Die Wasserstofflinie 21 cm mit einem 1,36m Radioteleskop

Gestern früh am 30.03.2020 habe ich mein kleines Radioteleskop auf den unteren Teil des Sternbildes Schwan gerichtet und alle 10 Minuten einen Scann auf der Frequenz des neutralen Wasserstoffs gemacht. Während sich die Erde dreht wandert die Milchstraße durch den Bereich meines Radioteleskops. Von diesen Aufzeichnungen habe ich eine bewegte Grafik gemacht. Sie zeigt in der X Ebene die Geschwindigkeit an mit der sich die Wasserstoffwolken der Milchstraße in km pro sec bewegen. Bei 0 gibt es keine Bewegung. Bei minus bewegen sich die Wolken von uns weg und bei + nähern sich die Wolken, kommen auf uns zu. Durch die Änderung der Frequenz kann man mehrere Wasserstoffwolken gleichzeitig sehen. Die Y Ebene zeigt die Stärke der Mikrowellenstrahlung die vom Radioteleskop aufgenommen wird.

 Am 28.03.2020 habe ich das Radioteleskop auf den unteren Teil des Sternbildes Adler gerichtet und wider alle 10 Minuten einen Scann auf der Frequenz des neutralen Wasserstoffs gemacht. 

Das Teleskop hat einen provisorischen Feed aus einer passenden Gulaschdose Der Durchmesser des Spiegels ist 136cm bei einem F/D Verhältnis von 0,35. Das ergibt einen Abstrahlwinkel von 11°. Die Systemtemperatur ist Tsys 395. Sehr schlecht weil noch ein Ast von einem Baum im Wege ist. Die Integrationszeit ist 20 sec und das Teleskop  bewegt sich nicht. Dafür dreht sich die Erde und so kann ich je nach Zeit alle Teile der Milchstraße mit den Wasserstoffwolken aufzeichnen.

Seit einiger Zeit bin ich nun auch Mitglied im deutschen Verein „Astropeiler Stockert e.V“. https://astropeiler.de/  Dort habe ich sehr viel kompetente Hilfe bekommen und in den letzten Wochen viel gelernt. Da ich wegen Corona nicht auf unsere Sternwarte zum 3m Teleskop kann, habe ich mein kleines Radioteleskop 1,36 m bei mir Zuhause optimiert und mit einem SDR-Empfänger und der neuen Software vom Astropeiler in Betrieb genommen. Diese SW läuft unter Linux auf einem Mini Computer Rasperry Pi V.4. Das Programm ist Open Source, in Frankreich entwickelt und wird von vielen namhaften Radio-Sternwarten verwendet. Die Beobachtungen werden in fitz-Dateien gespeichert. Dieses Format wurde von der Nasa für Radioastronomie entwickelt und ist sehr universell. Der Empfänger ist ein SDRplay RSP2 pro.  Heute am 23.03-2020 habe ich zwei Spektren auf der Wasserstofflinie 21cm aufgenommen und gespeichert. Alles nur mit einem Radioteleskop mit 1.26 m Durchmesser.  Ein Großer Dank gebührt der Gruppe 21cm Wasserstofflinie vom Astropeiler besonders vom Wolfgang der sich mit mir viele Mühen gemacht hat um mich in die Software einzuführen.

Die 21 cm Wasserstofflinie im 3m Radioteleskop

In den Milchstraßenarmen kann man den neutralen  Wasserstoff nachweisen.  Ich habe am 05.08. 20017 einen ersten Versuch mit unserer neuen Empfangsanlage an dem 3m Radioteleskop der Sternwarte Michelbach mit Erfolg durchgeführt. Die Frequenz der Linienstrahlung der Wasserstoffwolken ist 1420.405752 MHz.  Abweichungen werden durch den Doppler-Effekt hervorgerufen da sich die Wasserstoffwolken auf die Erde bezogen sehr schnell bewegen. Im Vergleich zu früheren Versuchen ist nun unser Radioteleskop wesentlich empfindlicher geworden. Die SDR Technik mit Ihren ungeahnten Möglichkeiten ist bei uns eingezogen und neue Vorverstärker, Filter und ein schneller PC bringen hervorragende Messergebnisse. Die Antenne steht auf Länge +30°15  und Breite  -5°30   Unter dem Sternbild Adler. Das Bild zeigt ein Spektrum von 1418 MHz bis 1423 MHz.  Die Integrationszeit ist 10 Minuten. Empfänger AIRSPY und SW. ASTRO-SPY.exe

Radioquelle Virgo A, 3C274 registriert.

Während einer Mitgliederschulung im Fachbereich Radioastronomie von Antares gelang die Registrierung der Radioquelle Virgo A   M87   oder auch 3C274.  Wir hatten nach Sonnenuntergang mit Hilfe eines Telrads die Montierung Initialisiert und dann aber durch einen Zufall  M87 gefunden.  Ein Meridiantransit war wegen dem Auskühlen des LNC nicht möglich da die Temperatur sich ständig änderte. So blieb uns nur ein Durchlauf mit langsamer Geschwindigkeit übrig. Empfänger war ein RAL 10 AP von  http://www.radioastrolab.com/products/our-products-for-radio-astronomy

 

Links: Optische Aufnahme von M87 mit Jet (Hubble),

 

Rechts: Radiobild von Virgo A (M87) mit dem Very Large Array (VLA).

© Hubble Heritage, APOD 06.07.2000; VLA, NRAO/AUI

Die Radioquelle Virgo A 3C274 in der Jungfrau mit unserem kleinen Radioteleskop

( 60 cm Satspiegel ) aufgezeichnet.

 

Die elliptischen Riesengalaxie M 87, auch Virgo A genannt, gehört zu den bemerkenswertesten Objekten am Himmel. Sie ist wohl die dominierende Galaxie in nächsten großen Haufen, dem berühmten Virgo Haufen der Galaxien (manchmal findet man auch den Namen "Coma-Virgo Haufen", was der Situation eher gerecht wird, da sich dieser Haufen bis in das Sternbild Coma Berenice erstreckt). Die Entfernung dieser Galaxie wird wie die Entfernung dieses Haufens wird mit 60 Millionen Lichtjahren angegeben.

Virgo A hat zwei Besonderheiten: Einmal ein gewaltiges System von Kugelsternhaufen und zum anderen einen riesigen Jet. M 87 zählt zu den Galaxien mit den meisten Kugelsternhaufen, Schätzungen gehen auf über 4.000. Virgo A beherbergt einen Jet von mindestens 5.000 Lichtjahren Länge, der für die meiste Radiostrahlung verantwortlich ist. Er besteht aus Material, das aus dem Kern der Galaxie ausgestoßen wird und lässt sich in eine Anzahl von kleinen Wolken und Knoten auflösen. Es wurde auch ein zweiter Jet entdeckt, der in entgegengesetzte Richtung zeigt und bei weitem nicht so spektakulär ist. 

Bilder des Hubble-Teleskops zeigen im Zentrum der Galaxie ein massives Schwarzes Loch mit einer Masse von 2 bis 3 Milliarden Sonnenmassen und einem Durchmesser von nur 60 Lichtjahren. Das Schwarze Loch ist von einer rasch rotierenden Scheibe aus Gas umgeben.

Quellangabe: Max-Plank-Institut für Radioastronomie.

Neuer LNC für 4 GHz, erste Empfangsversuche

Der LNC für 4 GHz ist für Sat-Empfang in den USA.

Das Himmelsrauschen auf 4 GHz von 0:00 bis 9:00 UTC. Links die Milchstraße im Schwan und rechts die Sonne (rot).  Alles bei gleichbleibender Temperatur. (blau)

Das Himmelsrauschen ebenfalls auf 4 GHz von 9:00 bis 0:00 UTC.

Der erste Sonnendurchgang Als Rotor arbeitet die Erddrehung.

Ein Tag von 9:30 bis 16:00 UTC.  Deutlich wirkt sich auch die Temperatur aus.

Rot: Um 10:00 UTC die Sonne.      Blau: Temperaturänderung in zehntel °C

Parabolspiegel 136 cm Durchmesser

Am 18. Jun 2016i · ist es einfach die Milchstraße zu finden. Sonne und Milchstraße sind an gleicher Position. 

Eine Antennenfahrt durch die Milchstraße mit einer Schubstange als Antrieb. Auf 4 GHz mit 1,3 m Parabolspiegel und RAL 10 Radioempfänger. 20 Grad unter der Sonne. http://www.radioastrolab.com/

Der Empfänger ist sehr empfindlich. Meine Empfehlung für die Radioastronomie mit kleinen und großen Spiegeln.

Der Orionnebel und die Milchstraße auf 12 GHz

Die Milchstraße im kleinen Radioteleskop auf 1420 MHz

 Der Versuch die  Milchstraße im Schwan mit meinem profesorischen Radioteleskop zu empfangen ist gelungen. Auf der Frequenz der Wasserstofflinie 1420 Mhz (21cm Wellenlänge), einem Vorverstärker mit niedriger Rauschzahl direkt an der  Antenne, mit Eigenbau Empfänger und der Software RadioSkyPipe  wurde ein Rauschanstieg von 0,4 db gemessen. Der Parabolspiegel hat einen Durchmesser von 136 cm und auf 1420 Mhz einen Öffnungswinkel von 11°.  


Der Parabolspiegel hat einen Durchmesser von 136 cm und auf 1420 Mhz einen Öffnungswinkel von 11°.  

Milchstraße zwischen Orion und den Zwillingen auf 10 GHz 

Und die Winterliche Milchstraße zwischen Orion und den Zwillingen auf 10 GHz mit dem Kleinen Radioteleskop. (136 cm Durchmesser und TV-LNC) Radio ist aus Italien RAL10KIT modifiziert um auch mit RadioSkyPipe zu arbeiten. Zur Zeit wird der LNC noch nicht Temperatur-Stabilisiert deshalb kann ich nur Messungen bei gleichbleibender Außentemperatur auswerten.  

Die Sonne auf 11 GHz im Radioteleskop

Auch mit einem aus den Anfängen der SAT-Technik verwendeten Satellitenspiegel und einem modernen LNB  ist es möglich auf 11 GHz radioastronomische Versuche durchzuführen. Der Singel LNC hat eine Rauschzahl von 0,1db. Eine Berechnung der technischen Daten des Spiegels ist im Foto unten zu sehen. Bei einem alten Spiegel ist es wichtig die parabolische Form zu kontrollieren. Ob der Spiegel durch Transport verzogen ist, wird mit einem über Kreuz gespannten Bindfaden kontrolliert. Am Kreuzungspunkt sollten sich die zwei Schnüre gerade berühren. Der Gewinn der Antenne ist 42 dbi und der Öffnungswinkel 1,31°.

Die Stromversorgung des LNB wird über eine Gleichstromweiche mit einem alten Satresiver sichergestellt mit dem man auch die Arbeitsfrequenz einstellen kann. An der Gleichstromweiche ist ein SDR-Radio als Empfänger (Funcubedongel) angeschlossen wo man sich eine freie Frequenz suchen kann. Die Software SpectraVue zeichnet die Rauschspannung der Antenne auf.   Eine Anleitung gibt es hier.

Die Berechnug der Antenne auf 11 GHz

Das mit der Temperatur und den Atomen in der Radioastronomie

 

Als absoluten Nullpunkt bezeichnet den unteren Grenzwert für die Temperatur. 

Dieser definiert den Ursprung der absoluten Temperaturskala und wird als 0 Kelvin 

entsprechend -273,15 °Celsius, festgelegt.

Manche  Gegenstände sind warm und andere kalt. Nehmen wir das Beispiel Wasser.

Geht man in die Badewanne mit heißem Wasser, dann ist das heiß, weil sich die 

Atome im Wasser sehr schnell bewegen.

Normales Wasser ist das gleiche wie in der Badewanne, nur das sich die Atome dort langsamer bewegen.

Die Atome von gefrorenem Wasser, also ein Eiswürfel zum Beispiel,  bewegen sich kaum noch.

 

Erhitzt man Wasser so stark, dass es fast kocht, dann fangen sich die 

Atome so schnell an zu bewegen, dass man an der Oberfläche die Bewegung sehen kann. 

Der Zusammenhalt der Atome geht also durch die schnelle Bewegung verloren.

 

Die Temperaturskala

Nun messen die Wissenschaftler nicht die Temperatur in Grad Celsius, 

sondern in Kelvin.  Das hängt damit zusammen, dass der Absolute Nullpunkt, 

also der Punkt an dem sich die Atome nicht mehr bewegen, 

auf der Kelvin-Skala eben gleich 0 ist. Auf der Celsius-Skala wären das –273°.

 

Kälter als –273 Grad Celsius kann es also nicht werden.

 

Richtet man sein Radioteleskop wechselweise gegen eine kalte Himmelsstelle (ohne starke

Radioquelle) und anschließend gegen ein Gebäude oder direkt gegen den Erdboden, 

kann man einen Signal zuwachs von ca. 300°C erwarten. Der Registrierapparat sollte einen

möglichst großen Unterschied in der Messspannung anzeigen, denn je größer der

Unterschied ausfällt, um so empfindlicher reagiert das Radiometer. Man nennt diese Methode, die Empfindlichkeit bzw. Systemtemperatur seines Radiometers zu überprüfen, die Heiß-Kalt- Methode. Bauwerke wie auch Bäume und Sträucher im Blickfeld der Antennenkeule verschlechtern durch ihre Temperaturstrahlung die Systemtemperatur des Radiometers. Überstrahlt ein Parabolspiegelerreger den Reflektorrand und sieht teilweise neben dem Reflektor den Erdboden oder Sträucher etc. , verschlechtert 

sich automatisch die Systemtemperatur. Credit: Wikipedia

 

Die ersten Messungen am 8.November 2013 bei wolkenlosem Himmel.

Die Strahlungsintensität der Sonne liegt ca. 6.4 db über dem Himmelshintergrund im Norden. (Polaris) Die Sonne im Radioteleskop hat ca.1-2° Durchmesser und stimmt mit dem Öffnungswinkel der Antenne überein. Die Rauschleistung der Sonne wird durch die Gleichstromweiche zur Hälfte auf die beiden Empfänger aufgeteilt. Dadurch muss die Rauschspannung um 3 db erhöht werden. Sie beträgt daher 9.4db. Durch Fehlanpassung der Antennenkabel von 75 Ohm auf 50 Ohm und Kabelverluste muss ich wieder 2 db abziehen. Es bleibt also ein Anstieg des Sonnenrauschens von 7.4 db. Das ist für so ein kleines Radioteleskop beachtlich.

Die Setup Einstellungen für  den Funcube-Dongel  der als Soundkarte Mikrofon im Input aufgelistet ist. ( Input-Einstellungen )

 

Natürlich muss auch der entsprechende Treiber vorher installiert werden.

Diagramm in Großformat
Radio2.jpg
JPG Bild 325.0 KB
Zur Berechnung der Systemtemperatur
Tsys.exe
exe File 10.0 KB
ZAMG-Wetterwarnungen

Meine aufgenommenen Sonnen Daten werden alle 15 Minuten zur Wissenschaftlichen Erforschung der Sonne an ISWI, IMPC und ETH Zürich gesendet.