Radioempfänger für die Forschung

Der Elektroingenieur Christian Monstein installierte auf dem ganzen Globus ein Netzwerk von kostengünstigen Radioempfängern, die mit einer  einfachen Antenne betrieben werden können. Damit kann die Radiostrahlung der Sonne lückenlos beobachtet werden, in verschiedenen Regionen der Welt und auch während der Nacht.

Der von Monstein entwickelte Radiospektrometer Callisto empfängt mehrere hundert Frequenzen, kostet jedoch weniger als 1000 Franken. Mit dem Gerät kann ernsthafte Forschung betrieben werden, vor allem, wenn die Aufzeichnungen mehrerer Empfänger kombiniert und in Verbindung mit anderen Instrumenten analysiert werden, zum Beispiel der Parker Solar Probe oder die Raumsonde Solar Orbiter.

Im Projekt e-Callisto werden die Daten aller Radioempfänger vereint und der Forschung zugänglich gemacht. Monstein baute das Projekt während seiner Anstellung an der ETH auf. Seit kurzem ist es am Istituto Ricerche Solari Locarno IRSOL angesiedelt.

Das Archiv der e-Callisto-Daten befindet sich an der FHNW. Diese Woche werden die Daten in die öffentliche europäische Plattform VESPA integriert, wo versucht wird, alle Arten von Daten über das Sonnensystem in einem einzigen Register zu erfassen.

Die neue Serie der Callisto Radiospektrometer ist bereit, Bilder Ch. Monstein

Was kann man mit einem Callisto Radioempfänger beobachten?

Strahlungsausbrüche (solar radio bursts) sind besonders interessant für die Beobachtung der Sonne im Radiobereich. Sie sind oft mit Ausbrüchen auf der Sonnenoberfläche (flares) verbunden. Ein Strahlungsausbruch kann von wenigen Sekunden bis zu mehreren Tagen dauern und zu einem radio blackout führen. Während eines radio blackouts ist die Radio- und Funkkommunikation gestört. Solche Störungen betreffen beispielsweise die Kommunikation im Flugverkehr. 2015 führte ein radio blackout in Schweden zu einem Grounding.

Radio Burst der Grösse IV, e-Callisto / Radioteleskop Bleien AG, Bild Ch. Monstein

Um kostspielige und gefährliche Ereignisse wie das Grounding des Flugverkehrs zu vermeiden, werden grosse Anstrengungen unternommen. Die komplexen Zusammenhänge, die zu ungünstigem Weltraumwetter und radio blackouts führen, müssen besser verstanden werden. Das Ziel ist, eines Tages zuverlässige Vorhersagen machen zu können, damit rechtzeitig Massnahmen zur Schadensbegrenzung eingeleitet werden können.

Die Beobachtung der Sonne im Radiobereich ist Teil eines umfassenden globalen Weltraumwetter-Monitorings in verschiedenen Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums. Daten von e-Callisto sowie von grösseren Radioteleskopen wie dem Very Large Array in New Mexico werden kombiniert mit Messungen in anderen Wellenlängen. In Europa ist es die Europäische Weltraumagentur ESA, die im Rahmen des Programmes ‘Space Situational Awareness’ das Solar Service Expert Centre betreibt, auf dem neben anderen Datenprodukten auch die Radiospektrogramme  von e-Callisto zugänglich sind. Damit die kombinierte Analyse von Daten verschiedener Instrumente gelingt, werden am Institut für Data Science aus den Rohdaten geeignete Datenprodukte entwickelt.

Antennen der Radioteleskopanlage Very Large Array bei Sonnenaufgang, Bild: NRAO/AUI/NSF

Man hat in der Sonnenaktivität Zusammenhänge gefunden zwischen Messungen im Radio- und im Röntgenbereich. Radio bursts ereignen sich oft, jedoch nicht immer, nach einem  Ausbruch auf der Sonnenoberfläche (flare). Flares kann man mit Röntgendetektoren beoachten, die im an der FHNW entwickelten Röntgenteleskop STIX eingebaut sind, das 2020 an Bord der Raumsonde Solar Orbiter zur Sonne fliegen wird. Die Kombination von Sonnenbeobachtungen im Radio- und im Röntgenbereich ist für uns besonders interessant.

Globales Netzwerk – globale Chancen

Im Rahmen von e-Callisto werden mittlerweile mehr als 150 Radiospektrometer an über 90 Orten weltweit betrieben, von der Mongolei bis Uruguay. Der letzte wurde in Sri Lanka installiert.

Weltkarte der Callisto Radioempfänger vom 3. April 2019. Ein Punkt kann bis zu fünf Instrumente repräsentieren. Blau = keine Daten, grün = Daten sind zwei Tage alt, rot = aktuelle Daten. Aktuelle Karte auf e-callisto.org

Die kostengünstigen Instrumente eröffnen Forschungsmöglichkeiten für Institutionen in Ländern mit kleinem Budget, die lange von der internationalen Forschung abgeschnitten waren.

Auf Christian Monstein’s FaceBook-Gruppe e-Callisto können Sie das Projekt weiter verfolgen.

Folgende Bilder stammen von e-Callisto ‘s Projektseite auf der man auch sehen kann, wann an welchem Ort Daten aufgenommen werden können.

Bilder: Christian Monstein