A 100 méter átmérőjű rádióteleszkóp
Effelsberg mellett, Németországban.
Egyike a legnagyobb rádiótávcsöveknek, melyekkel
a legtávolabbi kvazárokból és galaxisokból évmilliárdok
alatt hozzánk érkező rádióhullámokat lehet detektálni.
Minél nagyobb az antenna gyűjtőfelülete,
annál érzékenyebb a távoli kozmosz
halvány rádióforrásainak jeleire.
A nagyobb átmérő finomabb részletek vizsgálatát is
lehetővé teszi a jobb képfelbontás miatt.
"Nyilvánvalóan van egy határ, aminél nagyobb
rádióteleszkópot nem tudunk építeni.
Szerencsére van erre egy ügyes megoldás,
amit rádió-interferometriának hívnak."
Az interferometria segítségével több teleszkóp úgy működik
együtt, mintha közösen egy nagyobb teleszkópot alkotnának.
Mindegyikük az égbolt egyazon részéről gyűjt adatokat, amiket
egy korrelátornak nevezett szuperszámítógépbe továbbítanak.
A korrelátor szinkronizálja az adatfolyamokat minden lehetséges
teleszkóp-párra. Az adatok kombinációjából készül a rádiókép.
A teleszkópok távolsága akár több ezer kilométer is
lehet, ekkor nagyon hosszú bázisvonalú interferometriáról
beszélünk. Az Európai VLBI Hálózat (EVN) európai, ázsiai
és afrikai rádiócsillagászati kutatóintézetek
együttműködésén alapul.
A tizenhárom országban található huszonhét rádióantennával az
EVN egy 10000 km átmérőjű teleszkópnak felel meg,
ami majdnem eléri a Föld átmérőjét.
Ennek köszönhetően az Európai VLBI Hálózat
a legjobb optikai távcsövek
kiváló képfelbontását is felülmúlja.
"A VLBI technikával készített rádiótérképek felbontása
egyedülállóan jó. Olyannyira, hogy még a legtávolabbi
objektumok parányi elmozdulása is nyomonkövethető
az égbolton, amit máshogyan nem tudnánk megfigyelni."
Hasonlóan a kisebb interferométerekhez,
a VLBI adatokat is egy korrelátorba továbbítják.
Az EVN korrelátor az Európai VLBI Intézetben (JIVE)
található Dwingelooban, Hollandiában.
Ezt a speciális szuperszámítógépet folyamatosan
fejlesztik, ami biztosítja a kompatibilitást az állandóan
javuló vevő és adattovábbító rendszerekkel a teleszkópoknál.
A korrelátor bővülő kapacitása alapvetően fontos
újabb és újabb csillagászati kérdések megválaszolására is,
például mikor és hogyan keletkeztek az első galaxisok.
A hagyományos VLBI technikában az adatokat mágneses
szalagra vagy lemezre rögzítették, es így szállították a
feldolgozó központba.
Az adathordozók szállítása távoli országokból költséges.
Útközben elveszhetnek, megsérülhetnek, vagy eleve
hibás adatokat tartalmazhatnak, amire később derül fény.
Az időigényes szállítás miatt a csillagászok is
csak később juthatnak a mérési adataikhoz.
Ami ezeknél is fontosabb: a VLBI megfigyelések
megszervezése hagyományosan jó előre koordinált
módon történik a különböző kutatóintézetek között.
Ez viszont korlátozza az előre nem látott, váratlan
csillagászati események észlelését, mint például egyes
szupernóvák, vagy egyéb nagyenergiájú kozmikus jelenségek.
Egészen mostanáig.
Az elmúlt években JIVE jelentősen felújította az EVN korrelátort.
A legfontosabb változtatás az elektronikus adatküldés
bevezetése volt, optikai kábeleken keresztül.
"Ezt valós idejű, elektronikus VLBI technikának,
röviden e-VLBI-nek hívjuk.
Így továbbítjuk az adatokat a teleszkópoktól a korrelátorba,
ahol azon nyomban feldolgozásra kerülnek."
Ennek egyik előnye, hogy azonnal felfedhető és
korrigálható bármilyen, a teleszkópokkal kapcsolatos
probléma, amivel értékes adatokat menthetünk meg.
A kutatók jóval hamarabb hozzáférhetnek az információhoz,
továbbá, a megfigyelés menete könnyebben megváltoztatható,
ami a váratlan események észlelésének is kedvez.
"A legérdekesebb asztrofizikai események
rövid életűek, tranziensek,
és sokszor tőlünk nagyon nagy
távolságban zajlanak le.
Az olyan objektumok mint az összeroppanó csillagok vagy
anyagelnyelő fekete lyukak megfigyeléséhez a kutatóknak rövid
időn belül kell a legnagyob rádióteleszkópokat mozgósítani.
Az EVN-nél használt valósidejű e-VLBI technika ezt megkönnyíti,
így több tranziens rádióforrást tudunk megfigyelni. Az elmúlt
években megvizsgáltunk számos szupernóvát,
mikrokvazárokat, melyek relativisztikus részecskenyalábokat
bocsátanak ki, és még egy olyan csillagot is, melyet
valószínűleg egy szuper-nagytömegű fekete lyuk tépett szét."
Ezen új technikák az EXPReS program keretében valósultak meg
a JIVE koordinációjával, európai uniós támogatásból. Így lett
az EVN korrelátor alkalmas valósidejű adatfeldolgozásra.
Ekkor fejeződött be az adathálózatok utolsó métereinek a
a kiépítése, összekötve a rádiótávcsöveket az adatközponttal.
"Adatok áramlanak a világ minden részéről a speciális-hardver
szuperszámítógépbe, ami a VLBI hálózatunk központi eleme.
Amit látunk a képernyőn az a teljes adatsebesség
ami beérkezik… Az e-VLBI technika manapság
az EVN alapszolgáltatásainak a része. Valósidejű megfi-
gyelésekkel a kutatók számos tudományos eredményt értek el,
ami hozzájárult a galaxisok keletkezésének és
fejlődésének a megértéséhez.
Az elmúlt néhány év fejlesztéseinek köszönhetően
az e-VLBI technika már egyenértékű a hagyományos VLBI
technikával az elért sávszélesség és a képfelbontás tekintetében.
A JIVE-ban most a további fejlesztéseken dolgoznak.
A legfőbb cél egy új korrelátor platform létrehozása, ami az
Európai VLBI Hálózatban tervezett bővitések miatt szükséges.
JIVE és EVN mérnökök a legmodernebb elektronikai eszközökkel
tervezik elérni a szükséges számítási kapacitást.
A NEXPReS program 2010-ben kezdődött a JIVE koordinálásával.
JIVE a 14 partner intézet segítségével egyesíti az e-VLBI
előnyeit, a flexibilitást es a gyorsaságot, a hagyományos
technika előnyeivel, ami a megbízhatóság és a garantált
adatminőség. Az egyik fő feladat az adathálózat rövid
kihagyásainak kezelése, a teljesen folyamatos adatátvitel
elérése. Az adatok sértetlensége érdekében a teleszkópoknál
és a korrelátorban adatpuffereket hoztak létre.
Az adatáramlást nyomonkövető és befolyásolni tudó eszközöket
fejlesztettek ki, amik az automatikus korrelálást is lehetővé
teszi. Egy másik fő feladat a globális adathálózatok jobb és
hatékonyabb kihasználása, az igény szerinti adatsávszélesség dinamikus biztosítása.
"Jelenleg az adatokat az optikai hálózatokon belüli fényutakon
továbbítjuk, amik a teleszkópot és a korrelátort összekötik.
Ezek a hálózati kapcsolat állandó, akár használjuk, akár nem.
Ez nem egy nagyon hatékony módja a hálózatok kihasználásának.
Ezért fejlesztjük azt az új adatátviteli technikát,
ami az igény szerinti adatsávszélességet dinamikusan biztosítja
amikor arra szükség van." Az állandó hálózati összeköttetések
másodpercenként maximum 1 gigabit információt továbbítanak.
Az EVN pedig már a 4 es 10 gigabit/mp fejlesztéseket tervezi.
Ehhez nemcsak az adatküldő hálózatok, hanem a központi
hardver korrelátor fejlesztésére is szükség van.
A JIVE-ban az elmúlt években egy olyan szoftver korrelátort fejlesztettek ki, ami alapjául
szolgálhat majd egy jövőbeni automatikus, a hálózati erőforrásokat hatékonyan felhasználó
korrelátornak. Az EVN meglévő hálózati és számítástechnikai potenciálját
hatékonyabban hasznosítva a NEXPReS program még több és
érzékenyebb VLBI megfigyelést tesz lehetővé.
Az utolsó nagy kihívás a hagyományos és az e-VLBI technika
egyesítésében az óriási adatmennyiség rögzítése és
arhiválása a megfigyelések közben és után.
Egy tipikus EVN megfigyelés 12 gigabit adatot eredményez másodpercenként.
Ez körülbelül megfelel egy jó minőségű mozifilm adatrögzítőre
írásának másodpercenként, 12 órán keresztül. A NEXPReS
a nagy adatátviteli sebességű és nagy kapacitású hálózati
tárolóeszközök fejlesztésén dolgozik, ami ezt lehetővé teszi.
Rádiócsillagászok a világ minden részén élvezhetik
majd a mostani e-VLBI fejlesztések gyümölcsét.
Továbbá, a JIVE által az EVN részére újonnan kifejlesztett technologiák
a most épülő teleszkópok számára is alapvetően fontosak lesznek.
A magas szintű automatizálás és decentralizált számítási műveletek alkalmazása a
Square Kilometre Array radióteleszkóp hálózat tervezésére is hatással van.
Mindezeken túl, ezek a fejlesztések alapvetőek számos űrkutatási program
számára is, mint például az Európai Űrügynökség Venus Express missziója
és a RadioAstron űr-VLBI program.
A JIVE tovább bővíti az európai ICT (információs és kommunikációs
technológia) infrastrukturáit.
"Megmutattuk hogy a rádiócsillagászat mint alapkutatás
jó hatással van az egész gazdaságunk versenyképességére.
És nem nehéz elképzelni, hogy nagy mértékben lesz befolyása
ezen technikáknak más tudományterületekre, az oktatásra,
a kommunikációra, és még a szórakoztatásra is."
JIVE, a jövő rádiócsillagászatának úttörője.