Mein Radioteleskop

Hintergrundsfoto: www.lichtjahre.eu

Mit unseren Augen sehen wir nur einen kleinen Bruchteil des elektromagnetischen Spektrum.

Geordnet nach zunehmender Frequenz und somit abnehmender Wellenlänge befinden sich am Anfang des Spektrums die Längstwellen, deren Wellenlängen viele Kilometer betragen. Am Ende stehen die sehr kurzwelligen und damit energiereichen Gammastrahlen, deren Wellenlänge bis in atomare Größenordnungen reicht.

Wahrnehmung der Wellen für den Menschen:

Andere Wellenlängen können wir fühlen (Infrarot)

Oder Radiowellen hören.

Andere Spektren nimmt der Mensch nicht wahr.

Viele Wellen im elektromagnetischem Spektrum kommen erst gar nicht auf unserer Erde an. Sie werden in den oberen Atmosphären - Schichten absorbiert.

Deshalb haben wir Raumsonden oberhalb dieser Atmosphäre und können darüber hinaus dieses Spektrum erfassen.

Hier ist eine Karte der gesammten Radiowellen - Einteilung und man kann erkennen, welche Radiowellen bis zur Erdoberfläche ankommen.

Synchrotronstrahlung

Synchrotonstrahlung entsteht immer dann, wenn Elektronen mit einer Geschwindigkeit von nahezu Lichtgeschwindigkeit in ein Magnetfeld treffen. In der Radioastronomie konzentriert man sich auf die Magnetfelder von Supernova-Überresten oder von ganzen Galaxien. Durch die Lorentzkraft wird ein Elektron, das sich eigentlich auf einer geraden Bahn bewegt, auf eine Kreisbahn gebracht. Hierbei treten Energieverluste auf, die in Form von Radiowellen ausgestrahlt werden.

Text: MPIfR

Thermische Radiostrahlung

Galaxien werden von einem sogenannten Plasma umgeben. Das ist eine Art vierter Aggregatzustand, der bei den extrem geringen Dichten im Kosmos bei Temperaturen von 5000 bis 20000 Kelvin auftritt. In ihm schwirren Elektronen und Ionen frei umher.

Thermische Radiostrahlung (frei-frei-Strahlung) entsteht, wenn Elektronen sich frei im Weltall bewegen. Dies geschieht in einem sogenannten Plasma, was ein anderer Ausdruck für ionisiertes Gas ist. Die Materie hat Temperaturen zwischen 5000 und 20000 Kelvin (0 Kelvin = -273 Grad Celsius) bei extrem geringer Dichte. In diesem Plasma bewegen Atome sich so schnell, dass Elektronen sich von den Atomen trennen. Dadurch entstehen positiv geladene Ionen (Kationen). Da die positiven Ionen und die negativen Elektronen sich natürlich immer noch anziehen, kann der Fall eintreten, dass Elektronen von ihrer normalen Flugbahn abgelenkt werden. Dabei muss das Elektron nicht unbedingt auf das Ion zufliegen, sondern wird nur auf einer hyperbolischen Bahn an ihm vorbeifliegen. Bei der Änderung der Bewegung des Elektrons, ausgelöst durch das Ion, wird eine Radiowelle erzeugt.

Text: MPIfR

Der Spiegel (Ofset, Primefokus)

bündelt die Radiowellen zu dem LNB. Damit wirkt der Spiegel wie eine "Richtantenne"

Ein LNB ( Low Noise Converter)

ist eine "Antenne", die ca. 3 cm Radiowellen erfasst.

Der LNB setzt die Satellitenfrequenz von 10,7–11,75 oder 11,8–12,75 GHz auf den Bereich 950–2150 MHz um.

Öffnet man ein LNB, so erkennt man ein Horn. Dieses Feedhorn bündelt die 3 cm - Strahlung in eine Röhre (dem Feedhals) zu der eigendlichen kleinen Antenne, hinten im LNB.

Fazit:

Mit einem gewöhnlichen LNB können wir nun Radiosignale (3cm - Wellen > Mikrowellen) einiger großen Objekte im All erfassen und Auswerten.

Siehe:

1.Ziel:

Neutraler Wasserstoff auf 1420 MHz hören und als Kurve erhalten.

Equipement:

80er TV/Sat - Schüssel

HEQ-5 Montierung

Biquad - Antenne anstatt LNB

LNA - Verstärker

Reflektor - Platte für Biquad

USB - Kabel

RTL SDR - Stick

Faradeyischer Käfig > Schutz vor andere Strahlungen wie Handy ect.

Programme:

SDRSharp#

(1. Projekt wegen zu kleiner Sat Schüssel gescheitert;

Keine Kurve im Bereich des neutr. Wasserstoffs zu erkennen!)

2.Ziel:

Sonne im Durchlauf messen, Sonne mit Nachführung der Erddrehung nachführen, Mond.

Equipement:

80er TV/Sat - Schüssel

HEQ-5 Montierung

Satfinder

Stromeinspeisung für ein LNC

Dig. Multimeter mit USB - Anschluss und Mess-Software

Da mein erstes Projekt gescheitert ist, versuche ich nun erneut die Wasserstofflinie zu messen.

Der Bau der Antenne ist wie oben beschrieben, aber ohne Abschirmungskäfig.

Einige Hobby - Radioastronomen haben mit ähnlichem Equipement Erfolg gehabt.

28.09.2015 > Bau der Antenne.

Bild 1) Test: In der Wohnung > mit LNA

Bild 2) Test: In der Wohnung > ohne LNA

Der Grund, warum das erste Equipement mit der Messung der Wasserstofflinie nicht geklappt hatte, lag vielleicht daran:

Ich hatte mit der Software SDR Sharp probiert, eine Pegelerhöhung "LIVE" auf 1420 MHz zu sehen.

Das ist nicht möglich:

Ich habe eine kleine Schüssel, die ist wie ein kleines Teleskop.

Mit einem kleinen Teleskop kann man viele lichtschwache Objekte nicht sehen. Man könnte sie aber Langzeitbelichten und dann werden diese sichtbar!

Auch mit einer kleinen Schüssel kann man mit bestimmten Programmen wie "RTL SDR SCANNER" eine "Aufnahmefrequenz" AUFZEICHNEN!

Diese Software erkennt die hohen Peaks, die in der Liveansicht wie in SDR Sharp nur Millisekunden und nicht sichtbar wären, und mittelt diese.

Durch diese Aufzeichung entsteht ein Graph, der nur die Peaks enthält.

04.10.2015 in Waldau/Schwarzwald

SVEN BRAUCH (Physiker; Bachelor Arbeit Radioteleskop Effelsberg) war heute bei mir. Er hatte sein Equipement zur Messung der Wasserstofflinie dabei. (Kein Spiegel, nur BIQUAD mit Reflektor, ein Verstärker LNA 20 db, ein Selbsbau - Filter und selbst programmierte Software abgestimmt auf 1420 MHz.
Um ca. 16:30 Uhr war die Milchstrasse im Süden und wir hatten auf der Frequenz eine Pegelerhöhung!!!
Als wir sein Equipement an meine Biquad-Antenne mit 80ER - Spiegel angeschlossen hatten, waren zu starke Störungen auf dem breitbandigem Frequenzband. Auch dann mit seiner Antenne.
Sven meint, dass wäre auf jeden Fall mit meiner Ausrüstung messbar. Entweder muss die Antenne (Biquad) optimiert werden, oder ein anderes Programm verwenden. Die Wellen auf meiner Kurve könnten in einem anderen Programm weniger/weg sein.
Wir werden weiter testen...

Mit 80er Schüssel, Biqoadantenne und LNAforall

Erde

Himmel

Vergleich:

oberes Bild > Erde

unteres Bild > Himmel

Das obere Bild zeigt den etwaige Bandbreite der Wasserstofflinie von 200 KHz in SDR Sharp.

18:30 Uhr > Test vom Fenster aus. Im Programm Stellarium sieht man Richtung Süden die Milchstrasse.

Erde

Milchstrasse

Himmel - Erde - Test OHNE 80er-Schüssel, nur die Biquadantenne

1. Bild > Erde
2. Bild Himmel

Erde

Himmel

Richtung SSW richtete ich die Biquadantenne ca. 40 Grad über dem Horizont Richtung Milchstrasse aus.

Fenster mit Biquad Antenne ohne 80er Spiegel

Sven Bauch (Bachelorarbeit am MPIfR) schreibt:

"Ich würde schon sagen, ja! Das ist die Wasserstofflinie. Das ist realistisch, dass das die Linie ist..."

Ich probierte meine Annahme zu bestätigen, indem ich von der Milchstrasse mit der Antenne Richtung SO schwenkte.

Hier ist nun dieser flache breitbandige Peak auf 1420 MHz nicht mehr zu sehen.

Am 19.10.2015 um 12 Uhr wr die Milchstrasse Richtung SO.

Ich schwenkte das Radioteleskop Richtung N, damit ich von der Milchstrasse weg bin.

Nun schwenkte ich das Teleskop Richtung Milchstrasse (SO). Auf 1420 MHz habe ich das breitbandige Peak erhalten. Auch im Wasserfalldiagramm gut zu sehen.

FIRST "LIGHT" (Hearing) :-)

Hier könnt ihr meine Hand vor dem LNC sehen,- die Kurve steigt - auch so wird man eine schöne Kurve der Sonne, dem Mond, mit Nachführung evt. Sonnenausbrüche als Kurve darstellen können.

Da der Piepser im Satfinder extrem nerven wird, wenn man einen Sonnendurchgang oder Langzeitaufnahmen der Sonne nachgeführt macht, habe ich diesen mit einem Draht (die Membran) zerstört. Er piept nun nicht mehr und Satfinder angeschlossen, aufgedreht, geht der Zeiger noch nach oben. Also müsste der Satfinder noch funktionieren.

Also die Messung über den Multimeter erfolgt dann über eine mV-Angabe. Ich habe nun einem 2Way-Splitter (siehe Blid) nach den Satfinder geschaltet; So habe ich nun noch einen 2.Ausgang nun zum RTL SDR - STICK und erhalte nicht nur mV-Kurve, sondern auch Hz-Kurve der Sonne. Also mit SDRSharp und PC - Link (Multimeterprogramm).

Hier nun der Schaltplan:

Heute habe ich die Sonne zum 1. Mal von Hand mit den biegsamen Wellen 20 Minuten nachgeführt. Zur Nachführung verwendete ich ein Blatt Papier auf der Sat-Schüssel und den Schatten des LNB positionierte ich so, daß der Satfinder den max. Wert zeigte. Dann umrundete ich den Schatten des LNB auf dem Papier mit einem Stift und konnte nun, wenn die Erde sich weiter drehte, mit den Wellen der Monitierung den Schatten wieder auf die eingezeichnete Linie führen.

Die Bilder zeigen:
+ das "Radioteleskop" mit dem Blatt Papier davor,
+ die Aufzeichnung an PC,
+ den erstellten Graphen von mir
+ und den aktuellen Graphen von der Internetseite: www.swpc.noaa.gov/today.html

Das verwendete Equipement finden Sie hier:
markuspaul.jimdo.com/radioastronomie
> 2.Ziel

Wie auf der Noaa-Seite zu sehen, zu dem Zeitpunkt der Aufzeichnung keine Aktivität der Sonne war, ist auch mein Graph sehr flach.
X und M - Flares sollten jedoch mit dem Equipement aufgezeichnet werden können und auf der Noaa-Seite kann man dann diese Peaks vergleichen.