Die Very Long Baseline Interferometry (VLBI) verbindet weit voneinander entfernte Radioteleskope, damit Astronomen das Universum detaillierter als je zuvor betrachten können.
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) ist eine leistungsstarke Technik in der Radioastronomie. Durch die Verknüpfung weit voneinander entfernter Radioteleskope ermöglicht VLBI Astronomen, das Universum detaillierter als je zuvor zu betrachten. Mit Radiosendern, die praktisch so groß sind wie ganze Länder, können wir in die Herzen der Schwarzen Löcher blicken, die Oberflächen der Sterne kartografieren und sogar die Drift der Kontinente hier zu Hause verfolgen.
Die Goldstone 70-Meter-Funkschüssel, die manchmal für VLBI-Beobachtungen verwendet wird. Bildnachweis: NASA / JPL
Eines der Dinge, die die Detailgenauigkeit eines Teleskops einschränken, ist die Größe des Primärspiegels (oder in einem brechenden Teleskop die Größe der Objektivlinse). Gleiches gilt für Radioteleskope, die nur anstelle eines Spiegels große Bleche verwenden, um Radiowellen aus dem Weltraum zu fokussieren. Je größer der Spiegel, das Objektiv oder die Antenne, desto mehr Details können Sie sehen. Dies ist einer der Gründe, warum Astronomen für immer im Wettlauf sind, immer größere Teleskope zu bauen.
Der Durchmesser dieses wichtigen Spiegels begrenzt, was Sie sehen können. Manchmal, wenn ich ein Teleskop auf einen Bürgersteig stelle und auf den Mond zeige, fragen Passanten, ob sie die Apollo-Lander sehen können. Wenn ich darauf hinweise, dass wir dafür ein viel größeres Teleskop benötigen, fragen sie häufig, ob so etwas wie das Hubble-Weltraumteleskop dies könnte. Das ist mächtig genug, oder?
Die Wahrheit ist, dass es nirgendwo auf der Erde ein Teleskop gibt, mit dem Mondmodule abgebildet werden können, die auf der Mondoberfläche sitzen. Dazu benötigen Sie ein Teleskop mit einem Spiegel von etwa 60 Metern Durchmesser! Das ist nur ein bisschen kleiner als eine 747. Hubble hingegen hat einen Spiegel mit einem Durchmesser von nur 2,4 Metern. Die größten Teleskope der Welt haben 10-Meter-Spiegel.
Größere Teleskope sind also besser. Und es sind Teleskope in Arbeit, deren Spiegel einen Durchmesser von beeindruckenden 30 Metern haben. Aber irgendwann wird es unpraktisch. Hier kann die Wissenschaft der Interferometrie helfen!
Wenn Sie zwei Teleskope in einem Abstand von 100 Metern aufstellen und ihr Licht kombinieren, sehen Sie genau so viele Details wie ein einzelnes 100 Meter breites Teleskop! Zwei Teleskope, die wie folgt zusammenarbeiten, werden als „Interferometer“ bezeichnet. Sie nutzen die Interferenz der Lichtwellen der beiden Teleskope, um äußerst feine Details zu enträtseln.
Die beiden 10-Meter-Keck-Teleskope können als 85-Meter-Optisch-Infrarot-Interferometer verwendet werden. Bildnachweis: NASA / JPL
Bei optischem oder infrarotem Licht müssen die Teleskope in einem Interferometer physikalisch über eine Reihe von Röhren verbunden sein, die als "Verzögerungsleitungen" bezeichnet werden. Mithilfe von Radioteleskopen können Astronomen jedoch die Signale der Antennen aufzeichnen und das Licht zu einem späteren Zeitpunkt in Computern kombinieren. Dies bietet einen großen Vorteil: Der Abstand zwischen den Teleskopen ist unbegrenzt!
VLBI kann das Licht von Radioteleskopen kombinieren, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Welt befinden. Eines der größten Systeme ist das Very Long Baseline Array (VLBA). Zehn Teleskope, die sich von Hawaii bis zu den Jungferninseln erstrecken, bilden zusammen ein Radioteleskop, das mehr als halb so groß ist wie die Erde! Zusammengenommen steuern alle zehn Teleskope dasselbe entfernte Objekt an, kombinieren die Daten in leistungsstarken Computern mit Hilfe von phänomenal präzisen Atomuhren und sehen den Kosmos detaillierter als je zuvor.
Das Very Long Baseline Array (VLBA) besteht aus zehn Radioteleskopen, die über die westliche Hemisphäre verteilt sind und als ein einziges Instrument arbeiten.Bildnachweis: NRAO / AUI, mit freundlicher Genehmigung von SeaWiFS Project NASA / GSFC und ORBIMAGE
Da die Teleskope nicht physisch verbunden sein müssen, ist der Himmel wirklich die Grenze für die Platzierung der Teleskope. Stellen Sie sich vor, Sie platzieren einen in der Umlaufbahn um die Erde! Oder starten Sie eine Flotte von Radioteleskopen in den Weltraum, um als ein einziges Interferometer zu arbeiten, das um ein Vielfaches größer ist als unser Planet. Und wenn Sie wirklich groß träumen möchten, platzieren Sie doch einige Teleskope auf der Erde und andere auf der anderen Seite des Mondes. Sie hätten dann ein viertel Million Meilen breites Radioteleskop! Das Auflösungsvermögen eines solchen Aufbaus entspräche dem Stehen in Los Angeles und dem Lesen einer Zeitung in Washington, D.C.
VLBI ist ein vielseitiges Werkzeug. Die Techniken, die es ihm ermöglichen, die Bewegungen von Gas in fernen galaktischen Clustern zu verfolgen, können auch verwendet werden, um die Bewegungen unseres eigenen Planeten aufzuzeichnen. Wenn beispielsweise zwei Teleskope auf gegenüberliegenden Seiten eines Kontinents auf denselben entfernten Quasar zeigen, erreicht das Licht des Quasars ein Teleskop, bevor es das andere erreicht. Mit präzisen Uhren können Sie diese Zeitverzögerung verwenden, um den Abstand zwischen den Teleskopen genau zu messen. Wenn Sie dies wiederholt tun, können Sie überwachen, wie sich diese Entfernung im Laufe der Zeit ändert. Bemerkenswerterweise können Geologen mithilfe von Funksignalen von Quasaren, die Milliarden von Lichtjahren entfernt sind, das langsame Abdriften von tektonischen Platten beobachten!
VLBA-Aufnahme eines Jets aus dem Kern der M87-Galaxie, 50 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt. Der Jet, der von einem supermassiven Schwarzen Loch im galaktischen Zentrum angetrieben wird, ist 5000 Lichtjahre lang. Das Gas im Strahl bewegt sich nahezu mit Lichtgeschwindigkeit. Bildnachweis: NRAO / AUI und Y. Y. Kovalev, MPIfR und ASC Lebedev.
Sehr lange Basislinieninterferometrie - VLBI - ist ein phänomenal komplexes, aber leistungsstarkes Werkzeug. Durch die Verbindung von Radioteleskopen aus der ganzen Welt können Astronomen das Universum in beispiellosen Details sehen. VLBI-Netzwerke haben explodierende Sterne und mächtige Gasjets untersucht, die von supermassiven Schwarzen Löchern in den Herzen von Galaxien angetrieben werden. Mit derselben Technologie können wir die innere Struktur unseres Planeten abschälen und unsere Orientierung im Raum bestimmen.
Was wird die nächste Generation immer größerer VLBI-Netzwerke über das ferne Universum oder sogar den Boden unter unseren Füßen verraten?