#13 – Sternenstaub-Detektive: Sonne

DIY Radioastronomie Podcast: Sternenstaub-Detektive – Die Sonne im
Radioblick

Willkommen zur zweiten Staffel der „Sternenstaub-Detektive“, in
der wir uns der aufregenden Welt der Radioastronomie zuwenden,
speziell der Beobachtung unserer Sonne mit selbstgebautem
Equipment. Dieser Report bietet dir einen umfassenden Überblick
über die nötige Ausrüstung, Frequenzbereiche, wissenschaftliche
Einblicke und wie du als Hobby-Astronom die Forschung
unterstützen kannst.
1. Benötigtes Equipment für Hobby-Radioastronomen

Der Einstieg in die Radioastronomie muss nicht teuer sein. Mit
etwas Geschick lassen sich aus einfachen Bauteilen und
Amateurfunk-Technik leistungsfähige Radioteleskope bauen.
1.1 Das Minimum, das du brauchst:


SDR-Stick (Software-Defined Radio): Ein
RTL-SDR USB-Dongle ist die Basis. Dieser wandelt die
empfangenen Funksignale in digitale Daten um, die dein Computer
verarbeiten kann.


Antenne: Eine einfache Dipolantenne ist ein
guter Start. Alternativ kann eine umgebaute Satellitenschüssel
mit einem LNB (Low Noise Block Converter) verwendet werden, um
höhere Frequenzen zu empfangen.


Computer: Ein Standard-PC oder Laptop ist
ausreichend für die Datenerfassung und erste Analysen.


Koaxialkabel und Adapter: Zur Verbindung der
Antenne mit dem SDR-Stick.

1.2 Empfohlene Erweiterungen und DIY-Radioteleskope:


LNA (Low Noise Amplifier): Ein rauscharmer
Verstärker verbessert die Signalstärke schwacher Signale
erheblich.


Bandpassfilter: Hilft, unerwünschte
Störsignale außerhalb des interessierenden Frequenzbereichs zu
unterdrücken.


DIY-Antennen:


Dipolantenne: Einfach aus Draht oder
Aluminiumrohren zu bauen, ideal für Frequenzen um 20 MHz
(z.B. für das Radio Jove Projekt).


Hornantenne: Kann aus Schaumstoffplatten
und Alufolie selbst gebaut werden und eignet sich für
breitere Frequenzbereiche.


Parabolantenne (Satellitenschüssel): Eine
alte Satellitenschüssel lässt sich hervorragend als
Reflektor für höhere Frequenzen (z.B. 2,4 GHz oder 12 GHz
mit LNB) zweckentfremden. Durch Modifikationen lässt sie
sich auch für niedrigere Frequenzen anpassen.


Yagi-Antenne: Eine Richtantenne, die gute
Leistung in spezifischen Frequenzbereichen bietet, z.B. für
die 1420-MHz-Wasserstofflinie, aber auch für solare
Emissionen nutzbar.



2. Frequenzbereiche und Rückschlüsse

Die Sonne sendet über ein breites Spektrum von Radiofrequenzen.
Für bodengestützte Radioastronomie sind wir jedoch durch die
Ionosphäre der Erde begrenzt, die Frequenzen unter etwa 10-15 MHz
reflektiert.
2.1 Wichtige Frequenzbereiche für die Sonnenbeobachtung:


20-60 MHz (HF/VHF): Dieser Bereich ist
besonders interessant für die Beobachtung von solaren
Radiobursts (SRBs), insbesondere Typ-III-Bursts.
Projekte wie Radio Jove arbeiten bei 20 MHz.


Typ I: Schmalbandig, 80-200 MHz, oft mit
aktiven Regionen verbunden.


Typ II: Breitbandig, 10-100 MHz,
assoziiert mit koronalen Massenauswürfen (CMEs) und
Schockwellen. Zeigen einen langsamen Frequenzdrift von hoch
nach niedrig.


Typ III: Breitbandig, 10 kHz – 1 GHz,
kurzlebig, durch Elektronenschwärme ausgelöst. Zeigen einen
schnellen Frequenzdrift. Am leichtesten für Amateure zu
detektieren.


Typ IV: Breitbandig, 20 MHz – 2 GHz,
langlebig, oft nach CMEs und Flares.


Typ V: Glattes Kontinuum, 10-200 MHz,
folgt manchmal Typ-III-Bursts.




136 MHz / 228 MHz: Einige Amateur-Setups
nutzen diese Frequenzen für solare Radiofluss- und
Burst-Messungen.


VLF (Very Low Frequency, z.B. 21.4 – 25.2
kHz): Hier wird nicht die Sonne direkt gemessen,
sondern indirekt Sudden Ionospheric Disturbances
(SIDs), die durch Röntgen- und UV-Strahlung von
Sonneneruptionen verursacht werden und die Ionosphäre
beeinflussen. Man überwacht dabei die Feldstärke weit
entfernter VLF-Sender.


2800 MHz (10.7 cm): Dies ist eine wichtige
Frequenz für professionelle Observatorien zur Messung des
solaren Radioflusses (F10.7-Index), der ein guter Indikator für
die allgemeine Sonnenaktivität und die Temperatur der Korona
ist. Für Amateure mit DIY-Equipment ist dieser Bereich oft
schwieriger zu erreichen.

2.2 Wissenschaftliche Rückschlüsse:

Anhand der Frequenz, Intensität und Dauer der Radiostrahlung
können Rückschlüsse auf die Prozesse in der Sonnenatmosphäre
gezogen werden. Radiobursts geben Aufschluss über
Energiefreisetzungsprozesse bei Sonneneruptionen, die Bewegung
schneller Elektronen und Schockwellen. Der F10.7-Index korreliert
mit der Anzahl der Sonnenflecken und der solaren UV-Strahlung und
hilft, die Sonnenaktivität zu verfolgen.
3. Wissenschaftlicher Stand und offene Fragen

Die Sonnenphysik ist ein hochaktives Forschungsfeld, und auch
wenn vieles erklärt ist, gibt es noch fundamentale Rätsel zu
lösen.
3.1 Erklärte Phänomene:

Die grundlegende Physik von Sonneneruptionen und koronalen
Massenauswürfen ist verstanden.

Die Klassifizierung von solaren Radiobursts und deren
Zusammenhang mit anderen solaren Ereignissen ist etabliert.

Der Zusammenhang zwischen solarem Radiofluss und der
Sonnenaktivität ist bekannt.

3.2 Offene Fragen und Entdeckungen:


Das koronale Heizproblem: Warum ist die
Sonnenkorona (die äußerste Atmosphäre) mit mehreren Millionen
Grad Celsius so viel heißer als die darunterliegende Oberfläche
(ca. 5.500 Grad)? Radioastronomische Beobachtungen können
helfen, Mikro-Flares oder Wellenphänomene zu detektieren, die
zur Heizung beitragen.


Der solare Dynamo und der Sonnenzyklus: Wie
wird das Magnetfeld der Sonne erzeugt und warum kehrt es alle
11 Jahre seine Polarität um? Radiobeobachtungen können subtile
Änderungen im Magnetfeld und den damit verbundenen Emissionen
aufdecken.


Beschleunigungsmechanismen von Teilchen: Wie
werden Elektronen und andere Teilchen bei Flares auf so hohe
Energien beschleunigt, dass sie starke Radioemissionen
verursachen?

4. Beitrag der Amateur-Radioastronomie

Der Amateur-Bereich kann die wissenschaftliche Arbeit in mehreren
wichtigen Aspekten unterstützen und ergänzen:



Langzeitüberwachung: Amateure können
kontinuierlich Daten sammeln, was für die Überwachung der
variablen Sonnenaktivität und seltener Ereignisse von
unschätzbarem Wert ist. Professionelle Teleskope sind oft
überbucht und können keine so umfassende Langzeitüberwachung
leisten.


Daten für Citizen Science Projekte: Projekte
wie Radio Jove (NASA) und Solar Radio Burst Tracker
(Zooniverse) sammeln aktiv Daten von Amateuren. Diese Daten
werden von Wissenschaftlern genutzt, um Sonnenphänomene zu
analysieren, Modelle zu validieren und sogar KI-Modelle zu
trainieren.


Regionale Verteilung: Ein Netzwerk von
Amateur-Stationen weltweit ermöglicht eine räumlich verteilte
Datenerfassung, was für die Lokalisierung und Verfolgung von
Ereignissen nützlich sein kann.


Test von Theorien: Manchmal können auch
einfache Amateurexperimente helfen, bestimmte Aspekte von
Theorien zu überprüfen oder neue, unerwartete Phänomene zu
entdecken.


Öffentlichkeitsarbeit und Bildung: Amateure
spielen eine wichtige Rolle bei der Begeisterung für
Wissenschaft und Technik.

5. Empfohlene Software (bevorzugt Open Source)

Die Software ist entscheidend für die Steuerung deines SDR-Sticks
und die Analyse der Daten. Glücklicherweise gibt es eine Reihe
von (oft kostenlosen und Open Source) Optionen:



SDR# (SDRSharp): Eine beliebte, kostenlose
Software für die allgemeine SDR-Nutzung. Ermöglicht das Hören
und Aufnehmen von Radiosignalen. Mit Plugins erweiterbar für
spezialisierte Aufgaben. Download SDR#


GNU Radio: Eine mächtige Open-Source-Toolkit
für Software Defined Radio. Ermöglicht die Entwicklung eigener
Signalverarbeitungs-Flowgraphs (grafisch über GNU Radio
Companion – GRC). Ideal für die Automatisierung von Messungen
und komplexere Analysen. Offizielle GNU Radio Website


Radio-SkyPipe: Kostenlose Software zur
Darstellung von Signalstärken über die Zeit (Strip Chart
Recorder). Sehr nützlich für die kontinuierliche Aufzeichnung
von solaren Emissionen. Bietet auch Funktionen für das Radio
Jove Projekt. Radio-SkyPipe Download


Radio-Sky Spectrograph (RSS): Ebenfalls von
Radio-Sky, ermöglicht die Aufnahme und Darstellung von
Radiospektrogrammen (Zeit, Frequenz, Intensität). Kann bis zu
512 Frequenzkanäle gleichzeitig aufzeichnen. Ideal zur Analyse
von Radioburst-Typen. Radio-Sky Spectrograph Download


RASDRviewer: Kontroll- und Analysesoftware
speziell für RASDR2-Empfänger, aber auch für andere SDRs
nutzbar. Bietet Power-vs-Time-Plots und Exportfunktionen.
Quellcode auf Anfrage. RASDRviewer Informationen


SpectraVue: Kommerzielle Software, aber eine
leistungsfähige Option für detaillierte Spektralanalysen, die
auch von Amateuren genutzt wird. SpectraVue Website

6. Schwierigkeiten und Fallstricke

Die Radioastronomie ist nicht ohne Herausforderungen, besonders
für Hobbyisten:



RFI (Radio Frequency Interference): Dies ist
der größte Feind des Radioastronomen. Quellen sind zahlreich:
Schaltnetzteile (Computer, LED-Beleuchtung), Motoren,
Haushaltsgeräte, Mobiltelefone, Wi-Fi, digitale Rundfunk- und
Fernsehsender.


Gegenmaßnahmen: Standortwahl (möglichst
weit entfernt von Störquellen), Ausschalten von
elektronischen Geräten, Abschirmung der Ausrüstung, Einsatz
von Filtern.




Schwache Signale: Solare Radioemissionen
(insbesondere der „ruhigen“ Sonne) können sehr schwach sein,
was empfindliche Antennen und rauscharme Empfänger erfordert.


Wetterabhängigkeit: Hohe Feuchtigkeit oder
Regen kann die Leistung von Antennen und LNBs beeinträchtigen.


Kalibrierung: Die genaue Kalibrierung deines
Systems ist entscheidend für wissenschaftlich verwertbare
Daten. Dies kann komplex sein und erfordert oft spezielle
Techniken (z.B. „Hot/Cold“-Kalibrierung).


Dateninterpretation: Das Verständnis und die
Interpretation der gesammelten Daten erfordern Einarbeitung in
die Grundlagen der Radioastronomie und Sonnenphysik.

7. Setup optimieren und Minimum-Anforderungen

Du kannst dein Setup schrittweise verbessern, um bessere
Ergebnisse zu erzielen:



Mindestausstattung: Wie unter Ausrüstung
beschrieben: Ein RTL-SDR, eine einfache Dipolantenne (oder
modifizierte Satellitenschüssel) und ein Computer mit
Radio-SkyPipe oder SDR#. Damit kannst du bereits starke solare
Bursts detektieren.


Standortwahl: Ein möglichst funkstiller Ort
ist Gold wert. Je weiter weg von menschlichen Störquellen,
desto besser.


Antennenoptimierung: Eine präzise gebaute
Antenne, die auf deinen Zielfrequenzbereich abgestimmt ist, und
eine optimale Ausrichtung zur Sonne sind entscheidend. Die Höhe
der Antenne über dem Boden kann auch einen Einfluss haben.


LNA und Filter: Der Einsatz eines rauscharmen
Verstärkers und geeigneter Bandpassfilter kann das
Signal-Rausch-Verhältnis erheblich verbessern.


Gute Kabel: Verwende hochwertige Koaxialkabel
mit geringer Dämpfung und achte auf saubere, geschirmte
Verbindungen.


Abschirmung: Schirme deinen Empfänger und
empfindliche Komponenten ab, um Einstrahlungen zu minimieren.


Kalibrierung: Auch wenn es für Amateure
komplex ist, versuche, einfache Kalibrierungsmethoden zu
lernen, um die relative Signalstärke deiner Beobachtungen zu
verstehen.

8. Community, Messergebnisse und dokumentierte Technik

Die Amateur-Radioastronomie-Community ist sehr aktiv und teilt
ihr Wissen:



Radio Jove: Das Radio Jove Projekt der NASA
ist ein Paradebeispiel. Es stellt Bausätze und Anleitungen für
einfache Radioteleskope bereit und hat ein umfangreiches
Datenarchiv mit gesammelten solaren und jupiterischen
Radioemissionen, die von Schülern und Amateuren weltweit
gesammelt wurden.


SARA (Society of Amateur Radio Astronomers):
Eine globale Organisation, die Ressourcen, Foren und Treffen
für Amateur-Radioastronomen anbietet. Hier findest du viele
dokumentierte Projekte und Messergebnisse. SARA Website


Online-Foren und Mailinglisten: Es gibt
zahlreiche spezialisierte Foren (z.B. auf Reddit oder auf den
Websites von SDR-Herstellern), wo Amateure ihre Setups,
Ergebnisse und Herausforderungen diskutieren.


YouTube und Blogs: Viele Hobbyisten
dokumentieren ihre Bauprojekte und Messungen in Videos und
Blog-Beiträgen. Eine Suche nach „DIY radio astronomy“ oder „SDR
solar observation“ liefert hier viele Beispiele.

9. Die Sonne aus Sicht der Radioastronomie

Die Sonne ist nicht nur eine Quelle von Licht und Wärme, sondern
auch ein dynamischer Radiosender. Aus radioastronomischer Sicht
ist sie ein faszinierendes Objekt, das ständig eine Vielzahl von
Emissionen freisetzt:



„Quiet Sun“ (Ruhige Sonne): Selbst in Zeiten
geringer Aktivität sendet die Sonne kontinuierlich
Radioemissionen aus, die Informationen über die Temperatur und
Dichte ihrer Atmosphäre liefern. Der 10.7 cm (2800 MHz) Solar
Flux Index ist ein Maß dafür.


Aktive Sonne: Bei Sonneneruptionen, CMEs und
anderen eruptiven Ereignissen sendet die Sonne intensive und
variable Radiostrahlung aus (solare Radiobursts), die von
Millisekunden bis Stunden dauern kann und von Frequenzen im
kHz-Bereich bis in den GHz-Bereich reicht. Diese Emissionen
sind oft nicht-thermischer Natur und entstehen durch schnelle
Elektronen, Schockwellen und magnetische Rekonnexion.


Diagnostisches Werkzeug: Radiobeobachtungen
ermöglichen es, Prozesse in der Sonnenatmosphäre zu studieren,
die im sichtbaren Licht nicht zu sehen sind, da Radiowellen
Materie durchdringen können, die für optisches Licht
undurchsichtig ist. Sie sind entscheidend für das Verständnis
von Energiefreisetzung, Teilchenbeschleunigung und
Wellenphänomenen in der Korona.

10. Amateur vs. Große Wissenschaftliche Institute 10.1
Gemeinsamkeiten und Überschneidungen:


Grundprinzipien: Sowohl Amateure als auch
Profis nutzen die gleichen fundamentalen physikalischen
Prinzipien des Funkempfangs und der Signalverarbeitung.


Beobachtungsobjekte: Beide können solare
Radiobursts, den solaren Radiofluss und SIDs beobachten.


Datenaustausch: Professionelle Projekte wie
Radio Jove und Zooniverse integrieren explizit Amateurdaten in
ihre Forschung.


Begeisterung: Die Leidenschaft für die
Erforschung des Universums verbindet beide Bereiche.

10.2 Technische und analytische Unterschiede:
MerkmalAmateur-RadioastronomieProfessionelle
RadioastronomieKostenGering (Hunderte bis Tausende
Euro)Sehr hoch (Millionen bis Milliarden
Euro)AusrüstungEinzelne Antennen (Dipol, kleine
Schüssel), SDR-Dongles (RTL-SDR), DIY-KomponentenGroße
Antennen-Arrays (Interferometer), spezialisierte, hochpräzise
Empfänger, Kryokühler, FPGAsSensitivitätGeringer
(typischerweise Janskys bis Millijanskys für starke Quellen)Extrem
hoch (Mikrojanskys bis Nanojanskys), kann sehr schwache und weit
entfernte Quellen detektierenAuflösungNiedrig
(mehrere Grad bis Arcmin) durch EinzelantennenSehr hoch
(Arcsekunden bis Millibogensekunden) durch Interferometrie
(synthetische Apertur)FrequenzbereichBegrenzt
durch zugängliche Hardware und RFI (typisch MHz bis GHz)Sehr breit
(kHz bis THz), oft mit mehreren Bändern
simultanDatenvolumenBeherrschbar für Heim-PC
(einige GB/Tag)Enorm (Petabytes/Tag), erfordert dedizierte
Rechenzentren und
SupercomputerRechenpowerStandard-PC (Dual-Core,
8GB RAM für einfache Aufgaben)Hochleistungs-Rechencluster,
spezialisierte Hardware (FPGAs, GPUs) für
Echtzeit-SignalverarbeitungAnalytische
MöglichkeitenEinfache Leistungs-Zeit-Plots, grundlegende
Spektrogramme; primär Detektion und Charakterisierung starker
BurstsKomplexe Bildgebung (Radiobilder), detaillierte
Spektralanalysen, Polarimetrie, Modellierung, Lokalisierung von
Quellen mit hoher Präzision 11. Wo stehen die großen Institutionen
und die Zukunft

Die professionelle Radioastronomie ist an der Spitze der
Technologie und Forschung und zielt darauf ab, die fundamentalen
Fragen des Universums zu beantworten. Im Bereich der
Sonnenradioastronomie konzentrieren sich große Institutionen auf
die folgenden Punkte:



Hochauflösende Bildgebung: Mit großen
Interferometern können detailreichere Bilder der
Sonnenatmosphäre erstellt werden, um die feinsten Strukturen
von Flares, Korona-Schleifen und Schockwellen zu analysieren.


Breitbandige, simultane Beobachtungen: Neue
Teleskope können gleichzeitig in vielen Frequenzbändern
beobachten, was ein umfassenderes Bild der solaren Prozesse
liefert.


Korrelationsstudien: Die gleichzeitige
Beobachtung der Sonne mit Radioteleskopen, Weltraumteleskopen
(für UV, Röntgen) und bodengestützten Observatorien (optisch)
ermöglicht ein vollständiges Verständnis der solaren Phänomene.


Suche nach schwachen Signaturen: Die extrem
hohe Sensitivität neuer Instrumente ermöglicht die Detektion
von sehr schwachen Radioemissionen, die mit subtilen, aber
wichtigen Prozessen in der Korona verbunden sein könnten, wie
z.B. dem koronalen Heizproblem.

11.1 Sehnlichst erwarteter Fortschritt:


SKA (Square Kilometre Array): Das SKA wird das
größte Radioteleskop der Welt sein. Für die Sonnenbeobachtung
wird es eine beispiellose Sensitivität und Auflösung bieten, um
Prozesse in der Korona mit noch nie dagewesener Detailtreue zu
untersuchen.


Next Generation VLA (ngVLA): Ein geplanter
Nachfolger des Very Large Array in den USA, der ebenfalls eine
signifikante Verbesserung in Auflösung und Sensitivität für
eine Vielzahl von astronomischen Zielen, einschließlich der
Sonne, verspricht.


Verbesserte Datenverarbeitung und KI: Der
Fortschritt in der Rechenleistung und künstlichen Intelligenz
wird es ermöglichen, die riesigen Datenmengen effektiver zu
analysieren und Muster zu erkennen, die menschlichen
Beobachtern entgehen würden.



Diese technologischen Fortschritte sollen dazu beitragen, die
großen Rätsel der Sonnenphysik zu lösen, wie das koronale
Heizproblem und die Mechanismen hinter dem Sonnenzyklus und den
Sonneneruptionen.
Quellen und weiterführende Links:

Radio Jove Project (NASA)

Solar Radio Burst Tracker (Zooniverse)

Society of Amateur Radio Astronomers (SARA)

SDR# Download

GNU Radio Official Website

Radio-SkyPipe Download

Radio-Sky Spectrograph Download

RASDRviewer Information

SpectraVue Website

RTL-SDR.com – Radio Astronomy

SETI Institute – Citizen Science Solar Bursts

StackExchange Physics – Unsolved problems in solar physics

Swinburne University – Solar Radio Bursts

Sky & Telescope – Radio Astronomy Basics for Amateurs

RASC – What is Radio Astronomy?



Source: https://g.co/gemini/share/daba816f1254