Optische Pulsarsuche

Da der Crab-Pulsar nicht nur im Radioband sondern auch im sichtbaren Bereich als pulsierende Lichtquelle in Erscheinung tritt, entstand die Idee mit dem 60cm Spiegelteleskop unserer Sternwarte diese pulsierende Strahlung nachzuweisen.
Eine genaue Analyse der Parameter zeigte uns, dass dies machbar ist. Allerdings bewegen wir uns wieder im Grenzbereich des Machbaren. Denn aufgrund des großen Abstands des Crab-Pulsars (einige Tausend Lichtjahre) ist er nur noch mit einer scheinbaren Helligkeit von +16mag sichtbar. Erschwerend kommt hinzu, dass er im Krebsnebel (M1) eingebettet ist.
Die Herausforderung besteht also darin, nach Möglichkeit jedes einzelne Photon der Pulsarquelle vom Hintergrundlicht und dem Störlicht der Erdatmosphäre zu trennen und zu detektieren.

Schema Optische Pulsarsuche

Schematischer Aufbau für optische Pulsarsuche

 

Zwischen dem Okularauszug des Spiegelteleskops und dem Okular des Lichtsensors (PMT) befindet sich ein Klappspiegelmodul (Vixen FlipMirror) welches uns die Möglichkeit bietet, den Eingangsstrahl bedarfsweise auf ein Fadenkreuzokular umzuleiten. Nachdem sichergestellt wurde, dass das Zielgebiet im Fokus eingestellt ist und das der Autoguider richtig arbeitet, kann der Strahlengang für den Lichtsensor wieder freigegeben werden.
Um einzelne Photonen nachweisen zu können, benötigt man einen sehr empfindlichen Lichtsensor in Form eines Photomultipliers (PMT). Damit das PMT nach Möglichkeit nur die Photonen des Pulsars „zu sehen“ bekommt, werden wir mit einer Lochblende arbeiten die so klein bzw. so gross ist, dass nur der relevante Bereich von einigen Bogensekunden durchgelassen wird. Daraus ergibt sich wiederum die Forderung, dass die Montierung so genau wie nur möglich der Himmelsbewegung bzw. der Erdrotation folgt. Das erreicht man nur mit einem Autoguider der die Bewegung eines Leitsterns verfolgt und Steuersignale für die Teleskopsteuerung generiert um Laufabweichungen und andere Störeinflüsse zu korrigieren.
Das schwache Signal des Pulsars wird mittels einer selbst erstellten Software per Mittelwertbildung von Störeinflüssen befreit und grafisch dargestellt. Hierfür benötigen wir einen hochgenauen Taktgenerator der es uns gestattet das PMT-Signal mit der nötigen zeitlichen Präzision abzutasten. Da ein normaler Qurzgenerator nicht ausreicht und eine Atomuhr zu teuer ist, benutzen wir einen Funkuhrsignal-stabilisierten Taktgenerator, den es als Bausatz zu kaufen gab. Das 10MHz-Signal des Taktgenerators muß nur noch durch einen 100:1 Teiler geschickt werden um den benötigten hochpräzisen Samplingtakt (100kHz) für das USB-Datenerfassungsmodul zu erhalten, welches mit einem 32-Bit Zähler die Photonenimpulse zählt und den Zählerstand mit der Rate des Samplingtakts an das Auswerteprogramm weiterleitet.

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Bericht vom Extratreffen 05.01.2013

Am 5. Januar trafen wir (Detlef und Dirk) uns mit Sternfreund Roland, unserem Montierungsbauer und erfahrenen Astrofotografen, um ihm unsere vorhandene Technik und die Zukunftspläne zu präsentieren. Das Treffen war sehr interessant und für die weitere Arbeit bestimmt befruchtend.

Zu Dirks Überraschung wollte Roland uns auch einen Kettenantriebslösung vorschlagen. Der von Detlef schon an einem Testaufbau demonstrierte Kettenantrieb traf bisher nicht auf ungeteilte Zustimmung. Um es mal diplomatisch auszudrücken.

Roland machte uns desweiteren darauf aufmerksam das der Antrieb eine „Geschwindigkeitsdynamik“ von mindestens 1 zu 400 aufweisen sollte. Die Spanne reicht von Nachführtempo (ca. 0,25 Grad pro Minute) bis zu einem ausreichenden Schwenktempo (ca. 5 Grad pro Sekunde). Die schlauen Rechner werden bemerkt haben, das die eben genannten Werte ein Verhältnis von 1 zu 1200 aufweisen. Der Faktor 400 ist  ein Kompromisswert, bei dem die gewünschte Positionier bzw. Nachführgenauigkeit von 0,1° noch erreicht wird.
Unter diesem Aspekt kommt eine Schrittmotorsteuerung wieder ins Gespräch. Dies hat wiederum zur Folge, daß Dirk seine angedachte lineare Motorspannungssteuerung nicht mehr weiterentwickeln muß.

Neben der Geschwindigkeitsproblematik hat Roland auf ein paar mechanische Schwachstellen am Testaufbau hingewiesen.

Fazit:

  1. Falls Detlefs Kettenantrieb sich durchsetzt, wird dieser wahrscheinlich durch einen Schrittmotor angetrieben.
  2. Es muß geklärt werden, wie der Stangenantrieb für die Y-Achse (Höhe) angesteuert wird um die angestrebte Positionier- und Schwenkgeschwindigkeit zu erreichen.

Lebenszeichen Januar 2013

Seit dem letzten Artikel (Zukunftspläne) ist es im BHBRadio-Blog „etwas“ ruhig geworden.  Nicht so in unserem Radioteleskopteam. Denn zwei Sternfreunde sind in der zweiten Jahreshälfte (2012) zu uns gestoßen.

Weiter zum aktuellen Stand der Dinge.  Die Auswertung der Meßdaten der bisherigen Messkampagnen hat gezeigt, daß es noch viel zu tun gibt. Neben einer besseren Positioniergenauigkeit muß auch der Daten-Output erhöht werden. Besonders der letzte Punkt macht ein komplettes Neudesign der Steuersoftware erforderlich. Die Entwicklungsarbeiten an der bisherigen Software wurden daher eingestellt und mit der Implementierung des neues Konzepts Anfang Dezember 2012 begonnen.

Als Positioniergenauigkeit haben wir uns 1/10 Grad bzw. 6 Bogenminuten zum Ziel gesetzt. Um dieses Ziel zu erreichen, wird es wohl erforderlich sein die Montierung komplett umzubauen.