Low Frequency Array

Antennenprototypen

LOFAR Station des Leibniz-Institutes für Astrophysik Potsdam in Bornim

LOFAR (Abkürzung für Low Frequency Array) ist ein sogenanntes Radiointerferometer, also eine Anordnung aus vielen Radioteleskopen, deren Signale zu einem einzigen Signal kombiniert werden. Um mit LOFAR eine Winkelauflösung von einer Bogensekunde und besser zu erreichen, reicht eine Ausdehnung über die Größe der Niederlande nicht aus^[1], daher wurde beschlossen, LOFAR um Stationen verteilt über den gesamten europäischen Kontinent auszudehnen. Das Teleskop verfügte zum Zeitpunkt seiner offiziellen Einweihung durch die niederländische Königin Beatrix am 12. Juni 2010 über europaweit rund 10000 Einzelantennen. Die detektierbaren Frequenzbereiche umfassen 10–80 MHz und 110–240 MHz.

LOFAR ist ein Gemeinschaftsprojekt der niederländischen astronomischen Organisation ASTRON, den Universitäten Amsterdam, Groningen, Leiden und Nimwegen sowie einer deutschen Beteiligung bestehend aus 12 Instituten, die sich im Long Wavelength Consortium (GLOW) zusammengeschlossen haben. Ihm gehören das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) mit dem OSRA, das Max-Planck-Institut für Radioastronomie (MPIfR) in Bonn, das Max-Planck-Institut für Astrophysik (MPA) in Garching, der Exzellenzcluster "Universe" München/Garching, die Thüringer Landessternwarte in Tautenburg, die Jacobs-Universität Bremen sowie die Universitäten Bielefeld, Bochum, Bonn, Hamburg und Köln an.

Die Stationen, bestehend aus jeweils 192 Einzelantennen, sind an verschiedenen Orten in den Niederlanden, Deutschland und weiteren europäischen Ländern (Frankreich, Großbritannien, Schweden, Polen) angesiedelt. Im Falle des LOFAR sind die Einzelantennen sehr einfach gebaute Drahtpyramiden und weniger als mannshoch – im Gegensatz zu früheren Interferometern wie dem Very Large Array und dem VLBI, bei denen die Einzelkomponenten große Parabolantennen sind.

Die geringen Kosten der Antennen ermöglichen es, eine große Anzahl von ihnen bereitzustellen. Die Sammelfläche des kompletten Netzwerks beträgt heute etwa 0,5 Quadratkilometer bei einer Ausdehnung von mehr als 1000 Kilometern. Die erste niederländische Prototyp-Station arbeitete 2006 bei Exloo in der Provinz Drenthe. Bis Mitte 2011 wurden 30 Stationen in den Niederlanden in Betrieb genommen; der Endausbau mit 40 Stationen soll im Frühjahr 2012 erreicht werden. Dieses größte Radioteleskop der Welt, das weite Blicke in den Weltraum und Erkenntnisse aus der Zeit kurz nach dem Urknall liefern soll, ist im Juni 2010 eingeweiht worden. Die erste deutsche Station wurde im November 2007 neben dem 100m Radioteleskop Effelsberg in Betrieb genommen. Vier weitere Stationen in Unterweilenbach/Garching, Tautenburg (Thüringen), in Bornim bei Potsdam und in Jülich folgten bis 2011. Je eine Station wurde in Großbritannien, Frankreich und Schweden gebaut, weitere in Großbritannien und Polen sind in Planung.

Der wesentliche Faktor, der die Leistungsfähigkeit der Anlage bestimmen wird, ist ein Zentralrechner (IBM Blue Gene-supercomputer) im Rechenzentrum der Universität Groningen (Niederlande), der die Einzelsignale der verschiedenen Antennen miteinander verrechnet sowie ein sehr schnelles Datenkommunikationsnetzwerk (Wide Area Network – WAN). Für die erste deutsche Station in Effelsberg wurde eine eigene Glasfaserleitung mit 10 Gigabit/s zum Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn gelegt. Von dort werden die Daten über das deutsche Forschungsnetz DFN zum Forschungszentrum Jülich und weiter über das niederländische SURFNET zum zentralen Großrechner Blue Gene/P an der Universität Groningen geleitet, der eine Leistung von 37 Teraflops hat.

Die wissenschaftlichen Ziele von LOFAR wurden in sechs internationalen Key Science-Projekten entwickelt, die von niederländischen, deutschen und britischen Instituten geleitet werden. Es soll nach Signalen aus der Reionisierungsepoche aus der Zeit rund 1 Milliarde Jahre nach dem Urknall bei Frequenzen zwischen 120 und 200 MHz gesucht werden. Kataloge von Radioquellen bei fünf Frequenzen sollen erstellt werden. Weitere Objekte sind Pulsare und Radiosignale von Teilchen der kosmischen Strahlung, die in die Erdatmosphäre eindringen. Das Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn leitet ein "Key Science"-Projekt zum Studium kosmischer Magnetfelder. Das Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam hat die Leitung des Key-Science-Projektes zur Messung der Radiostrahlung der Sonne übernommen.

Neben physikalischen Erkenntnissen über Galaxien, Quasare und der Materie aus der frühesten Zeit des Universums versprechen sich die Betreiber Erkenntnisse darüber, wie ein zukünftiges, leistungsfähigeres Internet beschaffen sein sollte. Außerdem ist LOFAR ein Vorläuferteleskop des geplanten Square Kilometre Array^[2], ein Radioteleskop mit einem Quadratkilometer Sammelfläche, das ab 2017 als weltweites Gemeinschaftsprojekt in Australien oder Südafrika gebaut und ab 2020 von etwa 70 MHz bis mindestens 10 GHz arbeiten soll.

Das Array soll in den Niederlanden auch für andere Zwecke benutzt werden, z.B. mit Windsensoren auszustatten. Mit den gewonnenen Daten könnten dann sehr präzise Windvorhersagen getroffen werden. Dies ist beispielsweise für Windparks von Bedeutung. Weiterhin können an den Antennen seismische Sensoren angeschlossen werden, so dass auch exakte Messungen seismischer Aktivität möglich sind.

Die erste deutsche LOFAR-Station bei Bad Münstereifel - Effelsberg mit einem Durchmesser von 60 Metern, bestehend aus 96 Dipol-Antennen (Vordergrund). Im Hintergrund ist das 100m Radioteleskop Effelsberg zu sehen. Beide Instrumente werden vom Max-Planck-Institut für Radioastronomie in Bonn betrieben.

Weblinks

• LOFAR
• LOFAR in Deutschland
• LOFAR-Station Effelsberg
• LOFAR Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam
• LOFAR MPA Garching
• Key Science Projekt Sonnenphysik und Weltraumwetter
• Key Science Projekt Kosmischer Magnetismus
• SKA

Literatur

• M. Hoeft, R. Beck: LOFAR läuft!. In: Sterne und Weltraum. Nr. 6, Spektrum, 2010, ISSN 0039-1263 (PDF).
• H. Falcke, R. Beck: Per Software zu den Sternen. In: Spektrum der Wissenschaft. Nr. 7, Spektrum, 2008 (HTML).
• R. Beck, W. Reich: LOFAR: Startschuss für deutsche Stationen. In: Sterne und Weltraum. Nr. 9, Spektrum, 2006, ISSN 0039-1263 (PDF).
• R. Beck: Das Square Kilometre Array. In: Sterne und Weltraum. Nr. 9, Spektrum, 2006, ISSN 0039-1263 (PDF).

Einzelnachweise

1. ↑ LOFAR - ein neues Radioteleskop in Deutschland [1] www3.uni-bonn.de Presseaussendung 2006
2. ↑ Square Kilometre Array (SKA)