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Lexikon der Geowissenschaften

Radiointerferometrie

Radiointerferometrie, Very Long Baseline Interferometry, VLBI, Beobachtungsverfahren der Astronomie und der Geodäsie mittels Interferometern. Geodätische Anwendungen der VLBI nutzen Paare von Radioteleskopen zur simultanen Beobachtung extragalaktischer Radioquellen, wie z.B. Quasare und Radiogalaxien, um daraus Rückschlüsse auf Erdrotation und Kontinentalverschiebung ziehen zu können. Die Abstände zwischen den Radioteleskopen können dabei bis zu 10.000 km betragen.

Das elektromagnetische Rauschen der Radioquellen kommt wegen der jeweiligen Radioquellen-Radioteleskop-Geometrie zu unterschiedlichen Zeiten auf der Erde an. Die vom Empfänger verstärkten Analogsignale im Frequenzbereich von mehreren GHz werden mit einem Mischer auf eine Basisbandfrequenz von wenigen MHz heruntergemischt und in der Formatiereinheit digitalisiert. Die Bitströme werden dann zusammen mit hochgenauen Zeitzeichen von Stationsuhren auf Magnetbänder aufgezeichnet. Sowohl der Mischprozeß als auch die Stationsuhren werden von Frequenzstandards gesteuert, die auch als Atomuhren bezeichnet werden. Die zeitliche Differenz der Ankunftszeiten der Signale an den beiden Stationen (Laufzeitunterschied) ist die primäre Beobachtungsgröße der geodätischen Radiointerferometrie. Zur Bestimmung der Laufzeitunterschiede werden die aufgezeichneten Datenströme mit Hilfe eines zentralen VLBI-Korrelators kreuzkorreliert ( Abb.). Durch die Rotation der Erde werden bei der Korrelation kohärenter Signale Interferenzwellen erzeugt, die dem Verfahren ihren Namen gegeben haben. Durch Variation der zeitlichen Verzögerungen kann die maximale Amplitude der Interferenzwellen am Korrelator ermittelt und damit der Laufzeitunterschied bei der Aufnahme wiederhergestellt werden. Zur Bestimmung von Erdrotationsparametern und Entfernungen zwischen Radioteleskopen werden von diesen 24 Stunden lang in ständigem Wechsel mehrere Hundert Anzielungen verschiedener Radioquellen durchgeführt. Auf ihrem Weg zu den Radioteleskopen unterliegen die Signale u.a. relativistischen Einflüssen und Einflüssen der Refraktion der Atmosphäre und der Ionosphäre. Die Auswertung der beobachteten Laufzeitunterschiede liefert z.B. die Entfernungen zwischen den Radioteleskopen im Abstand von mehreren Tausend km mit einer Genauigkeit von wenigen Millimetern. Wegen des Bezuges der Radiointerferometriemessungen zum inertialen Referenzsystem der Radioquellen liefert die Radiointerferometrie insbesondere die Nutationswinkel der Erdrotationsachse und die Rotationsphase der Erde (UT1) mit höchster Langzeitstabilität. Organisiert werden weltweite VLBI-Beobachtungen u.a. vom International VLBI Service. [AN]


Radiointerferometrie: Funktionsschema der geodätischen Radiointerferometrie mit Beobachtungsgeometrie und elektronischen Komponenten;

i=Basisvektor,

i=Einheitsvektor in Quellenrichtung, c=Lichtgeschwindigkeit,
τ =Laufzeitdifferenz. Radiointerferometrie:
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