Ein Blick zehn Milliarden Jahre zurück – mit SDR, Interferometrie und Amateurfunk‑Know‑how

In Vorbereitung auf die bemannte NASA Mission Artemis II haben die Radioteleskope in Bochum (20m) und Radioteleskop Dwingeloo (25m) in den Niederlanden erstmalig eine gemeinsame Beobachtung des fernen Quasars J2136+0041 durchgeführt. Beide Anlagen wurden dabei als Interferometer betrieben – eine Methode, bei der zwei räumlich getrennte Antennen so synchronisiert werden, dass sie wie ein einziges großes virtuelles Teleskop mit einer Basislinie von mehreren Hundert Kilometern wirken. Dieses Prinzip wird auch allgemein als Very Long Baseline Interferometry (VLBI) bezeichnet, eine Technik, die extreme Winkelauflösungen ermöglicht und selbst winzige Strukturen am Himmel sichtbar macht.

Ergebnisse Dwingeloo und Bochum als VLBI kombiniert

Quasar QSO J2136+0041

Das beobachtete Objekt ist alles andere als alltäglich. Quasare gehören zu den energiereichsten Erscheinungen des Kosmos. Sie markieren die Zentren junger Galaxien, in denen ein supermassereiches Schwarzes Loch gewaltige Materiemengen verschlingt. Dabei werden enorme Energiemengen freigesetzt, die als intensive Strahlungsquellen selbst über Milliarden Lichtjahre hinweg noch messbar sind. Die Beobachtung erfolgte im S Band, einem Frequenzbereich, der sowohl in der Raumfahrtkommunikation als auch in der Radioastronomie eine zentrale Rolle spielt. Quasare sind im Radiobereich hervorragende Referenzquellen – stabil, hell und über kosmologische Distanzen hinweg messbar.

Illustration des Quasars GB 1508+5714 mit einer eingebetteten Röntgenaufnahme des Chandra-Weltraumteleskops (Quelle:NASA)

10 Milliarden Jahre Reisezeit mit Lichtgeschwindigkeit

Besonders eindrucksvoll ist die zeitliche Dimension dieser Messung: Die Radiowellen von QSO J2136+0041, die in Bochum und Dwingeloo empfangen wurden, haben rund zehn Milliarden Jahre Reisezeit mit Lichtgeschwindigkeit hinter sich – sie wurden ausgesendet, als unser Sonnensystem noch gar nicht existierte. Sie stammen aus einer Epoche, in der das Universum noch jung war und unsere Milchstraße gerade erst begann, ihre heutige Form anzunehmen. Zum Vergleich: Unser Sonnensystem existiert erst seit etwa 4,6 Milliarden Jahren. Die empfangenen Signale sind also mehr als doppelt so alt wie die Erde selbst!

Software‑Defined‑Radio‑Technik (SDR)

Zum Einsatz kam moderne Software Defined Radio Technik (SDR) – ein Ansatz, der vielen Funkamateuren bestens vertraut ist. Statt spezialisierter, fest verdrahteter Empfangstechnik übernehmen Software und digitale Signalverarbeitung die Hauptarbeit: Abtastung, Filterung, Frequenzumsetzung und Korrelation erfolgen rechnergestützt. Gerade bei extrem schwachen Signalen, wie sie aus Milliarden Lichtjahren Entfernung eintreffen, sind saubere Zeitreferenzen, stabile Oszillatoren und präzise Signalverarbeitung entscheidend. Prinzipien, die auch bei EME Betrieb, bei digitalen Weak Signal Modes oder bei eigenen Amateur VLBI Experimenten eine zentrale Rolle spielen.

Doch warum ist das alles relevant für eine Mondmission? Quasare gelten in der Raumfahrt als nahezu unbewegliche Fixpunkte am Himmel. Ihre enorme Entfernung macht sie ideal zur Kalibrierung von Antennen, zur Überprüfung von Empfangsketten und zur Referenzierung von Navigations und Kommunikationssystemen. Für Artemis II liefern solche Beobachtungen wichtige Vergleichsdaten, um Funkverbindungen im erdnahen und cislunaren Raum zuverlässig auszulegen und zu testen.
Das Projekt zeigt eindrucksvoll, wie sich Raumfahrt, Radioastronomie und Amateurfunk Technik gegenseitig befruchten. Mit relativ überschaubarer Hardware, intelligenter Software und präziser Zusammenarbeit lassen sich Signale empfangen, die länger unterwegs waren als die Erde alt ist. Für Funkamateure ist das eine starke Botschaft: Die eigenen Werkzeuge und Erfahrungen bewegen sich auf denselben physikalischen Grundlagen wie die großen wissenschaftlichen Missionen – nur mit anderem Maßstab.
Am Ende verbindet dieses Experiment die Extreme: modernste digitale Funktechnik trifft auf Radiowellen aus der Frühzeit des Universums.
Nach dem Empfang wurden die Datenströme beider Standorte miteinander korreliert, um die charakteristischen Interferenzmuster sichtbar zu machen. Diese Korrelation ist ein zentraler Schritt in der Interferometrie: Nur wenn Zeitbasis, Frequenzreferenz und Datenströme perfekt übereinstimmen, entsteht das typische Interferenzsignal, aus dem sich hochpräzise astronomische Informationen gewinnen lassen.

Fazit

Für die Sternwarte Bochum und Funkgemeinschaft zeigt dieses Projekt eindrucksvoll, wie Amateurastronomie und professionelle Radioastronomie zusammenwachsen können. Mit modernen SDRs, präzisen Zeitquellen und internationaler Zusammenarbeit lassen sich Messungen durchführen, die vor wenigen Jahrzehnten ausschließlich großen Observatorien vorbehalten waren. Diese Technik funktioniert auch im kleineren Rahmen, als nur mit 25m oder 20m Radioteleskopen und eröffnet Funkamateuren neue interessante Gebiete ihr Wissen zu erweitern. Wir werden unsere gemeinsame Zusammenarbeit mit dem Radioteleskop Dwingeloo weiter ausbauen, denn dort hat man bezüglich Radioastronomie wesentlich mehr Erfahrungen und Know-How als bei der Sternwarte Bochum. Neben Deep Space Kommunikation mit Raumfahrzeugen im interplanetaren Raum und um den Mond herum, ergeben sich hier vielfältige neue Möglichkeiten, auch im Bereich der Bildung und Forschung.

Peter Gülzow, DB2OS
Thomas Telkamp, PA8Z