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23.08.2011 Rudolf Felser

Hightech-Kommunikationsnetze verhelfen Astronomen zu besseren Bildern

Bislang wurden die Daten der Radioteleskope auf Speichermedien zu einem zentralen Supercomputer übermittelt. Hochleistungs-Kommunikationsnetze sollen das Verfahren beschleunigen.

Astronomen haben mit Förderung der EU die Technologie zur Herstellung hochauflösender Echtzeitbilder von entfernten Galaxien verbessert. Radioteleskope überall auf der Welt können Objekte in den Tiefen des Weltalls nun gleichzeitig beobachten und davon hochauflösende Bilder machen – mit einem Detailgrad, der sogar einen Fußball auf dem Mond erkennbar macht. Die Technik heißt "Electronic Very Long Baseline Interferometry" (e-VLBI, d. h. elektronische Interferometrie mit sehr langen Basislinien) und gibt Aufschlüsse über den Aufbau von Galaxien. Sie ermöglicht es den Astronomen, Daten aus laufenden Experimenten über optische Hochgeschwindigkeitsnetze praktisch in Echtzeit zu empfangen und zu verarbeiten. Dadurch können viele Radioteleskope weltweit so zusammenarbeiten, dass sie wie ein einziges riesiges Teleskop funktionieren. Dies steigert nicht nur die Qualität der Beobachtungsergebnisse, sondern trägt auch dazu bei, die Radioteleskope rentabler zu machen. Die Entwicklung und Nutzung der e-VLBI-Astronomie wird durch zwei Projekte zu Hochleistungs-Kommunikationsnetzen, EXPReS und NEXPReS, unterstützt, für die EU-Fördergelder in Höhe von 7,4 Mio. Euro bereitgestellt wurden.

Bei der herkömmlichen Interferometrie mit sehr langen Basislinien (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) erfolgt die Beobachtung durch zahlreiche Teleskope in verschiedenen Ländern, die alle gleichzeitig auf den gleichen Punkt zielen. Je größer dabei die Entfernung zwischen den Teleskopen ist, desto besser werden kleine Details des Beobachtungsobjekts erkennbar. Bislang zeichnete jede Beobachtungsstation ihre Daten auf Festplatten auf, die dann zur Auswertung an einen zentralen Supercomputer übermittelt wurden. Mit der neuen e-VLBI-Technik können die Teleskope direkt über optische Datenleitungen an den Supercomputer angeschlossen werden, so dass die Kosten für die Verwaltung der Speichermedien entfallen und viel schneller Ergebnisse vorliegen. Die Daten werden sodann in Echtzeit verarbeitet, so dass die Astronomen nicht mehr Wochen, sondern nur noch Stunden auf wissenschaftliche Ergebnisse warten müssen. Die zuvor nur in Europa verwendete e-VLBI-Technik wird nun weltweit eingesetzt.

Erst kürzlich wurde sie für die Beobachtung einer "Seyfert-Galaxie" genutzt, und führte zur Entdeckung der Emission energiereicher Gammastrahlung, die nur von den mächtigsten schwarzen Löchern ausgehen kann. Keine andere derart energiereiche Galaxie wurde bisher entdeckt, so dass es sich hier um das erste Exemplar einer neuen Klasse kosmischer Objekte handeln könnte. Ermöglicht wurden diese e-VLBI-Beobachtungen durch den Einsatz eines weltweit in Echtzeit arbeitenden Netzes mit einer Ausdehnung von 12.458 km, zu dem die größten und empfindlichsten Radioteleskope in Europa, Ostasien und Australien gehören, die über optische Hochgeschwindigkeitsnetze mit einander verbunden sind.

Künftig sollen voraussichtlich weitere Radioteleskope über Hochgeschwindigkeitsnetze in Echtzeit eingebunden werden, und das Projekt NEXPReS treibt die technische Entwicklung voran, um den Unterschied zwischen herkömmlicher VLBI-Technik und e-VLBI-Technik zu beseitigen.

Die e-VLBI-Technik wird auch anderweitig verwendet, so z. B. "umgekehrt" zur Messung der Bewegung tektonischer Platten und zur Vorhersage von Erdbeben, aber auch zur Beobachtung von Variationen der Erdorientierung und der Tageslänge, was wiederum für die Erforschung des Klimawandels nützlich ist, sowie zur Messung der Geschwindigkeit von Gravitationswellen in der physikalischen Grundlagenforschung. Dazu werden von einem weltweiten Antennennetz über einen bestimmten Zeitraum Zeitdifferenzen von weit entfernten Quellen (z. B. Pulsaren) gemessen.

Im Rahmen des Projekts EXPReS, das von 2006 bis 2009 lief, wurde der Hochleistungsrechner am Joint Institute for VLBI in Europe (JIVE) in den Niederlanden für den e-VLBI-Betrieb aufgerüstet. Der Supercomputer kann gleichzeitig Daten von 16 Teleskopen mit einer Übertragungsgeschwindigkeit von jeweils 1 Gbit/s empfangen.

NEXPReS (Novel Explorations Pushing Robust e-VLBI Services) ist ein auf drei Jahre angelegtes Projekt, das von 2010 bis 2013 läuft. Ziel ist die Einführung der e-VLBI-Echtzeitbeobachtung im gesamten europäischen VLBI-Netz, in dem die großen radioastronomischen Institute aus Europa, Asien und Südafrika zusammenarbeiten. An NEXPReS beteiligen sich 15 Forschungsinstitute, Betreiber nationaler Forschungs- und Bildungsnetze (NREN) und Hochleistungs-Rechenzentren aus Dänemark, Deutschland, Finnland, Italien, Lettland, den Niederlanden, Österreich, Polen, Schweden, Spanien und dem Vereinigten Königreich. (pi)

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