Beobachtbare Radioquellen
Bevor an den Empfang von kosmischen Radiowellen zu denken ist müssen zunächst einige physikalische Grundlagen zu den radioastronomischen Phänomenen geklärt werden.
Welche physikalischen Eigenschaften haben kosmische Radiowellen?
Welche Eigenschaften muß deshalb das Empfangssystem besitzen?
Wie empfindlich muß das gesamte Empfangssystem sein?
Wie groß ist die scheinbare Ausdehnung der Signalquelle?
Wie groß ist die Signalstärke der gesuchten Quelle?
Um an die Beantwortung dieser Fragen heranzugehen sind im Folgenden drei Diagramme gezeigt, die einen grundsätzlichen Einblick in die Eigenschaften von kosmischen Radiowellen, die Transparenz der Erdatmosphäre für diese Wellen sowie deren Signalstärke geben.
Um eine Vorstellung von der Signalstärke zu bekommen kann man gemäß dem Rayleigh-Jeans-Gesetz die elektrische Leistung am Fußpunkt einer Antenne äquivalent mit deren "Antennentemperatur" angeben. Befindet sich eine Radioquelle im "Sicht"-Bereich der Antenne, so erhöht diese Strahlungsquelle die theoretische Antennentemperatur geringfügig.
Das folgende Diagramm entstammt einer PP-Präsentation von David Morgen (UK) und stellt die scheinbare Antennentemperatur von Radioquellen gegen die Empfangsfrequenz dar.
Weiterhin ist zu beachten, dass die Erdatmosphäre nur für ganz bestimmte Wellenlängen tranparent ist. Kosmische Strahlung erreicht die Erdoberfläche nicht bei allen Frequenzen in der gleichen Stärke. Energiereiche Strahlung ab ca. 30 Ghz aufwärts erreicht die Erdoberfläche nur stark abgeschwächt. Dieser Umstand hat schließlich auch dazu beigetragen, dass sich auf der Erde Leben, so wie wir es kennen, entwickeln konnte. Für die schädliche, weil energiereichen Strahlungen bei Frequenzen größer 300 GHz wird die Atmosphäre völlig undurchlässig. So schützt die Lufthülle vor gefährlicher UV-Strahlung der Sonne sowie vor der noch energiereicheren kosmischen Strahlung (Röntgen- und Gammastrahlung).
Die folgende Grafik vom MPIfR in Bonn veranschaulicht die Tansparenz der Erdatmosphäre für Radiowellen bei verschiedenen Frequenzen:
Im unteren Teil des Schaubildes ist das Radiofenster grün gekennzeichnet. Innerhalb dieses Frequenzabschnittes von etwa 30 MHz bis 30 GHz ist die Erdatmosphäre für Radiowellen durchlässig.
Karl Jansky, ein US-amerikanischer Physiker hatte durch seine Arbeiten zur Messung kosmischer Radiostrahlung einen erheblichen Anteil an der einstigen Grundlagenforschung. Ihm zu Ehren heißt die für Messungen in der Radioastronomie eingeführte, an extrem schwache Signalintensitäten angepasste Einheit für die spektrale Leistungsflußdichte Jansky.
Die nachfolgende Grafik zeigt den Strahlungsfluß einiger Radioquellen bei verschiedenen Wellenlängen bzw. Frequenzen in der Einheit Jansky.
Aus diesem Schaubild wird erkennbar, dass der Spaß an der Radioastronomie erst dann so richtig beginnt, wenn das genutzte Empfangssystem in der Lage ist, den sehr geringen Strahlungsfluß im Bereich von wenigen Jansky sicher und zuverlässig zu detektieren. Gleichzeitig muß die Antennenanlage eine gutes räumliches Auflösungsvermögen bei der jeweils zu beobachtenden Frequenz bieten.
Näheres zu diesem äußerst wichtigen Themenblock gibt es bei den Systemeigenschaften nachzulesen.
Dieser Link https://portia.astrophysik.uni-kiel.de/~koeppen/JS/KrausPlot.html
führt zu einer supercoolen, interaktiven Grafik mit der zum Beispiel nach Radioquellen gesucht werden kann, die mit dem eigenen System erreichbar sein könnten oder eben nicht erreichbar sind.