt, dass derartige Regelungen harmonisiert werden müssen. Diese Harmonisierung findet in internationalen Gremien statt. Die wichtigste Organisation hierzu stellt die ITU dar. Die ITU und die von ihr organisierte WRC erarbeiten Richtlinien, die von den Staaten in nationales Recht umgesetzt werden.

Häufige Fragen zur Zukunft der Radioastronomie

Warum betreibt man nicht einfach Radioastronomie vom Satelliten aus?

Auf den ersten Blick bietet ein orbitales Radioteleskop einige Vorteile.

• Es ist, verglichen mit erdgebundenen Teleskopen, relativ weit von den meisten Sendern entfernt.
• Es hat, je nach Orbit ein Blickfeld das weit über eine Hemisphäre hinausgeht.
• Das atmosphärische Fenster spielt, je nach Orbit, keine Rolle
• Es gibt keine Gravitation, die die Form und Charakteristik der Reflektoren und Antennen beeinflusst

Dem stehen jedoch einige gewichtige Nachteile gegenüber

• Bau, Verbringung, Inbetriebnahme, Betrieb und Wartung kosten ein Vielfaches eines normalen Radioteleskops
• Die Kosten steigen bei zunehmender Empfangsfläche deutlich schneller, als bei Erdgebundenen Teleskopen
• Unter Umständen beeinträchtigen erdgebundene Sender die orbitalen Teleskope umso stärker

Warum betreibt man kein Teleskop auf dem Mond

Wenn man könnte, hätte man schon eines gebaut. Heute scheint jedoch der Aufwand dafür noch nicht beherrschbar. Möglicherweise muss der Mond zuvor anderweitig erschlossen werden, z.B. mit einer ständig bemannten Raumstation, bevor ein komplexes Gerät wie ein Radioteleskop einen Dauerbetrieb aufnehmen kann. Limitierende Faktoren für den Betrieb auf dem Mond sind aus heutiger Sicht

• die Energieversorgung (kann nur solar oder nuklear erfolgen)
• Wartung entweder bemannt (extrem aufwändig) oder automatisiert (stark limitiert)
• Datentransfer zur Erde limitiert
• Da ein Teleskop auf der erdabgewandten Seite erbaut würde, müsste die Datenübertragung über Satellit oder über lange Kabelverbindungen organisert werden.

Lösungen

Mitigation

• Störsignalerkennung
• Störsignalfilterung im Zeitbereich
• Störsignalfilterung im Frequenzbereich