Arecibo ist tot

„Arecibo ist tot.“

„War Arecibo eine Person?“

„Nein! Es ist rein zufällig ein Radioteleskop.“

„Dieses   R a d i o t e l e s k o p   ist nun von uns gegangen?“

„Jap. … Weißt du überhaupt was ein Radioteleskop ist?“

„Ähmmmm, … Teleskope, die Radio hören … vielleicht?“

„Nun, damit bin ich zufrieden. Was ist denn ein Teleskop und was ist Radio?“

„Ein Teleskop habe ich hier zu Hause, da kann ich nachts reingucken und mit bisschen Glück sieht man auch Sterne … also nur nachts. Ein Radio ist ein Gerät, da kommt Musik raus.“

„Gut, richtig. Ich habe auch welche, vier Stück. Naja, dreieinhalb. Dein Auge sieht verschiedene Farben und im Regenbogen kann man die Farben ordnen. Schonmal fein, hast du eigentlich auch mal was von Infrarot oder Ultraviolett gehört? Zu Radios kommen wir noch später, wenn es ok ist.“

„Ja, ist ok für mich. Wird das jetzt eigentlich ein Interview?“

„Nein ja.“

Sichtlich verwirrt „ahm, ja, dagegen schützen wir unsere Haut mit der Sonnencreme, nicht wahr. Und Infrarotlichter kenne ich auch als Wärmestrahler fürs Terrarium. Aber was hat das jetzt mit unseren Teleskopen oder dem Radio zu tun?“

„Jou, gute Frage. Wenn du Infrarot sehen könntest, könntest du auch Farben sehen? Vielleicht auch andere Farben und andere Details?“

„Ja, denke schon.“

„Es geht noch weiter als Infrarotstrahlung. Infrarot ist infra rot, Ultraviolett ist ultra violett. Beide Wörter infra und ultra sind hier Gegensätze. Noch stärker in die andere Richtung von Rot oder Violett. Infra von Infrarot haben wir die Terahertzstrahlung, danach die Millimeterwellen, Zentimeterwellen, …“

„Moment, wieso Länge und wieso Welle?“

„Länge, weil wir hier von Wellenlängen reden. Licht kann auch als Welle dargestellt werden, da sich Licht u.a. beugen lässt. Je kleiner die Wellenlänge, desto höher die Frequenz und die Energien des Lichts. UV-Licht, also Ultraviolettes Licht kann zum Beispiel bei einem Sonnenbrand deine Haut eher schädigen als blaues oder rotes Licht.“

„Und es gibt dann also Radiowellen als eine Art Licht, oder was?“

„Ja, das ist vereinfacht gesagt wahr, jedoch sprechen wir nur von Licht zwischen UV und IR (Infrarot). Im Allgemeinen sprechen wir von Elektromagnetischer Strahlung. Radiowellen kommen dann nach den Dezimeterwellen. Zuvor sprechen wir nur von Mikrowellen.“

„Mikrowelle, das ist doch das Gerät in meiner Küche?“

„Die Mikrowelle erhitzt mit Mikrowellen dein Essen. Das macht sie, in dem sie eine Frequenz benutzt, die das Wasser in deinem Essen anregt. Da die niedrigste Resonanzfrequenz von Wasser 22,235 08 Gigahertz beträgt, benutzt die Mikrowelle diese Frequenz, um dein Essen zu erwärmen. Logisch?“

„Ja!“

„Nein.“

„Warum?“

„Die Dimension für Frequenz ist s hoch minus eins (s-1). Die Wellenlänge benutzt Meter (m). Die Geschwindigkeit, an die Licht gekoppelt ist, ist die Lichtgeschwindigkeit und ist genau 299 792 458 Meter pro Sekunde groß (m s-1).“

„Wow, woher weiß man das so genau?“

„Das hat man einfach so festgelegt, damit unsere Standardeinheiten absolut genau sind. Nennt sich auch SI, wenn man googeln will. Jedenfalls kann man damit herausfinden, was für eine Wellenlänge zu welcher Frequenz passt. 22,235 08 Gigahertz entspricht 1,348 286 Zentimeter. Weißt du warum diese Wellenlänge blöd zum Erhitzen meiner Speise ist?“

„Die Welle kommt vermutlich nur etwa 1,3 Zentimeter weit, weil die Wellenlänge sie begrenzt?“

„Ja, genau. Das erwärmt natürlich nur oberflächlich mein Essen. Was kann man also tun?“

„Die Wellenlänge erhöhen“. Ist über die Mimik des anderen erstaunt

„Genau.“

„Kann man das so einfach tun? Ich meine, dass es ja die spezifische Resonanzfrequenz für Wasser ist.“

Das Käse-Experiment aus der Mikrowelle mit drei deutlich sichtbaren geschmolzenen Streifen im Käse. Bildquelle: Prof. Michail Lemeshko, Bildquelle: https://youtu.be/0Ws-N1LleA8?t=227

„Klar, kann man einfach so tun. Weil die umgebenden Moleküle von Wasser im festen oder flüssigen Zustand direkt mit dem zu beobachtenden Wassermolekül interagieren, wird die zu erwartende Spektrallinie um diesen 22,235 08 Gigahertz bis zur Unkenntlichkeit verbreitert. Daher kann man auch die Frequenz erniedrigen, sagen wir mal 2,455 Gigahertz. Dann liegt die Wellenlänge bei ca. 12,21 Zentimeter und daher können auch große Speisen nicht nur oberflächlich erwärmt werden. Das ist auch warum, wenn man z.B. Käse ohne Drehteller mit der Mikrowelle in einer bestimmten Zeit erwärmen will und dann im Abstand von ca. sechs Zentimetern bemerken kann, dass es einen geschmolzenen Streifen gibt und einen, der nicht geschmolzen ist.“

„Wieso 6 Zentimeter?“

„Weil eine Welle eine Sinuskurve im Grunde ist: Sie geht zuerst von der Ausgangsposition zum Maximum bei einem Viertel, dann nominalisiert sie sich wieder bis zur Hälfte und im dritten Viertel ist die Kurve dann nun im anderen Maximum angekommen, bevor sie sich im letzten Viertel wieder nominalisiert. Wir haben also mehr oder weniger auch eine gute Hälfte, die bis auf den negativen Ausschlag identisch wäre.“

„Wow, puh. Was hat eigentlich geschmolzener Käse mit dem toten Arecibo zutun, kannst du auch davon sprechen ohne um den heißen Brei zu reden?“

„Ja, natürlich. Ich wollte bloß darstellen, dass es auch niederfrequentere elektromagnetische Strahlung gibt, die viel niederenergetischer als Sichtbares Licht ist und dass man das mit speziellen Teleskopen beobachten kann.“

„Was kann man denn im Radiowellenbereich so sehen, oder soll ich lieber hören sagen? Was für spezielle Teleskope braucht man denn?“

„Wowowow, das sind schon zwei Fragen. Zuerst die eine, dann die andere bitte. Also im Radiobereich kann man Radioquellen beobachten. Wirklich sehen oder hören kannst du sie nur durch Hilfsmittel, wie zum Beispiel den Computer, der die Signale dann zu akustischen Tönen und umgerechneten Bildern auf dem Display verarbeiten kann. Gut, Radioquellen war etwas plump. Grundsätzlich kann man alle Photonen mit bestimmten niedrigen Energien auffangen. Diese stammen von nicht sehr energiereichen Vorgängen. Es gibt aber auch wahre Radiostrahler. Zum Beispiel Planeten und Monde als Wärmestrahlung (planckscher Schwarzkörper), Sonneneruptionen, Pulsare, Supernovaüberreste und aktive Galaxienkerne, Radiogalaxien, beziehungsweise Quasare (helle ferne Galaxien(-kerne)). Interstellare Nebel im Zustand des Plasmas und Besitzer von Magnetfeldern können deren Elektronen und Ionen zwingen auf Spiralbahnen, um die Magnetfeldlinien zu laufen und strahlen daher tangential (vom Magnetfeld weg) kontinuierliche Synchrotronstrahlung ab. Diese ist regulär im Radiobereich und die Radiointensität nimmt mit der Frequent ab.“

„Wow, viel Input, das muss ich mir mal notieren.“ Notiert mit ausgefahrener Zunge und schaut mit einem leicht angestrengten, gesenkten Blick auf seine Notizen

(Er nochmal): „Und was ist mit diesen Teleskopen, wie kann man sich die vorstellen?“

„Das sind einfach Antennen. Die bekannten Radioteleskope sind Schüsseln, also Parabolantennen, die mit ihren Schüsseln viele Radiowellen auffangen können und dann an einen Empfänger weiterreflektieren. Ihre Schüsseln müssen zehnmal genauer poliert oder geschliffen werden als die zu beobachtende Wellenlänge.“

„Und Arecibo ist so ein Teleskop? Hat es etwas Besonderes, weil ich mein, so ein Radioteleskop hat ja fast jedes dritte Haus oder so im Kleinformat.“

Die 305-Meter-Parabolantenne von Arecibo am . Bildquelle: Mariordo (Mario Roberto Durán Ortiz), CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons; https://upload.wikimedia.org/wikipedia/
commons/1/13/Arecibo_radio_telescope_SJU_06_2019_6144.jpg

„Arecibos Schüssel, beziehungsweise dessen Empfänger waren zwar nur teilweise steuerbar, aber dafür eine riesige Schüssel im Durchmesser von 305 Metern! In der Nähe von Bonn steht ein Radioteleskop, welches vollbeweglich ist und 3200 Tonnen wiegt. Es hat dafür eine 100-Meter-Parabolantenne. Allein die Antennenplattform von Arecibo wog 900 Tonnen. Die Genauigkeit der Positionierung betrug 3 mm, beziehungsweise 5 Bogensekunden. Durch die sogenannte Apertur von 305 Metern konnte die Winkelauflösung bei einer Wellenlänge von zum Beispiel 21,1 Zentimetern nur ca. 2,4 Bogenminuten betragen. Das ist eine ähnlich große Leistung wie das menschliche Auge.“

„Wieso schafft ein 305-Meter-Radioteleskop nur eine Auflösung wie zwei 9-Millimeter-Augen?“

„Weil wir Wellenlängen von 380 Nanometern bis 750 Nanometern circa sehen können und das Radioteleskop 3 Zentimeter bis einen Meter. Elektromagnetische Strahlung kürzerer Wellenlängen sind energiereicher und schaffen also natürlich eine bessere Auflösung.“

„Wo befindet sich Arecibo?“

„Arecibo befindet sich auf Puerto Rico. Das ist eine kleine Insel in der Karibik und nordwestlich der Antillen, sowie östliche von Hispaniola, beziehungsweise der Insel von Haiti und Dominikanische Republik. Puerto Rico ist ein Außengebiet der USA und wirtschaftlich und politisch von den USA abhängig. So ist das Projekt auch von der National Science Foundation abhängig, welche wichtige Geldgeber und Betreiber für das Projekt sind.“

„Was waren Arecibos Aufgaben?“

„Ursprünglich war angedacht, dass das Arecibo-Observatorium nur ein Radioteleskop für die Ionosphäre sein sollte, weswegen es erst 1973 erweitert wurde. Arecibo hat für die Erforschung dieser Ionosphäre auch einen Sender, der aktiv Wellen verschicken kann, die dann wieder vom Teleskop aufgefangen werden können, wenn sie auf die Ionosphäre treffen. Nachdem auch Radioastronomie drin war, konnten sie mit Mikrowellenstrahlung die Planeten im Sonnensystem untersuchen, welche ein Echo zur Erde zurückwerfen, wenn das ursprünglich gesendete Signal stark genug war. Als 1973 auch der Sender erneuert wurde, wurde auch die berühmte Arecibo-Nachricht für die Außerirdischen 1974 in Richtung M 13 (bekannter Kugelsternhaufen im Sternbild Herkules) gesendet.“

„Was hat Arecibo entdeckt?“

Die erste große Erforschung mit Arecibo war April 1964 eine Bestimmung der Rotation von Merkur zu etwa 59 Tagen, und nicht wie früher gedacht, gezeitengebunden zur Umlaufszeit von 88 Tagen. 1968, 1974 und 1982 wurden wichtige Entdeckungen über Neutronensternen und Pulsare mit dem Arecibo-Radioteleskop getätigt, so zum Beispiel 168 wurde die Periodizität des Krebspulsars im M1 auf 33 Millisekunden bestimmt, 1974 der erste Pulsar-Doppelstern und 1982 auch der erste Millisekundenpulsar mit einer Periodizität von 1,558 Millisekunden (642 Hertz).
Später im Jahr 1990 wurden auch die ersten drei Exoplaneten von Aleksander Wolszczan entdeckt, eine polnische Astro-Ikone. Sie kreisen um Lich, einem Pulsar. 1980 beobachtete Arecibo zum ersten Mal einen Kometen, in diesem Fall den Kometen Encke. Ende August 1989 dann lichtete Arecibo zum ersten Mal überhaupt einen Asteroiden ab: (4769) Castalia.
1994 verwendete John Harmon das Arecibo-Teleskop, um die Verteilung des Eises in den Merkurpolarregionen zu studieren. In der Starburst-Galaxie Arp 220 wurde Methylenimin (CH2NH) und Cyanwasserstoff im Januar 2008 durch Radiospektroskopie-Messungen nachgewiesen.
Aleksander Wolszczan hat zwischen 2010 und 2011 wieder mit Arecibo gearbeitet und unter anderem Methanlinien im Radiospektrum eines Braunen Zwergs mit der Spektralklasse T6.5 (ca. 900 K) gefunden.“

„Wow, vielen Dank für diese ausführlichen Antworten gerade, genauso lange fragen kann ich allerdings nicht, deswegen kommen wir nun zum wichtigsten, und zwar warum nennst du Arecibo tot?“

Nachdem am 01. Dezember 2020 die Empfängerplattform vom Arecibo-Observatorium abgestürzt ist, hat es deutliche Schäden hinterlassen, wie man in der Luftaufnahme sieht. Bildquelle: Ricardo Arduengo/AFP; https://static.dw.com/image/55790516_403.jpg (1)

Und hier nochmal von einer anderen Perspektive Bildquelle: Ricardo Arduengo/AFP; https://www.nationalgeographic.de/wissenschaft/2020/12/puerto-rico-beruehmtes-radioteleskop-ist-eingestuerzt (2)

„Am 10. August 2020 brach ein Hilfskabel von Tower 4 der Anlage des Teleskops und stürzte auf den Parabolspiegel hinab und erzeugte eine 30-Meter-Schadensschneise. Es war unklar, ob das Versagen des Kabels noch vom zurückliegenden Tropensturm stammen. Die Anlage wurde geschlossen und Schadenskontrollen wurden durchgeführt.

Das Observatoriumsteam hatte bereits ein neues Kabel organisiert, jedoch brach am 07. November einer der zwei Kabeln der Hauptlast am Tower 4 und machte die Lage um die Stabilität der Instrumentenplattform langsam kritisch. Die Techniker und Ingenieure vor Ort erkannten, dass die Gefahr zu hoch wäre, die Kabel zu reparieren.
Die Betreiber (National Science Foundation) wollte das Teleskop kontrolliert außer Betrieb nehmen und gab am 19. November bekannt, dass sie Arecibo nun erstmal abbrechen und stoppen würden. Es wurden Schritte unternommen, die Lastverteilung der Seile für die Empfängerplattform besser zu verteilen.
Andere Pläne, wie zum Beispiel mit Hubschraubern die Plattform abzulassen oder zu heben, wurden als zu riskant eingestuft.
Es wurde festgestellt, dass jeden Tag ein oder zwei Drähte in den Kabeln reißen und ein Kollaps wahrscheinlich kurzbevorstünde. Am Wochenende vor dem Unglück waren die Drahtlitzen des Stützkabels auseinandergerissen und es gab weitere für den anbahnenden Kollaps. Am 01. Dezember um 07:53 Uhr Ortszeit (12:53 MEZ) war das zweite Hauptkabel von Tower 4 gerissen und noch bestehende Unterstützungskabel brachen nur Momente danach ebenso zusammen. Die Empfängerplattform bewegte sich nun seitlich nach unten und nahm Fahrt in die Parabolantenne des Teleskops auf. Die zerstörten Kabel des Tower 4 rissen auch noch die Spitze des Towers ab, an dem die Kabel befestigt waren. Auch an Tower 8 und 12 fehlte nun der Halt und die Kabel dessen Towers stürzten sich ebenso in die Antenne. Der Fall der Spitze des Towers 12 hinterließ kleinere Schäden an den in der Nähe sich befindlichen Gebäude des Observatoriums. Zum Glück wurde wenigstens niemand verletzt.
Das Radioteleskop des Arecibo-Observatoriums war für dessen Leistungen wohl bekannt und auch in der allgemeinen Gesellschaft nicht unbekannt: So spielte das Radioteleskop in einigen Filmen wie Contact oder GoldenEye (James-Bond-Reihe) eine Rolle, so wie in einigen Videospielen. Die totale Zerstörung von Arecibo hatte die weltweite Gemeinde der Astronomen und Astronominnen und Astrophysiker und Astrophysikerinnen zutiefst geschockt, da mit diesem Teleskop nun eine bedeutende Ressource in der Radioastronomie, besonders in der Radarastronomie verschütt gegangen ist.“

„Oh, wow. Mich als Interessierter der Astronomie packen diese Geschehen schon fast emotional. Da würde man gerne wissen, wie so ein Unglück überhaupt zustande kommen kann?“

„Ich denke es lag besonders an der chronischen Unterfinanzierung und Gelderkürzung durch die National Science Foundation, ferner noch die NASA.
Im Vorfeld war die NASA am Arecibo-Observatorium schon immer stark wegen ihrem Monitoring und Aufspüren der Potentiellen Erdnahen Objekte und einige weitere interessante Forschungsobjekte interessiert gewesen, hat jedoch ihre Gelder für das Teleskop seit 2001 bis 2006 auf null reduziert.
Die Betreiber National Science Foundation setzten ihren Beitrag von 2007 bis 2011 zur Finanzierung von 10,5 Millionen US-Dollar auf 4 Millionen US-Dollar je Jahr runter.
Zum Schutz des Teleskops gründeten Wissenschaftler und Forscher eine Organisation 2008. Die Regierung Puerto Ricos wurden weitere Beiträge von 3 Millionen USD gesichert und Wissenschaftler, Medien und Politiker übten auf den Kongress der Vereinigten Staaten aus und dies führte zu weiteren 3,1 Millionen USD pro Jahr in einem Act von 2009.
Die NASA stellte ab 2010 ihre Unterstützung auch wieder für ihre Beobachtungen mit 2 Millionen USD her und erhöhten ab 2012 auf 3,5 Millionen USD pro Jahr.
Im Jahr 2011 gab es rund um Organisationen in der NSF (National Science Foundation) ein paar Umstrukturierungen, welche wiederum mehr Freiheiten mit sich brachten.
2015 und 2016 kündigte die NSF an, wieder ihre Mittel weiterhin zu kürzen und dachte auch über Stilllegungen nach.
Ein Konsortium übernahm ab 2018 ein Teil der Finanzierung, sodass die NSF von 8 Mio. USD auf 2 Mio. USD heruntergehen konnte.
Durch die Unterfinanzierung und Unstetigkeit konnte das Teleskop nur ungenügend erhalten und gewartet werden, was schließlich zu dem üblen Zustand des Teleskops führte.“

„Oha. Ich frage mich dennoch ernsthaft, warum diese Mittel einfach nicht da sind. Während der Hochphase des Spacerace steckten doch die Amerikaner äußerst viel Geld in die Raumfahrt-Branche und allgemein Technologie und Entwicklung. Sind die Vereinten Staaten von Amerika nun in Unehre geraten, was ist da los?“

„Meiner Meinung nach sind die Vereinigten Staaten nachlässig geworden, gerade wenn es um Forschung und Entwicklung geht. Ich beobachte aus meiner Warte auch den Trend, dass nicht nur die NASA weniger Mittel bekommt, sondern auch die NASA, wobei es den Amerikanern in den 1960er und 1970er sehr viel um äußeren Prestige und die bessere, raffiniertere Technik ging. Auch sind die größeren Meinungsverschiedenheiten der letzten Regierungsperioden an Richtungswechsel ebenso teilschuld.“

„Nun zur Abschlussfrage für heute: Wie sieht die Zukunft für Arecibo aus, was ist schon geplant, was für Ideen gibt es?“

Ein direkter Vergleich der Teleskope Arecibo, FAST in China und RATAN-600 in Russland. Bildquelle: Cmglee, CC BY-SA 4.0 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0, via Wikimedia Commons; https://upload.wikimedia.org/
wikipedia/commons/8/83/Comparison_
FAST_Arecibo_Observatory_profiles.svg

„Es gibt große Stimmen, dass man zum Beispiel das Teleskop woanders aufbaut, aber auch, dass man Arecibo komplett saniert und erneuert oder doch nur repariert. Bislang ist jedoch noch wenig in der Richtung geschehen und so bleibt nur das Abwarten. Jedenfalls wäre es ein großer Verlust, wenn man es nicht baldig wieder er- oder einsetzen kann. Die Chinesen haben schließlich auch Radioteleskope, aber im Moment noch keine größeren mit Radar, obwohl das „FAST“-Radioteleskop schon größer und etwas moderner ist als Arecibo war. Lustig nur, dass das theoretisch größere Radioteleskop RATAN-600 (РАТАН-600) der Russen in Südrussland nahe dem Kaukasus auch nicht so die bessere Technik hat.

Quellen:

Ein Gedanke zu „Arecibo ist tot“

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