Radioastronomie

Allgemein versteht man unter Radioastronomie, dass man Radiowellen aus dem Universum empfängt. Hierzu werden meist große Antennen(-anlagen) und hochspezialisierte Empfänger verwendet. Manche Empfänger werden dabei mit flüssigem Stickstoff gekühlt, um das Rauschen der elektronischen Bauteile zu verringern. Was Radiowellen kosmischen Ursprungs eigentlich sind, kann man bei Wikipedia gut nachlesen. Hier der entsprechende Link dazu?

Es geht aber auch einfacher! Selbst als Hobbyastronom hat man schon etliche Möglichkeiten Radioastronomie zu betreiben. Ein erster Schritt, welchen auch ich bereits getan habe, ist das detektieren von Meteoren.
Hierzu benötigt man natürlich ebenfalls eine Antenne und einen Empfänger, sowie einen nachgeschalteten Computer mit dafür entwickelter Software, die es auch frei zum downloaden gibt.

Was benötige ich denn nun, um Meteore zu detektieren und hör- und sichtbar zu machen?
Als Antenne dient meinst eine sog. Yagi-Antenne,  die für die entsprechende Empfangsfrequenz abgestimmt ist. Eine Yagi ist eine Richtantenne, das heißt sie hat eine Vorzugsrichtung aus welcher sie die Signale empfängt.
In meinem Fall verwende ich allerdings eine Quadrifilar-Helix-Antenne (kurz: QFH).  Die QFH ist eine zirkular pollarisierte Antenne, die aus fast jeder Richtung Signale empfangen kann.   Sie wird meistens zum Empfang für Wettersatelliten verwendet, eignet sich aber durchaus zum Meteore detektieren.
Beide Antennen sollten eine freie Sicht in Richtung Frankreich haben.
Als Empfänger wird ein SDR-Empfänger verwendet (SDR = Software Defined Radio), ein sog. DVB-T-Stick. Der muss allerdings einen bestimmten Chip haben, nämlich den RTL2832U. Mit spezieller Treibersoftware wird dieser Stick dann zu einem Empfänger (je nach Typ) mit einem Frequenzbereich von etwa 25MHz bis 1700MHz.

 

Mit entsprechender Software als „Frontend“ kann man damit nahezu alles empfangen, was sich in diesem Frequenzsspektrum befindet. Unter Anderem also auch Signale, mit denen man Meteore detektieren kann.

Wie geht das?
Auf einer Militärbasis in Frankreich wird das GRAVES-Radar betrieben (französisch: grand réseau adapté à la veille spatiale), welches zur Bahnberechnung (und dem Auffinden) von künstlichen (geheimen) Satelliten verwendet wird. Dazu wird auf der Frequenz 143,050 MHz ein Signal gesendet, das an den Raumflugkörpern im Orbit reflektiert und an der 364km südlich gelegenen Empfangsstation empfangen wird. Aus der Signallaufzeit, dem Dopplereffekt und anderen Parametern kann dann die Flugbahn des Objektes berechnet werden.
Als Hobbyastronom kann man sich dieses Signal zunutze machen um Meteore zu detektieren. Sie sind ja auch Raumflugkörper und reflektieren ebenso wie Satelliten das Signal aus Frankreich. Jedoch reicht die Größe meist nicht aus um einen Meteor direkt nachweisen zu können. Dazu muss dieser erst in die Erdatmosphäre eintauchen. Beim Verglühen des Meteors werden die Luftteilchen ionisiert, also elektrisch leitend und damit für Radiowellen reflektierend. Bei der Wiedervereinigung von Elektronen und Ionen (Rekombination) entsteht übrigens dieses charakteristische aufleuchten der Meteorspur.
Das an dieser Meteorspur reflektierte Signal aus Frankreich kann man mit unserem SDR-Empfänger nun hör- und sichtbar machen.

Welche Software wird benötigt?
Als Software für den SDR-Empfänger verwende ich vorzugsweise „SDR Console“. Damit hatte ich bisher keine Systemabstürze bei Windows 7.
Nach der Installation wird das Programm gestartet und der SDR-Empfänger ausgewählt. Mit einem Klick auf „Start“ wird der Empfänger aktiviert und man kann die Frequenz einstellen. Diese ist (für GRAVES) 143,050.000. Als Mode wird CW eingestellt. Unter Filter findet man einige vordefinierte Buttons. Für den Betrieb mit der nachfolgenden Software benötiget man aber einen „speziellen“ Filter, der erst definiert werden muss. Hierzu auf den Button „…“ klicken und „Add“ wählen. Als Titel wählte ich „Meteor“. Die Filterdaten werden wir folgt eingetragen: Low: 600, High 1200, Center 900, Width: 600, Windowing: Blackman, Filter length: 257, Y-axis: 140dB, Impule: Linear, es wird kein Häkchen bei X-axis gesetzt.
Somit ist der Filter konfiguriert und kann mit OK gespeichert werden.


Unterhalb der Frequenzanzeige wird der Kanal der Soundkarte gewählt. Da muss man evtl ein wenig probieren. Bei mir geht gleichzeitiges Hören und das Aufnehmen mit weiterer Software leider nicht. Beim Betrieb sollte das in etwa so aussehen wie auf obigem Bild. Im rechten Fenster, dem „Wasserfall-Spektrum“ ist sogar ein Meteor detektiert worden, der als „bunte“ horizontale Linie zu sehen ist. Diesen Meteor habe ich auch als Audio-Datei aufgenommen, damit man hören kann, wie sich so ein Meteor „anhört“. Hier das Beispiel, passend zum Bild:

Mit der Software HROFFT werden die Audiosignale als horizontaler Wasserfall dargestellt. Meteore werden als vertikale Streifen oder „fette Klumpen“ gezeigt, während Satelliten als horizontale Linien im Bild erscheinen.

Ausserdem registriert das Programm die Anzahl der Meteore. Leider sind die Satelliten oft so stark, dass sie als Meteore gezählt werden. Eine verlässliche Ausage in Bezug auf die Anzahl lässt sich also hiermit leider nicht wirklich machen. Der Wasserfall zeigt immer exakt 10 Minuten und HROFFT speichert dieses Bild automatisch als PNG-Datei auf die Festplatte.
Mit einer weiteren Software kann man nun die erzeugten PNG-Bilder auswerten. Das Programm nennt sich „Colorgramme“.



Wenn man seine Standort- und Stations-Daten eingibt werden die Auswertungen automatisch auf einen Server geladen. Die Webseite www.rmob.org zeigt dann alle eingesandten Auswertungen an. Dort wird auch der Radiant, aus welchem die Meteore stammen, errechnet und auf einer Karte angezeigt.

Download der benötigten Treiber und Softwares:
Treiber für SDR-Stick: https://zadig.akeo.ie/
SDR Console: http://www.sdr-radio.com/Software/Downloads
Info-Seite von HROFFT: http://www.amro-net.jp/radio.htm
Download HROFFT: http://www.rmob.org/dwnld.php?lng=en&pg=487
Download und Info für Colorgramme: http://radio.meteor.free.fr/fr/en/index.html

Anleitungen zum Antennenbau:
Beim „Antennengott“ Martin Steyer, DK7ZB, gibt es sehr viele Anleitungen zum Selbstbau von Antennen. Darunter auch Yagi-Antennen in 28Ohm-Technik. Für die Meteordetektion empfehle ich eine Yagi mit vier oder fünf Elementen in besagter 28Ohm-Technik.
Die Webseite von DK7ZB ist hier zu finden: http://dk7zb.com/