Benutzer:Tiltec/SKA
Übersetzt von en:Square Kilometre Array. Muss noch überarbeitet werden. Square Kilometre Array
Das Square Kilometre Array (SKA) ist ein geplantes Radioteleskop mit einer gesamten Kollektorfläche von etwa einem Quadratkilometer. Es wird einen breiten Frequenzbereich abdecken und ist durch seine Größe 50 mal empfindlicher als vergleichbare Instrumente. Die Verwendung von moderner Datenverarbeitungstechnik sorgt für eine tausendfach schnellere Abtastung des Himmels als zuvor. Einige Empfangsstationen sind bis zu 3000 km vom Hauptstandort entfernt, womit die Radioastronomie ihrer Vergangenheit treu bleibt und weiterhin die höchsten Auflösungen der gesamten Astronomie liefert. Geplante Bauorte sind entweder Südafrika oder Australien, beide in der südlichen Hemisphäre, wo die Beobachtung unserer Galaxie, der Milchstraße, am besten gelingt und die Interferenz so gering wie möglich ist. Das SKA hat ein Budget von 1,5 Milliarden Euro, der Baubeginn soll im Jahr 2012 erfolgen, damit 2016 die erste Inbetriebnahme und 2020 der volle Betrieb beginnen kann.
Das SKA ist eine einzigartige Zusammenarbeit von 19 Ländern und wird das Verständnis des Universums revolutionieren, indem es Antworten auf grundlegende Fragen nach seinem Ursprung und seiner Entwicklung gibt.
Beschreibung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Das SKA wird aus tausenden kleinen Empfängerantennen bestehen, die teilweise mehr als 3000 km voneinander entfernt sind. Die Hälfte der Kollektorfläche am Hauptstandort wird jedoch in einem Durchmesser von 5 km aufgebaut. Ausgehend von diesem Kern deckt ein spiralenförmiges Netzwerk von Antennenstationen einen Kontinent ab. Durch die Kombination der Einzelsignale wird ein riesiges Radioteleskop mit einer sehr hohen Empfindlichkeit und Winkelauflösung simuliert. Das SKA wird ebenso ein sehr breites Gesichtsfeld (Field-of-view, FOV) haben, das Ziel sind 200 Quadratgrad bei Frequenzen kleiner 1 GHz und mehr als ein Quadratgrad bei höheren Frequenzen (etwa fünf mal Vollmond). Durch die Verwendung der neuartigen Phased-Array-Technologie sind mehrfache Gesichtsfelder möglich, was zu einer erhöhten Abtastgeschwindigkeit führt und verschiedene Benutzer in die Lage versetzt, mehrere Himmelsregionen gleichzeitig zu beobachten. Mit seinem großen Gesichtsfeld und der hohen Empfindlichkeit verändert das SKA die wissenschaftliche Erforschung des Universums.
Experimente am SKA[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Durch die große Flexibilität des SKA können ihm eine Vielzahl an Aufgaben aus den Bereichen der Astrophysik, der Grundlagenphysik, der Kosmologie und der Astroteilchenphysik zugewiesen werden. Bisher unentdeckte Bereiche des tiefen Universums können erforscht werden. Einige wichtige wissenschaftliche Projekte wurden ausgewählt:
Grenzbereichsuntersuchung der Allgemeinen Relativitätstheorie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Seit fast 90 Jahren hat Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie jedes Ergebnis von Experimenten präzise vorhergesagt, die durchgeführt wurden, um die Theorie zu testen. Die meisten dieser Experimente, auch die zwingendsten, wurden mithilfe radioastronomischer Messungen durchgeführt. Durch die Verwendung von Pulsaren als kosmische Gravitationswellen-Detektoren, oder zeitgebenden Pulsaren, die schwarze Löcher umkreisen, werden Astronomen in der Lage sein, die Grenzen der Allgemeinen Relativitätstheorie zu erforschen. Dazu gehört auch das Verhalten von Raum und Zeit in der Umgebung von sehr stark gekrümmtem Raum. Erst dann kann man wissen, ob Einsteins Beschreibungen von Raum, Zeit und Schwerkraft richtig waren oder ob eine neue Physik gebraucht wird.
Galaxien, Kosmologie, Dunkle Materie und Dunkle Energie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die Empfindlichkeit des SKA im Bereich der 21-cm-Wasserstofflinie wird eine Vielzahl von Galaxien erfassen, bis hin zu den Grenzen des Universums. Daraus ergibt sich eine riesige Struktur, die der Entstehung und dem Wachstum von Galaxien zugrunde liegt. Durch die Beobachtung von extraterrestrischem Wasserstoff kann ein dreidimensionales Bild erstellt werden. In diesem sollen die ersten Anzeichen der Struktur zu erkennen sein, die dann separate Galaxien und Superhaufen formt.
Licht ins Dunkle Zeitalter bringen - die ersten schwarzen Löcher und Sterne[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die Lücke zwischen 300 000 Jahren nach dem Urknall, als das Universum transparent wurde, und den ersten Galaxien eine Milliarde Jahre später, auch "Dunkles Zeitalter" genannt, wird das SKA ausfüllen können. Durch die Beobachtung der anfänglichen Gasverteilung kann man mit dem SKA sehen, wie das Universum schrittweise aufleuchtet, als seine Sterne und Galaxien entstehen und sich dann entwickeln.
Der Ursprung und die Entwicklung des kosmischen Magnetismus[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Es ist immer noch nicht möglich, einfachstee Fragen über die Entstehung und die Entwicklungen von kosmischen Magnetfeldern zu beantworten, aber es ist klar, dass sie ein wichtiger Teil des interstellaren und intergalaktischen Raums sind. Indem man die Auswirkungen des Magnetismus der elektromagnetischen Strahlung von weit entfernten Galaxien zuordnet, kann mit dem SKA die Form des kosmischen Magnetismus und dessen Rolle im entstehenden Universum aufklären
Erforschung des Unbekannten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die Vergangenheit hat gezeigt, dass viele der größten historischen Entdeckungen unerwartet passiert sind. Durch seine einzigartige Empfindlichkeit und Vielseitigkeit wird das SKA gleichsam zu einer Entdeckungsmaschine.
Mögliche Orte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Passende Örtlichkeiten für das SKA müssen weitgehend unbewohnt sein, um ein möglichst geringes Niveau an künstlicher Radiostrahlung zu garantieren. Nach einem Vorentscheid stehen zwei Orte zur näheren Auswahl: Australien: Der Hauptstandort liegt in Boolardy Parameter name fehlt in Fließtextkoordinate 26° 59′ S, 116° 32′ O in Westaustralien 315km nordöstlich von Geraldton auf einer flachen, wüstenähnlichen Hochebene, 460 Meter über dem Meeresspiegel. Die entferntesten Stationen sind in Neuseeland geplant.
Südafrika: Der Hauptstandort liegt in der Provinz Nordkap (Karoo), 75 km nordwestlich von Carnarvon, mit entfernteren Stationen in Ghana, Kenia, Madagaskar und Mauritius.
Pilotprojekte und technologische Entwicklung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Weltweit arbeiten viele Gruppen an der Entwicklung von Technologie und Techniken für das SKA. Einige werden im Folgenden kurz beschrieben:
MeerKAT[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
MeerKAT ist ein 860 Mio Rand schweres Projekt, um ein Array aus 50 oder mehr 12-Meter-Spiegeln zu bauen, damit die für das SKA benötigte Technologie entwickelt werden kann. KAT-7, ein Testmodell mit sieben Spiegeln, wird Ende 2009 in der Nähe von Carnarvon (Provinz Nordkap) gebaut werden, damit es 2012 den wissenschaftlichen Betrieb aufnehmen kann. Die Spiegeln werden mit einer Breitbandhornantenne ausgerüstet, um den Frequenzbereich von 800 MHz bis 8 GHz abzudecken.
Australian SKA Pathfinder[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Der Australian SKA Pathfinder (ASKAP), ein 100-Millionen-AU$-Projekt zur Herstellung eines Arrays aus 45 12-Meter-Spiegeln, die fortschrittliche Phased-Array-Empfänger zur Ermöglichung eines großen Gesichtsfeldes verwenden. ASKAP wird auf dem australischen Standort in Boolardy gebaut werden. Das Array soll 2012 fertiggestellt werden und einen Frequenzbereich von 700 bis 1700 MHz umfassen.
LOFAR[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
LOFAR (LOw Frequency ARray) ist ein niederländisches Projekt mit einem Umfang von 120 Mio Euro zur Errichtung eines Netzwerks aus Niederfrequenz-Phased-Array-Antennen in den Niederlanden, Deutschland, Großbritannien, Frankreich und Schweden. Daraus ergibt sich ein rein elektronisches Teleskop für Frequenzen von 40 bis 240 MHz, dessen Fertigstellung im Jahr 2009 erfolgen soll. Mit LOFAR werden Verarbeitungstechniken entwickelt, die für den SKA-Betrieb entscheidend sind.
Allen Telescope Array[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Das Allen Telescope Array (ATA) verwendet innovative 6,1-Meter-Gregory-Spiegeln mit Breitband-Einzelhornantennen, die Frequenzen von 500 MHz bis 11 GHz verarbeiten. In Betrieb ist momentan ein Array aus 42 Stationen, ein Ausbau auf bis zu 350 Stationen ist geplant. Das Design der EmpfangsSpiegeln ermöglicht sehr geringe Produktionskosten.
Square Kilometre Array Design Study[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die Square Kilometre Array Design Study (SKADS) ist ein von europäischen Geldern finanziertes Projekt im Umfang von 38 Mio Euro. Im Rahmen des SKADS sollen bis Mitte 2009 eine Reihe von Technologien und wissenschaftlichen Studien für das SKA entwickelt werden. Der Schwerpunkt liegt in der technischen Enwicklung von HF-Aperture-Arrays mit einem Frequenzbereich von 300 MHz bis 1 GHz. Als vollelektronische Teleskope können Aperture Arrays viele Antennenkeulen gleichzeitig erzeugen und damit eine hohe Scangeschwindigkeit erreichen.
Technology Development Programme[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Das 12 Mio US$ teure Technology Development Programme (TDP) soll die Spiegel- und Antennen-Technologien für das SKA hervorbringen. Das TDP wird von einem Konsortium aus Universitäten betrieben, in welchem die Cornell University den Vorsitz innehat. Die Fertigstellung wird 2012 erwartet.
Zeitplan und Finanzierung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Ursprünglich erdacht wurde das Square Kilometre Array in den frühen 1990ern, eine internationale Arbeitsgruppe folgte im Jahr 1994. Dies führte 2000 zur Unterzeichnung einer Übereinstimmungserklärung, und die frühe, aber wegweisende Entwicklunsphase begann. Schließlich nahm im Jahr 2008 das PrepSKA den Betrieb auf, um bis 2012 ein vollständiges Design für das SKA zu entwickeln. In der Bauphase 1 soll von 2012 bis 2016 ein funktionsfähiges Array für erste wissenschaftliche Versuche gebaut werden. Daraufhin wird das Array in der Phase 2 bis 2020 vervollständigt, um die geplante Empfindlichkeit für Frequenzen bis hin zu 10 GHz zu erreichen. Das SKA soll voraussichtlich 1,5 Mrd Euro kosten, darunter 300 Mio für Bauphase I. Das Vorhaben wird von vielen internationalen Einrichtungen finanziert. Vorläufige Schätzungen gehen davon aus, dass jeweils ein Drittel des Geldes aus Europa, aus den USA und aus dem Rest der Welt kommt.