Die Modernisierung des VLBI-Beobachtungsverfahrens und die Erneuerung einer globalen Infrastruktur im IVS. Hayo Hase, BKG

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1 Die Modernisierung des VLBI-Beobachtungsverfahrens und die Erneuerung einer globalen Infrastruktur im IVS Hayo Hase, BKG FGS Workshop, Bad Kötzting,

2 VLBI in Wettzell und in der Welt 1980-er: NASA Crustal Dynamics Project Entwicklung von geodätischen Systemen, die große Entfernungen messen konnten (SLR, VLBI) 1983: Fertigstellung des 20m Radioteleskops in Wettzell Einbindung in die Messprogramme von NASA CDP und andere 1999 Gründung des International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS) Globalisierung geodätischer VLBIOperation (Beobachtung, Analyse, Entwicklung) themenbezogene Arbeitsgruppen

3 IVS Arbeitsgruppen IVS-WG2: Produktspezifikationen und Beobachtungsprogramme ( ) Nutzer fordern höhere Genauigkeiten, die durch kontinuierliche VLBIBeobachtungen erreicht werden können. betroffene Produkte: TRF, CRF, EOP, physikalische Parameter GGOS Ziel: 1 mm in 3D mm/yr IVS-WG3: VLBI2010 gegenwärtige und zukünftige Anforderungen ( ) sehr schnelle Radioteleskope ~12mReflektor bis 40 GHz Empfangsbereich 2-14 GHz HochgeschwindigkeitsDatenrekorder kontinuierlicher Datentransfer durch Kommunikationsnetzwerke angepasstes Korrelatorsystem Automatisierung der VLBIDatenanalyse Vision: VLBI2010

4 Wie funktioniert VLBI? Netzwerk aus Radioteleskopen beobachten einen Quasar. Quasar Differenz der Ankunftszeiten des Quasarsignals wird gemessen. c τ Zeitdifferenz wird über die Lichtgeschwindigkeit in eine räumliche Komponente der Basislinie umgerechnet. Viele Quasarbeobachtungen erlauben die Bestimmung aller Komponenten der Basislinie. Interferometer entsteht erst im Korrelator

5 Was der Korrelator sieht Je größer die Bandbreite BW, desto genauer die Laufzeitdifferenz Tau.

6 Darstellung der Laufzeitdifferenz in der Frequenzdomäne Zeitdomäne Frequenzdomäne Laufzeitdifferenz entspricht Steigung der Phasen-Frequenzbeziehung. in einer idealen Welt

7 Was die Ionosphäre mit unserer Beobachtung macht reale Situation ideale Welt Einfluss der Ionosphäre

8 Wo wir derzeit beobachten Problem 1: Unbekannte Anzahl der Phasenzyklen Problem 2: Frequenzabstand ist zu groß, um Phase zu verbinden Bandbreite ist beschränkt. Genauigkeit: 30ps

9 Wo und wie wir zukünftig beobachten wollen (1) Sequenz wird im Spektrum 2-14 GHz ausgewählt.

10 Wo und wie wir zukünftig beobachten wollen (2) Geringerer Frequenzabstand erlaubt die Verknüpfung der Phasen.

11 Wo und wie wir zukünftig beobachten wollen (3) Geringerer Frequenzabstand erlaubt die Verknüpfung der Phasen.

12 Wo und wie wir zukünftig beobachten wollen (4) Die Verknüpfung der Phasen erhöht die Bandbreite und die zeitliche Auflösung der Laufzeitdifferenz. Genauigkeit: 5ps

13 Wo und wie wir zukünftig beobachten wollen (5) Gelingt die Verknüpfung der Phasen, kann auch der unbekannte Phasenoffset geschätzt werden. Genauigkeit: <2ps Broadbandplots: Bill Petrachenko, NRCan

14 Intervall des Quellenwechsels Simulation 1mm Quellenwechsel alle 30s! Bisher: alle 120s...300s. 20s slewing 10s obs slewing obs slewing obs etc. ftp://ivscc.gsfc.nasa.gov/pub/misc/v2c/tm pdf

15 VLBI2010 Radioteleskop kinematische Parameter Azimut Drehbereich: Geschwindigkeit: 12 deg/s Beschleunigung: 3 deg/s² 180 Drehung 19s Elevation Drehbereich: (180 ) Geschwindigkeit: 6 deg/s Beschleunigung: 3 deg/s² 90 turn 17s Achsen bewegen sich simultan. Jede Himmelsrichtung wird innerhalb von 20s erreicht.

16 Vergleich IVS-R1 Beobachtungsserie mit zukünftig kontinuierlichen Beobachtungen IVS-R1 24h / Woche 1000 Beobachtungen / 24h Beobachtungen / Jahr VLBI h / Woche (kontinuierlich) 2880 Beobachtungen / 24h (30s slew/track cycle) Beobachtungen / Jahr Radioteleskop Belastung: ein Jahr VLBI2010 Betrieb entspricht 20 Jahren gegenwärtigen IVS-R1 Betriebs! Mechanische Leistungsfähigkeit der Radioteleskope muss um einen Faktor 20 erhöht sein.

17 Twin Teleskop Wettzell TTWProjekt erste rigorose Umsetzung der VLBI2010 Spezifikationen richtungsweisend und beispielgebend für andere IVS Netzwerk Stationen VLBI2010 kompatible Stationen formen das VGOS-Netzwerk 2013: Projekte für 14 neue Radioteleskope in 8 Ländern! VGOS = VLBI2010 Geodetic Observing System = IVS Infrastruktur für GGOS

18 VGOS-Projekte in Ausführung Deutschland, Spanien, Norwegen, Schweden, Finnland, Russland, China, Japan, USA = sehr schnelles Radioteleskop (12 /s) = schnelles Radioteleskop (6 /s)

19 Verteilung auf Kontinentalplatten System Erde wird für globale Modellbildungen unzureichend erfasst.

20 Wo fehlen VGOS Netzwerk-Stationen? Voronoi-Diagramm über Erdkugel flächentreue Projektion! Voronoi-Fazetten zeigen die durch eine Station repräsentierte Erdoberfläche an. Voronoi-Vertices sind die entferntesten Punkte zu den Stationen. 1,2,3 markieren die entferntesten Punkte im globalen Netzwerk.

21 Netzverdichtung 1 VGOS-Projekt in Südafrika Entferntesten Punkte liegen in Südamerika/Südost-Pazifik.

22 Netzverdichtung 2 VGOS-Projekt in Argentinien Entferntesten Punkte liegen in Südost-Pazifik und Antarktis.

23 Netzverdichtung 3 VGOS-Projekt in Franz. Polinesien Entferntesten Punkte liegen in Ost-Pazifik und Antarktis.

24 Netzverdichtung 4 VGOS-Projekt in Antarktis Entferntesten Punkte liegen in Ost-Pazifik, Indischer Platte und Antarktis.

25 Netzverdichtung 5 VGOS-Projekte in Ost-Pazifik, Sri Lanka, Antarktis Entferntesten Punkte liegen in Süd-Atlantik und Alaska. Mit 7 neuen Netzwerkstationen in der südlichen Hemisphäre kann eine global ausgewogene Stationsverteilung erreicht werden.

26 Zusammenfassung Die GGOS-Ziele werden mit der Methode VLBI nur mit dem VGOS-Netzwerk erreicht werden können. Der globale Ausbau des VGOS Netzwerks besonders in der südlichen Hemisphäre ist wesentlich zum Verständnis globaler Prozesse. Hierzu wird auch in Zukunft die bilaterale Kooperation eine wesentliche Rolle spielen. Das geodätische Observatorium Wettzell ist international gesehen in einer führenden Rolle.