Qitai-Radioteleskop: Dem Universum in aller Stille lauschen

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Ma Yingxiu und Liu Qi (Astronomisches Observatorium Xinjiang, Chinesische Akademie der Wissenschaften)

Hersteller: China Science Expo

Im Leben nutzen Menschen ihre Ohren, um Geräusche wahrzunehmen und durch Geräusche zu verstehen, was in der Außenwelt geschieht. Auf der Erde gibt es eine andere Art von „Ohr“, das den Geräuschen des Universums lauschen kann: das Radioteleskop . Radioteleskope stellen sehr hohe Anforderungen an ihr „Zuhause“ und die umgebende Umwelt. Warum ist das so?

Die großen Ohren, die dem Universum zuhören – Radioteleskope

Radioteleskope können den Menschen helfen, die „Stimme“ des Universums zu hören und so die Geheimnisse des Universums zu enthüllen. Doch im Vergleich zu den Signalen von der Erde sind die kosmischen Signale, die von Radioteleskopen empfangen werden, sehr schwach. Selbst wenn man beispielsweise die Energie der Signale aller Radioteleskope auf der Erde zusammenzählt, ist sie immer noch nicht so groß wie die Energie eines Blattes, das auf den Boden fällt.

Um solch schwache Radiosignale empfangen zu können, stellt das Big Ear-Radioteleskop sehr strenge Anforderungen an das elektromagnetische Rauschen in der Umgebung, so wie wir in einer lauten Umgebung das Geräusch einer auf den Boden fallenden Nadel nicht hören können.

Urumqi Nanshan 26m Radioteleskop

(Fotoquelle: Astronomisches Observatorium Xinjiang)

Ein Zuhause finden: Das Problem der Unterbringung von Radioteleskopen lösen

Welche Art von Zuhause eignet sich für ein Radioteleskop zum „Leben“? Astronomen reisen um die Welt und suchen nach einem geeigneten Standort für Radioteleskope. Schließlich wurde dieses Haus im Dorf Shihezi, Stadt Banjiegou, Kreis Qitai, Xinjiang gefunden.

Der Eigentümer dieses Ortes, das QiTai-Radioteleskop (QTT), legte am 21. September 2022 offiziell den Grundstein und begann mit dem Bau, was die Aufmerksamkeit der weltweiten astronomischen Gemeinschaft auf sich zog.

QTT-Spatenstichzeremonie

(Fotoquelle: Astronomisches Observatorium Xinjiang)

Werfen wir einen Blick auf die Heimat des Qitai-Radioteleskops!

Das Dorf Shihezi in der Stadt Banjiegou im Kreis Qitai in Xinjiang ist malerisch: Wenn Sie nach oben schauen, sehen Sie einen blauen Himmel, in der Ferne schneebedeckte Berge und zu Ihren Füßen Grasland. Das Qitai-Radioteleskop befindet sich in einem Becken, das auf drei Seiten von Bergen umgeben ist. Die natürlichen Berge blockieren Funksignale und elektromagnetische Störungen außerhalb der Berge und reduzieren auch die Windgeschwindigkeit. Das Klima hier ist trocken, mit vielen Sonnentagen und wenig Lichtverschmutzung. Einfach ausgedrückt handelt es sich hierbei um ein „Reinland“ für Radioteleskope mit einer ruhigen Umgebung ohne elektromagnetische Störungen.

QTT-Stationsstandort

(Fotoquelle: Astronomisches Observatorium Xinjiang)

Ungebetene Gäste – Störsignale von Radioteleskopen

Obwohl das Qitai-Radioteleskop ein geeignetes Zuhause gefunden hat, ist dies nur der erste Schritt. Bevor ein gebautes Radioteleskop qualitativ hochwertige Beobachtungsdaten liefern kann, gibt es viele „ungebetene Gäste“, die das Radioteleskop stören und Probleme verursachen. Wer sind diese „ungebetenen Gäste“? Gibt es eine Möglichkeit, mit ihnen umzugehen?

(1) Drahtlose Weltraumkommunikationsdienste, wie etwa zivile oder militärische Satellitenkommunikation, Radar und drahtlose Luftfahrtkommunikationsdienste. Diese Funksignale lassen sich nur schwer eliminieren. Mithilfe technischer Mittel können wir jedoch den Standort des Geräts, das das Signal sendet, das Betriebsfrequenzband, die Betriebszeit und andere damit verbundene Parameter ermitteln, die Auswirkungen des Signals auf astronomische Beobachtungen analysieren, effiziente Beobachtungsmethoden entwickeln, um Beobachtungen während bestimmter Zeiträume zu vermeiden, und die Auswirkungen von Funksignalen auf astronomische Beobachtungsdaten durch Datenverarbeitungsmethoden verringern.

Radar- und Satellitenausrüstung

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

(2) Terrestrische drahtlose Kommunikationsdienste wie Mobilfunk, Rundfunk und Fernsehen, Mikrowellenrelais, Hochspannungsübertragungssysteme und andere feste/mobile drahtlose Kommunikationsdienste. Um mit dieser Art von Störungen umzugehen, können wir nur einen Standort mit weniger Funksignalen auswählen und eine Funkruhezone einrichten. Für die verschiedenen Bereiche der Ruhezone werden unterschiedliche Managementanforderungen gestellt. Beispielsweise ist in der Funkruhezone des Qitai-Radioteleskops (siehe Abbildung unten) im Kernbereich (ein rechteckiger Bereich von 2,5 km von Ost nach West und 4 km von Nord nach Süd) die Installation und Nutzung jeglicher Radiosender verboten, und der Bau von Anlagen, die elektromagnetische Wellen ausstrahlen, ist strengstens verboten. Auch für den Sperr- und Koordinierungsbereich gelten klare Bau- und Bewirtschaftungsanforderungen.

Störsignale von Mobilfunk, Hochspannungsmasten

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

QTT-Radio-Ruhezone

(Fotoquelle: Astronomisches Observatorium Xinjiang)

(3) Sie wissen vielleicht nicht, dass persönliche elektronische Geräte wie Fahrzeuge, Mobiltelefone, Walkie-Talkies, Digitalkameras, Smart Wearables usw. ebenfalls elektromagnetische Strahlung in unterschiedlichem Ausmaß abgeben, die sich auch auf radioastronomische Beobachtungen auswirken kann. Kontrollieren Sie das Tragen und die Verwendung solcher elektronischen Geräte, indem Sie beispielsweise die Wireless-Funktion des Geräts deaktivieren oder es ausschalten.

Störsignale von Mobiltelefonen, Fahrzeugen usw.

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

(4) Während des Baus und Betriebs von Radioteleskopen erzeugen verschiedene elektronische Geräte während des Betriebs elektromagnetische Strahlung in unterschiedlichen Frequenzbändern, wie beispielsweise verschiedene Computernetzwerkgeräte, Motoren, die zum Rotieren des Teleskops verwendet werden, und ihre Steuerungssysteme, Überwachungskameras in der Station, Beleuchtung, Klimaanlage, Bürogeräte usw. Sogar Mikrowellenherde, die in Cafeterias verwendet werden, geben starke elektromagnetische Strahlung ab. Das Strahlungsemissionsrauschen dieser Geräte ist unvermeidbar und wird durch das Teleskop selbst und die Konstruktion der Station verursacht. Um mit dieser Art von Störungen umzugehen, gibt es im Xinjiang Astronomical Observatory ein professionelles Team für elektromagnetische Verträglichkeitstechnologie, das Methoden zur Messung und Abschwächung verschiedener Signaltypen erforscht.

Störsignale von Klimaanlagen, Mikrowellenherden, Kameras etc. (Bildquelle: veer Gallery)

Die „Wunderwaffe“ gegen Störquellen – Elektromagnetische Verträglichkeitstechnik

Um eine bessere „Lebensumgebung“ für große Radioteleskope zu schaffen, haben Wissenschaftler viele Anti-Interferenz-Technologien erforscht. Unter ihnen ist die Technologie der elektromagnetischen Verträglichkeit eine der wirksamsten Methoden, um mit Störquellen umzugehen.

Die elektromagnetische Verträglichkeit großer Radioteleskope muss auf mehreren Ebenen erfolgen. Dazu gehören die Erkennung elektromagnetischer Störungen, Signalstatistiken und Merkmalsanalysen, die Ausbreitungs- und Kopplungsanalyse von Signalwellen sowie elektromagnetischer Schutz und die Gestaltung der elektromagnetischen Verträglichkeit. So sollen die negativen Auswirkungen verschiedener Funksignale rund um den Teleskopstandort und der Strahlungsemissionen der eigenen elektronischen Geräte auf radioastronomische Beobachtungen verringert werden.

Wenn Sie elektromagnetische Störungen abschirmen möchten, müssen Sie zunächst die Quelle und die Eigenschaften des Signals kennen. Außerdem benötigen Sie ein ausgereiftes System zur Erkennung elektromagnetischer Störungen und ein System zur Bewertung der elektromagnetischen Verträglichkeit. Das Team für elektromagnetische Verträglichkeit des Astronomischen Observatoriums Xinjiang hat ein System zur Erkennung elektromagnetischer Störungen für mehrere Szenarien entwickelt , das in wissenschaftlichen Forschungsbereichen wie der Nanshan-Station, der Qitai-Station und dem National Time Service Center eingesetzt wird. Gleichzeitig entwickelte das wissenschaftliche Forschungsteam auch ein System zur Bewertung der elektromagnetischen Verträglichkeit großer Radioteleskope und löste damit die technischen Probleme der Kontrolle und Bewertung der elektromagnetischen Verträglichkeit großer Radioteleskope.

Hochempfindliches, vollautomatisches elektromagnetisches Umgebungsüberwachungssystem

(Fotoquelle: Astronomisches Observatorium Xinjiang)

Mess- und Bewertungssystem für die elektromagnetische Verträglichkeit in der Dunkelkammerumgebung des Astronomischen Observatoriums Xinjiang

(Fotoquelle: Astronomisches Observatorium Xinjiang)

Zweitens schlug das Technologieteam für elektromagnetische Verträglichkeit des Astronomischen Observatoriums Xinjiang als Reaktion auf die Strahlungsemissionsstörungen des Teleskops selbst und der elektronischen Geräte vor Ort eine kostengünstige Methode zur Gebäudeabschirmung vor . Dabei wird ein Edelstahldrahtgeflecht verwendet, um die Strahlungsstörungen der elektronischen Geräte im Gebäude zu isolieren und so die Auswirkungen der Strahlungsemissionsstörungen der elektronischen Geräte im Gebäude auf astronomische Beobachtungen zu verringern.

Derzeit wurde diese Methode auf sechs Gebäude am Standort des Qitai-Radioteleskops angewendet. Tests haben gezeigt, dass die Abschirmwirkung erheblich ist und somit das technische Problem der Abschirmungsschwierigkeiten in großen Gebäuden gelöst wird.

Prozessplan und Entwicklung von Abschirmgeräten

(Fotoquelle: Astronomisches Observatorium Xinjiang)

Anwendung von Gebäudeabschirmungslösungen

(Fotoquelle: Astronomisches Observatorium Xinjiang)

Derzeit befindet sich das Qitai-Radioteleskop, das sein „Zuhause“ gefunden hat, im Bau und die Unterzeichnung des Projektvertrags sowie die Ausschreibung für das aktive Antennenoberflächensystem sind abgeschlossen. Auch die damit verbundenen technischen Austauschaktivitäten und Infrastrukturen laufen auf Hochtouren.

Lauschen Sie dem Universum in Stille – Sie und ich sind die Wächter der Radioteleskope

Es ist nicht einfach, einen guten Standort für ein Radioteleskop zu finden, und noch schwieriger ist es, nach der Entdeckung über einen längeren Zeitraum eine gute Radioumgebung aufrechtzuerhalten.

Im Vergleich zu natürlichen elektromagnetischen Störungen sind die vom Menschen verursachten Störungen bedeutender. Während die Ingenieure hart daran arbeiten, Signalstörungen zu reduzieren, sollte jeder von uns, der sich in der Nähe des Radioteleskops aufhält, die Vorschriften zur Handhabung elektronischer Geräte bewusst einhalten. So ist es Mitarbeitern und Besuchern auf dem Gelände beispielsweise untersagt, Digitalkameras, Spielkonsolen, Walkie-Talkies, WLAN und andere elektronische Geräte sowie drahtlose Übertragungseinrichtungen zu verwenden.

Lassen Sie uns gemeinsam daran arbeiten, die Radioumgebung zu schützen, damit Radioteleskope ihre Aufgaben in dem „reinen Land“ erfüllen können, das ihnen gehört!