Square Kilometre Array (SKA) 10.02.2012, 12:01 Uhr

Weltgrößter Antennenpark soll 50-mal genauer ins All hören

Auf der Südhalbkugel wollen Radioastronomen einen riesigen Antennenpark errichten, um schärfer als je zuvor in den Kosmos zu blicken. Ob der in Südafrika oder Australien entstehen wird, entscheidet in den nächsten Wochen ein Expertengremium. Ein Besuch bei dem australischen Kandidaten und seinem Vorgängerpark zeigt, wie schwierig es ist, in der „radiolosen“ Einöde des Outbacks mit Hightech zu hantieren.

3000 Parabolantennen, quer über einen ganzen Kontinent verteilt. Dazu Datenleitungen und Rechner mit einer Leistung, die es heute noch gar nicht gibt – die aber nötig sein wird, um der erwarteten Signalmengen Herr zu werden. Schließlich soll der Antennenpark 50-mal schärfer ins All blicken, als es mit bisherigen Radioteleskopen möglich ist. Bereits an dieser Stelle könnte das jüngste Großprojekt der Radioastronomen, freundlich ausgedrückt, als „ambitioniert“ bezeichnet werden.

Der Square Kilometre Array-Antennenpark soll fern der Zivilisation entstehen

Aber damit nicht genug: Ein Großteil der Parabolschüsseln und zusätzlicher Dipolantennen soll fern der Zivilisation errichtet werden, weil Handynetze, Stromleitungen, Autos und Flugzeuge die Messungen stören. Die Forscher haben es nämlich auf extrem schwache Radiosignale aus dem All abgesehen. Mit ihrer Hilfe wollen sie die Entwicklung einzelner Galaxien, aber auch des gesamten Universums besser verstehen.

Wie kommt das ganze Material in die Einöde? Woher bekommen die Messgeräte ihren Strom? Und wie kommen die Daten zu den Supercomputern der Wissenschaftler?

„Der Kontrast zwischen Wildnis und Hightech erinnert mich an den Film ‚Fitzcarraldo‘, in dem ein Mann im Dschungel eine Oper bauen will und ein Schiff über den Berg zieht, um seinen Traum zu verwirklichen“, sagt Brian Boyle. Er leitet die Bewerbung von Australien und Neuseeland und reist in diesen Wochen um die Welt, um für seine Vision zu werben. Geht es nach ihm, soll das SKA – die Abkürzung steht für Square Kilometre Array und verweist auf die Detektorfläche, die alle Antennen zusammengenommen haben werden – auf dem fünften Kontinent entstehen. „Natürlich sind noch viele Fragen offen“, sagt Boyle, „aber ich bin sicher, dass wir eine Lösung finden, bis das SKA gebaut werden wird.“

Das ist allerdings noch nicht ausgemacht. 1,5 Mrd. € sind für das internationale Projekt veranschlagt. Wobei jeder weiß, dass Vorhaben dieser Größe immer teurer werden. Die bislang sieben Vertragsstaaten – Deutschland ist noch nicht dabei – werden das allein kaum schaffen. Vor allem aber muss sich das SKA-Team auf einen Standort einigen. Neben Australien ist noch Südafrika im Rennen. Nach jahrelangen Vorarbeiten soll in den nächsten Wochen ein Fachgremium die Entscheidung treffen.

Ebenso wie Brian Boyle vermeidet es auch der Chef der südafrikanischen Bewerbung, Bernie Fanaroff, tunlichst, das Wort Konkurrent zu benutzen. „Die Regeln sind klar, jeder darf nur für sich sprechen und keine direkten Vergleiche mit dem anderen Standort machen. Daran halten wir uns“, sagt er. Beide Kandidaten bieten eine gesetzlich geschützte „radioleise“ Kernzone für das SKA, in der bereits ein kleiner Antennenpark entsteht. In der südafrikanischen Karoo-Region werden gerade die Parabolantennen des „Meerkat“-Projekts aufgebaut.

Jenseits des Indischen Ozeans, 700 km nordöstlich von Perth, entsteht das Murchison Radio-astronomy Observatory. Das Gelände um die ehemalige Schaffarm Boolardy Station ist gut geeignet für diese Wissenschaft: etwas größer als die Niederlande, nur 110 Einwohner, die nächste Stromleitung 200 km entfernt. Hier werden gerade 36 Schüsseln für das „Askap“-Projekt errichtet. Größtenteils gefertigt in China, herangeschafft mit Lastwagenzügen, Road Trains, und bei sengender Hitze zusammengebaut.

Wie der südafrikanische Bewerber lädt auch die australische Regierung ab und an eine Handvoll Journalisten ein. Mit einer Propellermaschine werden sie ins Outback geflogen, um ihnen eine Vorstellung davon zu geben, was Askap leisten kann. Und natürlich das SKA, wenn es hierherkommt.

Die Szenerie ist wie aus einem Science-Fiction-Film. Auf dem endlosen Rot des Outbacks kreuzen Warane die Sandpiste – und Emus, jene Laufvögel, die das australische Wappen zieren. Dann sind plötzlich am Horizont gewaltige Parabolantennen zu sehen. Die Männer, die in neonfarbener Kleidung an den weißen Säulen herumschrauben, wirken verloren unter den großen Schüsseln. Ab und an setzen sich diese in Bewegung, schwenken nach rechts oder links, recken sich in die Höhe.

SKA-Teleskope zeigen mithilfe von Radiowellen Galaxien-Jets

Indem die Antennen zusammengeschaltet werden, sollen sie Galaxien mit ungekannter Genauigkeit abbilden. Und zwar nicht mithilfe von ausgesendeten Lichtstrahlen, wie es optische Teleskope tun, sondern indem sie Radiowellen detektieren. Sie liefern Informationen über ihre Ursprungsgebiete, die optischen Verfahren verborgen bleiben. Zum Beispiel können sie zeigen, wie Galaxien, die um supermassive schwarze Löcher rotieren, senkrecht zu ihrer „Karussellebene“ Partikelströme weit ins Universum schießen: sogenannte Jets.

Neben solchen Detailaufnahmen planen die Forscher große Kartierungen, um etwa die dunkle Energie zu erforschen. Dabei handelt es sich um eine Art umgekehrte Gravitation. Sie führt dazu, dass sich das All immer schneller ausdehnt. „Indem wir die Lage der Galaxien kartieren, können wir sehen, wo es Häufungen und wo es Löcher gibt“, sagt Minh Huynh vom Internationalen Zentrum für radioastronomische Forschung in Perth. „Die Beobachtungen vergleichen wir mit verschiedenen Simulationen der Entwicklung des Universums und können feststellen, wo die Theorien verbessert werden müssen.“

Das SKA ist aber nicht allein auf Radioastronomie beschränkt. Indem es weitere Pulsare findet und diese beobachtet, lassen sich womöglich auch Gravitationswellen direkt nachweisen, hoffen Fundamentalphysiker. Astrobiologen wiederum setzen auf die Fähigkeit, eventuell Hinweise auf organische Moleküle in fremden Galaxien zu erhalten.

Noch ist das alles Zukunftsmusik. Zunächst muss das SKA zum Laufen gebracht werden. Was das bedeutet, lässt sich an dem vergleichsweise winzigen Vorgängerprojekt erahnen, das gerade im Outback entsteht. „Wir müssen allen Strom, den wir benötigen, selbst erzeugen“, sagt Barry Turner, Manager des Murchison Radio-astronomy Observatory. Gut 1 MW werden die 36 Antennen benötigen. Dafür wird vorerst ein Dieselgenerator eingesetzt.

Im Vorfeld hatten die Techniker der nationalen Forschungsbehörde CSIRO verschiedene Geräte genau analysiert, um herauszufinden, welche Strahlung mit welchen Frequenzen diese abgeben. Die astronomischen Messungen sollen möglichst nicht beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund wird das Gebäude, in der die erste Datenfilterung der Antennen erfolgt, vollständig mit einem Abschirmblech verkleidet.

„In Zukunft soll erneuerbare Energie verstärkt zum Einsatz kommen“, sagt Turner. Da bei Windkraftanlagen die Generatoren und sogar die Rotoren Störungen hervorrufen können, bleibe nur Photovoltaik. „Aber da haben wir noch keinen geeigneten Speicher, um einen 24-Stunden-Betrieb sicherzustellen.“ Diesem Problem widmet sich u. a. das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg. Die Forscher haben eine Vereinbarung mit den SKA-Vertretern getroffen, bei der es darum geht, Wege zu finden, um das gewaltige Forschungswerkzeug möglichst mit Solarenergie zu versorgen – weil es nur konsequent wäre, ein solches Zukunftsprojekt mit Energie aus regenerativen Quellen zu versorgen, wie Brian Boyle betont. „Hinzu kommt, dass gerade bei solchen Inselnetzen, wie bei diesen Geräten fern der Zivilisation, Photovoltaik langfristig billiger ist als der Einsatz von Dieselgeneratoren“, sagt ISE-Forscher Matthias Vetter.

Auch die Datenverarbeitung stellt enorme Anforderungen. Über mehrere Stufen sollen interessante Informationen herausgefiltert, der Rest umgehend gelöscht werden. Selbst für die Auswertung setzen die Wissenschaftler nach gegenwärtigem Kenntnisstand vorrangig auf Echtzeitrechnungen. Für das Aufbewahren von Messdaten, um sie vielleicht später erneut zu analysieren, fehlt es schlicht an physischen Speichern, die diese Mengen aufnehmen können.

Draußen im Outback plagen sich die Techniker derweil mit ortsüblichen Problemen herum. Bei Temperaturen von bis zu 50 °C müssen sie es schaffen, die Stützen für die Teleskopschüsseln perfekt senkrecht auszurichten. Jede einzelne steht auf einem 90-t-Fundament aus Spezialbeton. „Der ist extrem steif, damit die Antennen nicht vom Wind gekippt werden“, erzählt Barry Turner.

Ob der Square Kilometre Array in Afrika oder Australien gebaut wird ist noch unklar

Ein paar Kilometer weiter schürft sich ein Spezialbagger durch den harten Untergrund. Mit lautem Dröhnen und Quietschen schafft er Platz für die Glasfaserkabel des Datennetzes. Darauf haben es auch die Termiten abgesehen. Erst eine besonders harte Kunststoffummantelung der Leitungen bietet ausreichend Schutz gegen die Insekten.

Ob hier ab 2016 das Superteleskop entstehen wird oder doch in Afrika, ist eine schwere Entscheidung für die Verantwortlichen. Offenkundig geht es nicht nur um Technik und Infrastruktur. Es sei an der Zeit, fordern manche, ein wissenschaftliches Projekt dieser Größe endlich nach Afrika zu geben, um dem Kontinent zum Aufschwung zu verhelfen. Angesichts der Enttäuschung, die einem der zwei Bewerberteams bevorsteht, geben sich die Forscher dennoch pragmatisch: Das SKA sei ein internationales Vorhaben. Afrikanische und australische Radioastronomen würden daher in jedem Fall mit dem Antennenpark arbeiten können. Wenn er denn gebaut wird.  

Von Ralf Nestler

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