Ta del av allt innehåll på Aktuell Hållbarhet
Starta din prenumeration

Prenumerera

Tisdag11.08.2020

Kontakt

Annonsera

Meny

Starta din prenumeration

Prenumerera

Sök

Klimat

LOFAR visar rymden i låga frekvenser

Publicerad: 3 November 2008, 14:10

Radioastronomi har hittills hållit sig uppe i mikrovågsbanden. Nu kommer vi ned runt 10 MHz.


LOFAR är ett europeiskt sensornät med kontinentala dimensioner, avsett för observationer av Jorden och rymden. Under de fem hittillsvarande driftåren har den svenska grenen LOIS bidragit med forskning kring rymd, IT och radio och byggt upp ett eget sensornät i Småland.

I mitten av 1990-talet började världens radioastronomer att tala om möjligheterna att studera universums äldsta, avlägsnaste objekt. Det skulle kräva ett radioteleskop för de hittills outforskade lågfrekvensbanden mellan 10 och 250 megahertz, med en känslighet upp till hundra gånger större än de gängse radioteleskopen. Svaret kom att bli LOFAR (Low Frequency Array), en ny typ av digitalt ”IT-teleskop” som avsågs kombinera digitalt inmätt data från 2500 radiosensorer placerade över ett område på sex miljoner hektar i Holland och nordvästra Tyskland. Data från sensorerna skulle sändas över snabba, optiska nätverk och behandlas av Europas snabbaste superdatorer.

När svenska rymdfysiker med liknande kunskaper gick med i projektet år 2000 startade man projektet LOIS (LOFAR Outrigger in Scandinavia). LOIS utökar LOFAR med sensorer för rymdfysik och tillhörande infrastruktur i södra Sverige. LOFAR/LOIS anses bli nästa generations nätverksbaserade djuprymdsradar (med hjälp av Teracom, se nedan). Efter att holländska regeringen beslutade att sponsra projektet 2003 har det växt ut till en sameuropeisk sensor- och datorinfrastruktur för astrofysisk-, atmosfärs- och geofysisk forskning avsedd att lämna tidiga varningar för naturkatastrofer, med mera. Det kommer också att fungera som provbänk för framtida, globala nätverk.

LOFAR är avsett att titta efter objekt som finns så långt borta att radiosignalerna från dem sändes ut precis efter Big Bang. Man förväntar sig att kunna se de allra första objekten, om de nu var stjärnor, galaxer eller svarta hål.

Dessutom kommer man få insikt i solens magnetiska stormar och solvinden, och hur dessa påverkar klimatet på Jorden. Man kommer att kunna detektera den allra mest energetiska kosmiska strålningen, där varje proton har samma energi som en nyslagen golfboll. Dessutom kan man hjälpa till att tolka signaler från andra teleskop genom att lämna sådan information som annars inte kunde mätas.

Antennerna befinner sig överallt ute i naturen och genom att ansluta andra typer av sensorer till mottagarkorten kan andra fakta samlas in, till exempel seismiska data, infraljud, grundvatten lufttryck och temperatur som kan behövas för annan vetenskap än rymdfysik. Det är ingen brist på bandbredd för dataöverföringen.

Djuprymdsradar

Teracoms gigantiska logperiodiska riktbara antenn för 3-30 MHz vid kortvågsstationen i Hörby kommer att användas som sändarantenn i olika radarförsök med LOIS/LOFAR. Hörbysändarna, som i huvudsak annars används till Radio Sweden, är kapabla att pumpa in hela 500 kW i detta slagskepp till antenn.

Outforskat område

Anledningen till att frekvensområdet 10-250 MHz hittills har varit i stort sett outforskat är att man inte har kunnat bygga en antenn som är stor nog för att få vettig riktverkan. En parabolantenn för detta frekvensband skulle behöva vara flera mil i diameter. Genom att koppla ihop flera små antenner i ett phased-array-system kan man låtsas att man har en större antenn och få riktverkan därefter. LOFAR håller till i Holland och LOIS i Småland, men ändå kan de båda samverka som en enda antenn tack vare korrelationsprincipen.

Antenndiagram

Typiskt antenndiagram för LOIS. Antenndiagrammet kan i princip se ut hur som helst, eftersom det inte är riktat ut i världsrymden, utan in i datamängden.

Trots att ”antennen” står still på marken, kan den riktas. Anledningen till detta är att man inte ”lyssnar” i realtid, utan i efteråt, i det insamlade datat. Med hjälp av databehandling kan man ”peka” antennen i efterhand för att skapa vilken riktverkan man vill, kanske flera olika samtidigt och utesluta de delar av himlen man inte vill höra. Skulle nya fakta komma i dagen kan man enkelt gå tillbaka och lyssna igen och rikta om antennarrayen till det aktuella stället på himlen.

LOIS-mottagaren

Detta kräver ohyggliga mängder insamlat, tidsstämplat data, och det är just vad LOIS producerar. Varje mottagare samplar det inkomna magnetfältet 125 miljoner gånger i sekunden i tre dimensioner och skapar ett rådataflöde på 6 Gbps. Antennens plats är inmätt med GPS till ett par centimeters noggrannhet. Det totala dataflödet i nätverket kommer att bli många tiotals terabit per sekund. Detta enorma dataflöde hanteras av en av de snabbaste superdatorer som finns, Blue Gene/L som utvecklats av IBM för just detta projekt.

Resultaten från LOFAR/LOIS är inte särskilt spännande rent visuellt, men vetenskapligt är det rejält intressant. Även om antennerna är under uppbyggnad har man redan lyckats spana in delar av led lågfrekventa universum och hittat de radiopulser som Jupiter strålar ut runt 28 MHz när dess magnetfält påverkas av månen Io.

Svenska 3D-antenner

Som en utökning av LOFARs vanliga tvådimensionella antenner har LOIS-organisaionen utvecklat en ny, tredimensionell kvant-radioteknik som kan dra nytta radiovågornas symmetri-egenskaper, egenskaper som hittills inte studerats. Man kan beskriva det som att i framtiden kommer det att finnas ytterligare en knapp på radion för att byta radiostation. Istället för att bara ändra frekvens, det vill säga hur radiovågorna varierar i tiden, så kommer man också att kunna ändra en annan egenskap hos radiovågorna nämligen hur de roterar i rummet. Därmed får vi tillgång till ett nytt, jungfruligt radiolandskap. Denna nya radiometodik har inspirerats av metoder från den moderna kvantfältteorin och optiken och gör det möjligt att få ut mera information av radiovågorna.

LOIS har placerats i Småland och däromkring eftersom norrskenen i norra Sverige skulle störa mätningarna för mycket. Andra skäl är kontakterna med industrin och den akademiska världen i allmänhet i den delen av landet. Behändigt nog fins SUNET överallt i landet och kan användas som sammanbindande länk för alla de distribuerade antennerna.

Läs mer

LOIS-sidan hos ESA: www.esa.int/esaCP/SEMXCN59CLE_Sweden_0.html
LOIS: www.lois-space.net
LOFAR i Holland: www.lofar.org

Jörgen Städje

Dela artikeln:


Håll dig uppdaterad med vårt nyhetsbrev

Genom att skicka in mina uppgifter godkänner jag Bonnier Business Media AB:s (BBM) allmänna villkor. Jag har även tagit del av BBM:s personuppgiftspolicy.