Leistungsstarke Radarsysteme spielen seit mehreren Jahrzehnten eine wichtige Rolle bei der Erforschung von Planeten, Monden, Asteroiden und anderen Objekten in unserem Sonnensystem und spielen nun eine „einzigartige Rolle“ bei der planetaren Verteidigung – „den Nationen Schutz zu bieten der Welt vor verheerenden Asteroiden- und Kometeneinschlägen“, heißt es in der neu veröffentlichten Planetary Science and Astrobiology Decadal Survey 2023–2032. Das National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und das Green Bank Observatory (GBO) entwickeln neue Fähigkeiten für das Green Bank Telescope (GBT) und das Very Long Baseline Array (VLBA), die sie zu Schlüsselinstrumenten machen werden, um diesen Bedarf zu decken.
Der Bericht der Umfrage, der von den National Academies of Sciences, Engineering, and Medicine veröffentlicht wurde, berichtet von den gefährlichen Auswirkungen von Einschlägen von Near Earth Objects (NEOs). Diese Auswirkungen reichen von dem Asteroideneinschlag vor 66 Millionen Jahren, der die Dinosaurier auslöschte, über einen Einschlag in Sibirien im Jahr 1908, der das explosive Äquivalent von 3 bis 20 Megatonnen TNT hatte, bis zu einem Einschlag im Jahr 2013 in Tscheljabinsk, Russland, der 440 Kilotonnen entspricht mehr als 1.600 Menschen verletzt. Diese werden mit der rund 15 Kilotonnen schweren Atombombe von Hiroshima verglichen.
Der Schlüssel zur Minderung solcher Gefahren besteht darin, die Objekte zu verfolgen und ihre Größe und andere Eigenschaften zu messen, um die Wahrscheinlichkeit zu bestimmen, dass sie die Erde treffen, und die Auswirkungen, die sie haben würden, wenn sie dies tun würden. Radar ist laut Umfrage ein wesentliches Werkzeug für diese Aufgabe.
„Bodengestützte Radarbeobachtungen von NEOs liefern unschätzbare Informationen für die langfristige Verfolgung“, heißt es in der Umfrage. „Da die NEO-Aufprallenergie mit Dichte, Durchmesser und Geschwindigkeit skaliert und Radar all dies einschränken kann, sind Planetenradarbeobachtungen eine wichtige Technik zur Charakterisierung nach der Entdeckung“, fügte die Umfrage hinzu.
Vor seinem Zusammenbruch im Jahr 2020 verfügte das Arecibo-Teleskop über die leistungsstärksten Radarfunktionen für die astronomische Gemeinschaft der Welt und arbeitete häufig mit GBT und VLBA als Empfänger. Das Radarsystem der nächsten Generation, das für GBT und VLBA entwickelt wird, und später das Next Generation Very Large Array (ngVLA), wird dazu beitragen, die in Arecibo verlorenen Fähigkeiten zu ersetzen.
Die Umfrage empfahl die Entwicklung „eines Plans für bodengestützte Planetenradarfähigkeiten, die mit denen des Arecibo-Observatoriums vergleichbar sind oder diese übertreffen, die zum Erreichen planetarer Verteidigungsziele erforderlich sind“.
Seit seiner Einweihung im Jahr 2000 ist das GBT ein grundlegendes Instrument für die Planetenforschung und Planetenverteidigung und beobachtet NEOs und potenziell gefährliche Asteroiden, den Mond und die terrestrischen Planeten als Empfänger für Radarprojekte. Dank einer neuen Technologie, die für das GBT entwickelt wird, ist es jetzt die größte vollständig steuerbare Antenne der Welt, die Radarsignale für Forschungszwecke senden kann. Der Durchmesser des GBT von 100 Metern macht ihn zu einem beeindruckenden Werkzeug für Radararbeiten. Der Standort des GBT und seine Manövrierfähigkeit ermöglichen es ihm, 85 Prozent der Himmelskugel zu beobachten und Objekte schnell über sein Sichtfeld zu verfolgen.
Ein aktueller Artikel in der Zeitschrift für Mikrowellen berichtete über Radarexperimente mit GBT und VLBA das erfolgreich hochauflösende Bilder des Mondes erstellte und einen erdnahen Asteroiden entdeckte, der einen nahen Vorbeiflug an der Erde machte, mehr als fünfmal weiter entfernt als der Mond – und dabei weniger Energie verbrauchte als ein Mikrowellenherd. Bei diesen Tests sendete das GBT als Machbarkeitsnachweis ein 650-Watt-Radarsignal bei 13,9 GHz, das von VLBA-Antennen empfangen wurde, und erzeugte Radarbilder der Mondoberfläche mit beispielloser Detailtreue.
Die National Science Foundation hat Mittel für den konzeptionellen Entwurf eines Radarsystems mit höherer Leistung auf dem GBT bereitgestellt – eines, das fast 1.000-mal leistungsfähiger wäre als der Machbarkeitsnachweis. Zusätzlich zu einem leistungsstärkeren Sender werden NRAO und GBO in Zusammenarbeit mit Industriepartnern neue Festkörperverstärker- und Array-Empfangssystemtechnologien nutzen, um die Effektivität des neuen Systems zu maximieren. Parallel dazu plant das Team, wenn zusätzliche Mittel bereitgestellt werden, ab 2023 mit den endgültigen Entwurfs- und Bautätigkeiten fortzufahren.
Die neuen Radarfähigkeiten des GBT werden ein Werkzeug einführen, das die Astronomie zuvor nicht hatte, und Daten mit höheren Auflösungen und Wellenlängen sammeln, die zuvor nicht verfügbar waren. NRAO und GBO entwickeln auch fortschrittliche Datenreduktions- und Analysetools, die zuvor nicht verfügbar waren. Die Flexibilität und gesteigerte Leistung dieses neuen Systems wird einen wichtigen Bedarf an planetarer Verteidigung decken und es Astronomen auch ermöglichen, Asteroiden, Kometen, Planeten und Monde zu beobachten. Die Vielseitigkeit dieses Systems wird zu vielen Bereichen der Wissenschaft beitragen.
US-Senator Joe Manchin (D—WV) antwortete auf den Bericht: „Seit vielen Jahren setze ich mich dafür ein, dass das Green Bank Observatory für die nächste Generation junger Wissenschaftler in West Virginia und auf der ganzen Welt offen bleibt Als Sitz im Senate Appropriations Committee habe ich die Arbeit der Green Bank zur Beobachtung und Katalogisierung erdnaher Objekte, einschließlich der Entwicklung neuer Technologien, die sie zur größten beweglichen Antenne und zum größten beweglichen Sender der Welt machen würden, nachdrücklich unterstützt Forschung für viele weitere Jahrzehnte, und ich bin stolz auf die Wissenschaftler und das gesamte Personal der Green Bank und freue mich darauf, ihre fortgesetzten Bemühungen zu sehen, unsere Studien des Kosmos voranzubringen.“
„Bei NRAO und GBO haben wir eine lange Geschichte der Teilnahme an planetaren Radarstudien und wir freuen uns darauf, GBT und VLBA um neue Fähigkeiten zu erweitern, um ein Radarsystem der nächsten Generation zu produzieren, das als wesentliches Werkzeug für Planetenforscher dienen wird Wissenschaft und Planetenverteidigung“, sagte Patrick Taylor, Leiter der Radarabteilung von NRAO und GBO.