LOFAR-Station Norderstedt

Ein Beitrag der Universitäten Hamburg und Bielefeld zum internationalen LOFAR-Radioteleskop

Unbemerkt von den Arbeitern, die im vergangenen Herbst die LOFAR-Station in Norderstedt errichteten, informierte man sich offenbar auch aus dem Weltraum nach dem Stand der Bauarbeiten.  Auf Google Maps sind nun die Aufnahmen eines Satelliten zu finden, die eine frühe Bauphase dokumentieren. Man sieht deutlich die beiden runden, exakt eingeebneten Bereiche für die beiden Antennenfelder (HBA links, LBA rechts). Gut zu sehen sind auch die Verlegearbeiten der Signalkabel im Erdreich (links) und das Fundament für den Container mit der Empfangs-Elektronik (mitte oben). Beim nächsten Überflug schauen wir mit der mittlerweile fertigen Station zurück...

 

Anfang des Jahres wurde die sechste deutsche LOFAR-Station in Norderstedt in Betrieb genommen. Sie leistet seitdem ihren Beitrag zu Observationen im internationalen Verbund ILT und wird für die Forschung der beteiligten Institute im Rahmen von GLOW genutzt. Die feierliche Eröffnung findet am 9. September statt. Die Fakultät für Physik der Uni Bielefeld und die Sternwarte Hamburg laden hierzu herzlich alle ein, die zur Verwirklichung der Station beigetragen haben. Die Einladungen sind derzeit auf dem Postweg und werden, falls noch nicht geschehen, hoffentlich in Kürze zugestellt.

 

Am 4. Februar 2015 hat die LOFAR-Station in Norderstedt (DE609) zum ersten Mal an einer regulären Aufnahme des International LOFAR Telescope (ILT) mitgewirkt. Jede der nun 49 Stationen des Verbunds steuert einen Teil der gesamten Aufnahmefläche bei. Eine größere Fläche erhöht die Sensitivität des Teleskops. Die neue Station ermöglicht also die Aufnahme schwächer strahlender Objekte. Außerdem verbessert sie auch aufgrund ihrer strategisch günstigen Position das Bild, da sich der räumliche Abstand der Stationen voneinander auf die Abbilde-Qualität auswirkt: DE609 schließt sozusagen eine Lücke im Stations-Netz des Interferometer-Teleskops.

Im Diagramm ist der Beitrag der einzelnen Stationen zur Abbildeleistung des ILT erkennbar. Ein Teil der niederländischen Stationen, die 24 sogenannten Core Stations, verfügt über jeweils zwei Felder mit Antennen vom Typ HBA (High Band Antenna). Zusammen mit den HBA-Feldern der 14 niederländischen Remote Stations und den 9 International Stations, ergeben sich die hier gezeigten 71 Signalstärken. Die Norderstedter Station befindet sich ganz rechts im Diagramm.

Die Glasfaser-Anbindung bis zum Korrelator in Groningen in den Niederlanden steht. Seit wenigen Wochen befindet sich unsere Station im Testbetrieb. Dabei wurden erste Aufnahmen angefertigt, um das Instrument zu kalibrieren und Störquellen in der Umgebung aufzuspüren.

Bereits im Februar wird LOFAR-Station DE609, so die interne Bezeichnung, zusammen mit den derzeit 46 weiteren Stationen für reguläre Beobachtungen des International Lofar Telescope (ILT) genutzt. Außerdem steht sie den Wissenschaftlern in Bielefeld und Hamburg auch als Einzelstation für ihre Forschung zur Verfügung.

Als "First-Light" ist unten ein All-Sky-Video zu sehen, das mit einem Öffnungswinkel von etwa 140 Grad den größten Teil des Himmels über der Station erfasst. Die Aufnahme zeigt elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz von 49 Mhz über einen Verlauf von 24 Stunden, vom Nachmittag des 20. Januar bis zum Nachmittag des 21. Januar. Gut zu sehen sind Cassiopeia A (der Überrest einer Supernova; hier in der oberen Hälfte kreisend), Cygnus A (eine weit entfernte, jedoch im niedrigen Frequenzbereich sehr helle Galaxie; hier Cassiopeia voraus laufend, erst aus dem Bild heraus und später wieder hinein), sowie unsere Sonne (jahreszeitlich tief stehend, am unteren Rand). Vor allem im Südosten befinden sich außerdem noch einige Störquellen (erdgebunden, daher am Horizont und unbeweglich). Die relativ niedrige Auflösung der Aufnahme ist durch den begrenzten Abstand der Antennen zueinander bestimmt. Das Auflösungsvermögen im Verbund mit den anderen, über Europa verteilten Stationen, ist daher wesentlich besser.

 

 

Am Dienstag, den 16.12.2014, wurde die LOFAR-Station Norderstedt von der AstroTec Holding BV an die Universitäten Bielefeld und Hamburg übergeben. Nur etwa zwei Monate nach Beginn der Bauarbeiten konnten nach einer gemeinsamen Besichtigung feierlich die Schlüssel für das neue Radioteleskop in Empfang genommen werden. Mit dem neuen Jahr dürfen wir uns also auf die ersten wissenschaftlichen Daten der Einrichtung freuen.

Ein herzliches Dankeschön an alle Beteiligten für diese tolle gemeinsame Leistung!

Im Laufe der letzten Woche waren Mitarbeiter von Astron (dem niederländischen Institut hinter LOFAR)  vor Ort in Norderstedt, um die jüngst fertiggestellte Station zu überprüfen. Während der sogenannten Validierung wurde die installierte Hardware auf Vollständigkeit geprüft und einem Funktionstest unterzogen. Defekte Komponenten wurden repariert oder getauscht, so dass nun sichergestellt ist, dass alle Antennen wie vorgesehen funktionieren. Außerdem wurde die Netzwerkanbindung der Station konfiguriert. Sobald sie in Betrieb geht, wird die LOFAR-Station mehr als drei Gigabit pro Sekunde an aufgenommenen Daten bis zum Korrelator nach Groningen streamen. Dort können die Datenströme aller LOFAR-Stationen miteinander verrechnet werden, z.B. um hochauflösende Abbildungen zu erlangen. Bevor es soweit ist, muss die Glasfaser-Verbindung bis zum Korrelator durchgeschaltet werden und die Station muss noch einige Aufnahme-Tests bestehen.

Im Laufe dieser Woche konnten wir die Bauarbeiten an unserer neuen LOFAR-Station beenden! Alle Antennen sind nun installiert, auch die Verkabelung im Container für die Weiterverarbeitung der Signale ist abgeschlossen. Nun stehen umfangreiche Hardware-Tests auf dem Programm. Sobald die Glasfaser-Anbindung bis in die Niederlande steht, kann dann der Testbetrieb aufgenommen werden.

 

Heute wurde das Feld mit den Antennen für den niedrigen Frequenzbereich (LBA - "low band antenna") fertig gestellt. Auch die Installation der Antennen-Module für den vergleichsweise hohen Frequenzbereich (HBA - "high band antenna) geht gut voran. Mit 46 von insgesamt 96 Modulen haben wir fast die Hälfte geschafft!

Der Aufbau der sechsten deutschen LOFAR-Station in Norderstedt hat begonnen. Nach der Planierung des Geländes, findet derzeit die Verlegung der Kabel statt, an denen die ca. 192 Antennen der Station angeschlossen werden. LOFAR steht für Low Frequency Array und ist ein neuartiges europaweites Radioteleskop, welches aus ca. 50 über das Internet zusammengeschalteten Empfangstationen besteht. Die Aufgabe dieses Radioteleskops ist die Erzeugung von Radiobildern des Universums. Die LOFAR-Station DE609 in Norderstedt wird von den Universitäten Hamburg und Bielefeld gebaut. Sie spielt eine entscheidende Rolle für die Verbesserung der Qualität der Radiobilder. Die Bilder werden von den Forschungsgruppen an der Hamburger Sternwarte in Bergedorf und an der Fakultät für Physik in Bielefeld ausgewertet. Die Projektleiter sind Prof. Marcus Brüggen in Hamburg und Prof. Dominik Schwarz in Bielefeld.

Ausser in Deutschland sind LOFAR-Stationen bereits in den Niederlanden, Frankreich, Großbritannien und Schweden in Betrieb. Eine Station besteht aus etwa 200 Dipolantennen mit einer Höhe von ca. 1,70 Meter, die auf einer Fläche von 200x100 m verteilt werden. Die Signale aller Antennen werden per Kabel laufend an Rechner übertragen, welche in einem Container neben dem Antennenfeld untergebracht sind. Die Rechner bereiten die Signale auf und übertragen sie per Glasfaserleitung zum zentralen Auswerterechner nach Groningen in den Niederlanden. Dort werden die Signale mit den Signalen der anderen europäischen Stationen zusammengeführt und die Radiobilder erzeugt. Die fertigen Aufnahmen werden dann an die beteiligten Forschungsgruppen verteilt. Mit dem Bau der Station in Norderstedt werden auch die Forscher in Hamburg und Bielefeld Zugang zu diesen Aufnahmen bekommen.  Die Radiosignale aus dem Universum sind extrem schwach. Um sie zu empfangen, müssen die vom Menschen erzeugten Radiosignale herausgefiltert werden. Solche Radiosignale werden z.B. für die Übertragung von Radio und Fernsehen und für den Mobilfunk benutzt. Für die LOFAR-Stationen ist es wichtig, dass in ihrer Nähe so wenig wie möglich Radiostrahlung erzeugt wird. Ihre Antennen haben allein die Aufgabe ins Weltall zu lauschen und strahlen selber keine Signale ab. Dies tun sie rund um die Uhr. Ausser während gelegentlichen Reparatur- und Wartungsarbeiten und während der Geländepflege wird die mit einem Holzzaun umgebene LOFAR-Station ohne menschliche Anwesenheit messen. Das Antennenfeld wird keine Geräusche verursachen, und keine Strahlung oder keine Abgase ausstoßen.

Die Station in Norderstedt wird auf einem Feld südlich des Weges Harthagen gebaut werden. Die Signale der Antennen werden über das Kabelnetzwerk zu einem Container geführt, in dem die Elektronik untergebracht ist. Von dort wird ein Glasfaserkabel die Signale ins Internet einspeisen. Ein Beispiel für den fertigen Ausbau ist die im Bild gezeigte Station in Unterweilenbach/Bayern. Die Betriebsdauer ist auf mindestens 15 Jahre angelegt. Die Station kann mit geringem Aufwand wieder abgebaut werden und die Fläche wird dann wieder in ihren Ursprungszustand versetzt.


Und so sieht unser Zeitplan aus:

  • Bauphase: September bis November 2014
  • Tests: Dezember 2014
  • Dauerbetrieb ab 2015


Haben Sie Fragen?

  • Kontakt Universität Hamburg: Prof. Marcus Brüggen, Hamburger Sternwarte, Gojenbergsweg 112, 21029 Hamburg, 040 42838 8512
  • Kontakt Universität Bielefeld: Prof. Dominik J. Schwarz, Fakultät für Physik, Universität Bielefeld, Postfach 100131, 33501 Bielefeld 

In Norderstedt bei Hamburg entsteht zur Zeit die sechste deutsche Station des internationalen Radioteleskops Low Frequency Array (LOFAR). Auf dieser Seite werden wir regelmäßig Rund um Bau und Betrieb der Station berichten. Lesen Sie in Kürze mehr!

Mehr über das internationale Teleskop lesen Sie hier. Der deutsche Beitrag zum Teleskop ist im German Long Wavelength Consortium (GLOW) organisiert.