Das Arecibo-Teleskop war ein erstaunliches Werkzeug für Astronomen. Es wurde in den frühen 1960er-Jahren gebaut, verfügte über eine 300 Meter breite Antenne und war in der Lage, Funksignale sowohl zu empfangen als auch zu senden. Es führte Radarkartierungen erdnaher Asteroiden, der Venus und des Mondes durch, entdeckte Wasser in den Polarregionen des Merkur, suchte nach außerirdischen Zivilisationen und sendete sogar eine Funknachricht von der Erde an einen 25.000 Lichtjahre entfernten Kugelsternhaufen. Als es im Jahr 2020 einstürzte, fragten sich viele Astronomen, ob es wieder aufgebaut werden könnte.
Selbst wenn man die finanziellen Herausforderungen eines Wiederaufbauprojekts außer Acht lässt, ist ein echter Wiederaufbau des Arecibo-Teleskops unwahrscheinlich. Zur Zeit seines Baus war es das empfindlichste Radioteleskop aller Zeiten, doch in den letzten sechzig Jahren hat die Radiotechnologie erhebliche Fortschritte gemacht. Auch während seines Betriebs hatte Arecibo einige Einschränkungen. Beispielsweise war es nicht wirklich steuerbar, was bedeutete, dass die Abdeckung des Himmels begrenzt war. Und als Einschalen-Teleskop war es nicht so anpassungsfähig wie moderne Array-Teleskope. Aber Arecibo war auch sehr gut in der Radarastronomie, was andere Teleskope nicht können, sodass es eine Beobachtungsnische füllte.
Es gibt mehrere Vorschläge, das Arecibo-Teleskop durch ein modernes Observatorium zu ersetzen. Ein aktueller Vorschlag hat einen Entwurf eingeführt, der in vielerlei Hinsicht ein Kompromissplan ist. Es versucht, viele der Vorteile einer großen Einzelschüssel beizubehalten und gleichzeitig ein flexibleres Design ähnlich einem Array-Teleskop einzuführen. Sie nennen es das Arecibo-Teleskop der nächsten Generation. Die Studie ist auf der veröffentlicht arXiv Preprint-Server.
Eines der ersten Dinge, die dieses Design bewirkt, ist die Beseitigung der einzelnen Schüssel. Es gibt zwar moderne Einschalen-Teleskope wie das Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope (FAST), diese sind jedoch viel größer als Arecibos ursprüngliches 300-Meter-Design. Es ist nicht möglich, am Standort Arecibo eine noch größere Einzelschüssel zu bauen. Daher schlägt das Team eine Reihe von 102 13-Meter-Antennen vor. Im Vergleich dazu verfügt das Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) über 54 12-Meter-Antennen und ein Dutzend 7-Meter-Antennen. Anstatt sie wie ALMA als bewegliche Schüsseln zu bauen, schlägt das Team vor, sie in einer festen kreisförmigen Anordnung mit einem Durchmesser von 130 Metern anzuordnen. Das wäre weniger als die Hälfte des Durchmessers des ursprünglichen Arecibo-Teleskops, aber mit mehr als hundert Empfängern wäre es weitaus empfindlicher.
Durch die Platzierung der Schalen in einer solchen Konfiguration könnte das neue Design als eine einzelne Schale fungieren. Die meisten Array-Teleskope sammeln Daten als einzelne Schüsseln und integrieren die Daten dann durch einen Prozess namens Korrelation. Dies ermöglicht es einem Array, als einzelne virtuelle Schüssel zu fungieren, allerdings mit einem gewissen Einbußen bei der Empfindlichkeit. Eine andere Möglichkeit, Daten zu kombinieren, ist ein sogenanntes Phased Array, das die Daten so integriert, als ob sich die Gerichte alle am selben Punkt befänden. Die Phased-Array-Methode verliert zwar an Auflösung, gewinnt aber deutlich an Empfindlichkeit. Als Teil des Event Horizon Telescope, das die ersten direkten Beobachtungen von Schwarzen Löchern durchführte, wurde ALMA als Phased Array konfiguriert, um die Gesamtempfindlichkeit des EHT zu erhöhen. Durch das Phased-Array würde dieses Design als hochempfindliche Einzelschüssel fungieren, was eine der Hauptstärken des ursprünglichen Arecibo-Teleskops war.
Das Array-Design würde es Arecibo auch ermöglichen, steuerbar zu sein. Und es wäre deutlich leichter und wartungsfreundlicher als das ursprüngliche Design. Schätzungen gehen davon aus, dass sein Gesamtgewicht etwa halb so groß ist wie das des Green Bank Telescope, das nur einen Durchmesser von 100 Metern hat.
Es ist ein interessantes Design, aber zum jetzigen Zeitpunkt werden mehrere interessante Designs vorgeschlagen. Der Prozess von der ersten Idee über den genehmigten Entwurf bis zum Bau ist lang und mühsam, ganz zu schweigen von der Herausforderung der Finanzierung. Es könnte Jahrzehnte dauern, bis am Arecibo-Observatorium ein neues Teleskop gebaut wird. Aber Entwürfe wie dieser zeigen, wie Astronomen sowohl das Alte als auch das Neue nutzen und erstaunliche Wege finden, das Universum mehr als je zuvor zu erforschen.
Mehr Informationen:
D. Anish Roshi et al., Das Arecibo-Teleskop der nächsten Generation: Eine vorläufige Studie, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2305.07780