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pulsar_herausforderungen [2018/12/24 16:48]
astropeiler [Stärke von Pulsarsignalen] 		pulsar_herausforderungen [2021/12/27 18:04] (aktuell)
astropeiler [Ein paar Dinge, die man über Pulsare und deren Beobachtung wissen sollte]
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-====== DIESE SEITE IST IN BEARBEITUNG UND NICHT VOLLSTÄNDIG ====== 
  
-====== Ein paar Dinge, die man über Pulsare wissen sollte, bevor man mit Beobachtungen beginnt ======+====== Ein paar Dinge, die man über Pulsare und deren Beobachtung wissen sollte ======
  
-**Dieser Artikel basiert auf einer Ausarbeitung von Steve Olney [[http://neutronstar.joataman.net/amateur_challenges/|Englisches Original]]**. **Sie wurde ausschnittsweise übersetzt und bearbeitet von Wolfgang Herrmann**.+**Dieser Artikel basiert auf einer Ausarbeitung von Steve Olney. **. **Sie wurde ausschnittsweise übersetzt und bearbeitet von Wolfgang Herrmann**.
  
  
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 =====Allgemeine Signaleigenschaften ===== =====Allgemeine Signaleigenschaften =====
  
-Das Signal eines Pulsars ist im Wesentlichen ein Pulse breitbandiges Rauschen mit einem typischen Puls- zu Pausenverhältnis von 5%. Es wiederholt sich mit Perioden zwischen mehr als 20 Sekunden und runter bis zu 1,4 ms.  Pulare mit einem kleinen Tastverhältnis bei gleicher Gesamtintensität sind leichter zu detektieren, da das Signal stärker aus dem Rauschen hervorragt. Das breitbandige Signal eines Pulsars kann von einigen 10 MHz bis in den Mikrowellenbereich reichen. Da die Radiostrahlung durch einen Synchroton-Mechanismus erzeugt wird, ist das Signal bei niedrigeren Frequenzen bis herunter zu etwa 300 MHz stärker als oberhalb. Noch weiter "unten" ist es dann wieder schwächer.+Das Signal eines Pulsars ist im Wesentlichen ein Puls breitbandigen Rauschens mit einem typischen Puls- zu Pausenverhältnis von 5%. Es wiederholt sich mit Perioden zwischen mehr als 20 Sekunden und bis zu unter 1,4 ms.  Pulare mit einem kleinen Tastverhältnis bei gleicher Gesamtintensität sind leichter zu detektieren, da das Signal stärker aus dem Rauschen hervorragt. Das breitbandige Signal eines Pulsars kann von einigen 10 MHz bis in den Mikrowellenbereich reichen. Da die Radiostrahlung durch einen Synchroton-Mechanismus erzeugt wird, ist das Signal bei niedrigeren Frequenzen bis herunter zu etwa 300 MHz stärker als oberhalb. Noch weiter "unten" ist es dann wieder schwächer.
  
 ===== Stärke von Pulsarsignalen ===== ===== Stärke von Pulsarsignalen =====
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 Nun hat nur der Vela Pulsar eine Flussdichte von deutlich mehr als 1 Jy, nämlich 5 Jy bei 400 MHz. Diese [[Pulsar_Tabelle|Tabellen]] zeigen die Flussdichte von verschiedenen Pulsaren in absteigender Reihenfolge, und da sind wir in den allermeisten Fällen unterhalb von 1 Jansky.   Nun hat nur der Vela Pulsar eine Flussdichte von deutlich mehr als 1 Jy, nämlich 5 Jy bei 400 MHz. Diese [[Pulsar_Tabelle|Tabellen]] zeigen die Flussdichte von verschiedenen Pulsaren in absteigender Reihenfolge, und da sind wir in den allermeisten Fällen unterhalb von 1 Jansky.  
 Wie man sieht, nimmt die Flussdichte nach den ersten beiden Pulsaren rapide ab. Daher sind üblicherweise die ersten Kandidaten für eine Detektion der B0329+54 für die nördliche Hemisphäre und der B0833-45 (Vela Pulsar) für die südliche Hemisphäre. Wie man sieht, nimmt die Flussdichte nach den ersten beiden Pulsaren rapide ab. Daher sind üblicherweise die ersten Kandidaten für eine Detektion der B0329+54 für die nördliche Hemisphäre und der B0833-45 (Vela Pulsar) für die südliche Hemisphäre.
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 Erstaunlicherweise ist der erste Pulsar, der von Jocelyn Bell im Jahr 1967 entdeckt wurde, keineswegs der stärkste. Dieser Pulsar, B1919+21 genannt, ist mit einer Flussdichte von 57 mJy bei 400 MHz bzw. 6 mJy bei 1400 MHz zu schwach um mit Amateurmitteln beobachtet zu werden. Erstaunlicherweise ist der erste Pulsar, der von Jocelyn Bell im Jahr 1967 entdeckt wurde, keineswegs der stärkste. Dieser Pulsar, B1919+21 genannt, ist mit einer Flussdichte von 57 mJy bei 400 MHz bzw. 6 mJy bei 1400 MHz zu schwach um mit Amateurmitteln beobachtet zu werden.
  
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 ===== Antennenfläche, Bandbreite und Beobachtungszeit ===== ===== Antennenfläche, Bandbreite und Beobachtungszeit =====
  
-Wie erwähnt, beschreibt die Einheit Jansyk  die Leistung __pro Quadratmeter und Hertz.__ Um also mehr Energie vom Pulsar zu empfangen kann man also sowohl eine größere Empfangsfläche als auch eine größere Bandbreite verwenden. Die letztere Option erfordert aber bei höheren Bandbreiten eine komplexe Signalverarbeitung. Dies liegt an der sogenannten Dispersion, die dazu führt dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit frequenzabhängig ist. Dummerweise nimmt die Verzögerung bei niedrigeren Frequenzen (also gerade dort wo der Pulsar am stärksten ist) signifikant zu. Wenn die gewählte Bandbreite zu groß ist, dann wird der Puls "verschmiert" und ist entsprechend schwerer zu detektieren. Man kann sich vorstellen, dass wenn die Verzögerung so groß wie die Pulsperiode ist, das Signal ganz verschwindet. Wie man diesen Effekt kompensieren kann, ist weiter unten unter "Dispersion" erläutert.+Wie erwähnt, beschreibt die Einheit Jansky  die Leistung __pro Quadratmeter und Hertz__. Um also mehr Energie vom Pulsar zu empfangen, kann man also sowohl eine größere Empfangsfläche als auch eine größere Bandbreite verwenden. Die letztere Option erfordert aber bei höheren Bandbreiten eine komplexe Signalverarbeitung. Dies liegt an der sogenannten Dispersion, die dazu führt dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit frequenzabhängig ist. Dummerweise nimmt die Verzögerung bei niedrigeren Frequenzen (also gerade dort wo der Pulsar am stärksten ist) signifikant zu. Wenn die gewählte Bandbreite zu groß ist, dann wird der Puls "verschmiert" und ist entsprechend schwerer zu detektieren. Man kann sich vorstellen, dass wenn die Verzögerung so groß wie die Pulsperiode ist, das Signal ganz verschwindet. Wie man diesen Effekt kompensieren kann, ist weiter unten unter "Dispersion" erläutert.
  
 Es wundert daher nicht, dass es am Besten ist, eine möglichst große Empfangsfläche zu verwenden. Natürlich kann man auch die Empfindlichkeit dadurch steigern, dass man länger beobachtet. Auch das stößt jedoch an Grenzen: Reduziert man beispielsweise den Antennendurchmesser von 6m auf 3m, geht die Empfangsfläche auf ein Viertel zurück und man muss 16 mal so lange beobachten, um wieder die gleiche Empfindlichkeit zu erhalten. Glücklicherweise kann man Bandbreite und Beobachtungszeit kombinieren: Der Faktor 16 kann durch 4-fache Bandbreite und 4-fache Beobachtungszeit erreicht werden. Es wundert daher nicht, dass es am Besten ist, eine möglichst große Empfangsfläche zu verwenden. Natürlich kann man auch die Empfindlichkeit dadurch steigern, dass man länger beobachtet. Auch das stößt jedoch an Grenzen: Reduziert man beispielsweise den Antennendurchmesser von 6m auf 3m, geht die Empfangsfläche auf ein Viertel zurück und man muss 16 mal so lange beobachten, um wieder die gleiche Empfindlichkeit zu erhalten. Glücklicherweise kann man Bandbreite und Beobachtungszeit kombinieren: Der Faktor 16 kann durch 4-fache Bandbreite und 4-fache Beobachtungszeit erreicht werden.
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 In der Praxis bedeutet dies, dass mal eine Beobachtung gelingt und zu anderen Zeiten eben nicht. In der Praxis bedeutet dies, dass mal eine Beobachtung gelingt und zu anderen Zeiten eben nicht.
  
-Zu beachten ist weiterhin, dass das Szintillationsverhalten in anderen Frequenzbereichen anders ausfallen kann. Bei niedrigeren Frequenzen spielt sich beim gleichen Pulsar B0329+54 auf sehr viel kleineren Frequenz- und Zeitskalen ab:+Zu beachten ist weiterhin, dass das Szintillationsverhalten in anderen Frequenzbereichen anders ausfallen kann. Bei niedrigeren Frequenzen spielt sich die Szintillation beim gleichen Pulsar B0329+54 auf sehr viel kleineren Frequenz- und Zeitskalen ab:
  
 {{ :scintil2.jpg?400 |}} {{ :scintil2.jpg?400 |}}
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 +===== Doppler Effekt =====
  
 +In Berichten über Pulsaren wird immer herausgehoben, dass ihre Wiederholrate oder Pulsarfrequenz außerordentlich stabil ist und z.T. die Stabilität von Atomuhren übertrifft. Dies ist richtig, wird aber von einem Effekt überlagert: Wenn wir auf der Erde einen Pulsar beobachten, dann tun wir dies nicht von einem ruhenden System aus. Unsere Erde bewegt sich um die Sonne, dreht sich um sich selber und wird auch noch von weiteren Effekten wie der Schwerkraft des Mondes und der anderen Planeten beeinflusst.
 +Dadurch bewegen wir uns je nach Zeitpunkt der Beobachtung mit unterschiedlicher Geschwindigkeit gegenüber dem Pulsar. Entsprechend wird die Pulsarfrequenz dopplerverschoben sein. 
 +Man unterscheidet daher zwischen der "barizentrischen" und "topozentrischen" Pulsarfrequenz. Die erste ist auf das Schwerpunktzentrum des Sonnensystems bezogen und in der Tat außerordentlich konstant. Die zweite ist hingegen auf den Ort der Beobachtung bezogen und unterliegt den Schwankungen durch die Bewegung des Beobachters.
 +In den Katalogen wie z.B. im [[http://www.atnf.csiro.au/people/pulsar/psrcat/|ATNF Pulsar Katalog]] ist immer die barizentrische Periode angegeben.
 +===== Spin Down =====
  
-===== Der 'EME' Faktor ===== +Wenn auch die Pulsarperiode sehr konstant ist, so ist sie doch nicht unveränderlich. Der Pulsar verliert durch Abstrahlung fortlaufend an Energie, und dadurch nimmt seine Rotationsgeschwindigkeit ab. Dieser Prozess ist zwar gering, spielt aber doch eine Rolle bei der Beobachtung. Wenn man also eine Rotationsperiode bei der Messung unterstellt, sollte sie daher aktuell sein.
- +
-Die Signale von Pulsaren sind sehr schwach und schwierig zu detektieren. Alles muss genau passen, insbesondere für Observatorien mit kleinen Antennen. Ein genaues Verständnis und Erfahrung mit rauscharmen Empfangssystemen ist erforderlich, ebenso ein Verständnis der Physik dahinter. +
- +
-Interessanterweise haben alle erfolgreichen Gruppen bzw. Einzelpersonen, die Parabolantennen mit weniger als 10m Durchmesser verwendet haben, vorherige Erfahrung mit Erde-Mond-Erde (EME) Aktivitäten. Weiterhin sind alle diese Amateurfunker. +
- +
-Natürlich schließt dieses nicht aus, dass man auch ohne solche Vorkenntnisse erfolgreich sein kann. Es zeigt aber, dass die Detektion von Pulsaren keine 'Plug and Play' Angelegenheit ist. In der Tat ist sie noch schwieriger als EME.+
  
  
pulsar_herausforderungen.1545666482.txt.gz · Zuletzt geändert: 2018/12/24 16:48 von astropeiler

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