Wie werden Atomuhren von Radioteleskopen synchronisiert ?

CineX · Anmeldungsdatum: 18.02.2012 Beiträge: 9

Hallo zusammen,

Ich hoffe jetzt mal dass die Kategorie meiner Frage stimmt, falls nicht bitte verschieben ^^

Damit VLBI Teleskope im Verbund arbeiten können müssen diese ja über eine präzise synchronisierte Zeit verfügen. Und das über weite Distanzen wenn die Dinger 10.000 km entfernt stehen. Was mich mal interessieren würde: wie werden die Atomuhren der ganzen zum VLBI Verbund gehörenden Teleskope weltweit synchronisiert? Welche Verfahren gibt es da? Wird das mittels Satelliten erledigt wobei diese ja ebenfalls wie weit entfernte Radioquellen mit Signallaufzeittoleranzen Kämpfen müssen. Die GPS Zeit ist meines Wissens ja zu ungenau oder? Wie werden alle weltweiten VLBI Teleskope in der geforderten Toleranz synchron gehalten?

Man findet im Netz zwar hinreichend Informationen wie VLBI grundsätzlich funktioniert aber ich konnte leider nichts darüber finden wie die Atomuhren auf der ganzen Erde synchron gehalten werden bzgl. überhaupt erstmals synchronisiert werden… Und die exakte Zeit ist ja eine der Grundvoraussetzungen damit überhaupt Distanzmessungen durchgeführt werden können.

Kann mir jemand diese spannende Frage beantworten?
Liebe Grüsse

Brillant · Anmeldungsdatum: 12.02.2013 Beiträge: 1973 Wohnort: Hessen

Schade, dass keine Antwort von Physikern vorliegt. Vermutlich gibt's dafür keine Formel.

Habe was gefunden: Ultrapräzise Synchronisation von optischen Atomuhren

„Mit trickreicher Laseroptik und zwei Glasfaserkabeln ...“

Allerdings wird der Trick nicht verraten. Vielleicht kann jemand den nächsten Schritt machen bei der Recherche.

Idee: Wenn ich ein Signal sende und der Empfänger sendet es ohne Verzug auf demselben Weg zurück, weiß ich doch, welche Zeit (nämlich die halbe Laufzeit hin und her) der Empfänger zum empfangenen Zeit-Signal addieren muss. Das kann ich ihm mitteilen.

Das scheint aber noch nicht der ganze Trick zu sein, denn Signale müssen verstärkt werden, ergibt das Zeitverzug? Wenn das auf dem Hin- und Rückweg genau gleich wäre, ist es okay, aber wenn nicht?

Edit: Nee, kann nicht die Lösung sein. Wenn ich zwei Versuche mache mit verschieden langen Leitungen, braucht das Signal auf der längeren Leitung mehr Zeit und die Empfänger-Uhr würde vorgehen, weil zuviel Zeit addiert würde.

CineX · Anmeldungsdatum: 18.02.2012 Beiträge: 9

Ich hab in der Zwischenzeit auch ein wenig recherchiert.
Das Problem ist ja dass diese Teleskope teilweise fernab der Zivilisation stehen (stellenweise sogar ohne Personal automatisch arbeiten) und es da auch keine direkte Kabelgebundene Verbindung via Glasfaser etc. gibt. (bei manchen zumindest) und ich bin zu dem Ergebnis gekommen dass tatsächlich das Zeitsignal der auf der Erde allgegenwärtigen Navigationssatelliten zumindest für die Synchronisation ausreichend ist. Das Experiment selbst wird dann ja mit den eigenen Atomuhren der Teleskope selbst am "laufen" gehalten. Aber zur genauen Ausrichtung aller beteiligten Uhren reicht wohl tatsächlich die Zeit die von den Nav Satelliten kommt. smile

Und es gibt wohl noch ein weiteres Verfahren dass sich wohl TWSTFT oder "Two-way satellite time and frequency transfer" nennt. Da dient der Satellit wohl als Transmitter so dass sich die Teleskope damit auf der ganzen Welt synchronisieren können. Wie das Verfahren im Detail funktioniert habe ich noch nicht ganz verstanden aber es ist wohl in jedem Fall immer Satellitentechnik im Einsatz smile

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Warum genau ist das GPS zu ungenau?

CineX · Anmeldungsdatum: 18.02.2012 Beiträge: 9

Das war ne reine Vermutung von mir. Mein Gedankengang war folgender: Navigationssatelliten müssen ja ständig vom Boden geupdatet werden sowohl mit Bahndaten als auch der genauen Zeit. Wenn das mal ein paar Stunden X her war "driften" die Navigationsdaten die sie aussenden. Bei Galileo hat ja ein Software bedingter Ausfall der Bodenstation letzten Juli einen Totalausfall produziert da eben genau das Zeitsignal vom Boden aus nicht gesendet wurde. Daher war einfach meine Vermutung dass der "Drift" in den Uhren der Satelliten eventuell zu groß sein könnte für so extrem präzise Messungen wie z.B. VLBI

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

Hier was zu GPS, DCF77 und deren Genauigkeiten: https://www.hopf.com/dcf77-gps_de.php

Dann: die einzelnen Observatorien können und werden ja wohl über eine eigene Atomuhr verfügen. Damit liegt die Genauigkeit je Observatorium in deren Bereich.

GPS ist je Satellit mit eigener Atomuhr ähnlich genau (Effekte der ART können rausgerechnet werden).

Für das Zusammenschalten der Observatorien müssen wir nicht die Genauigkeit je Observatorium sondern die Genauigkeit der Synchronisation zwischen den Observatorien betrachten.

Die Frage ist: welche Anforderungen existieren da?

Anders gefragt: wieso sollte diese Anforderung für optische Beobachtungen so hoch sein?

CineX · Anmeldungsdatum: 18.02.2012 Beiträge: 9

Danke für den Link smile

Ja das ist die Frage, wie präzise die Synchronisation sein muss weiß ich leider nicht. Ich habe das eben nur vermutet dass diese sehr präzise sein muss. Mir geht es ja hauptsächlich um die Frage wie eine Distanzmessung zwischen 2 oder mehr VLBI Teleskopen möglich ist. Diese Distanzen sollen ja Genauigkeiten in den Millimeterbereich bei Distanzen von 10.000 km ermöglichen. Und die einzigen Daten die beide Observatorien haben sind ja das gleiche (zeitverschobene) Radiosignal und eben die Zeit die ebenfalls gespeichert wird damit man das Signal später über einen Soft oder Hardwarekorrelator laufen lassen kann und damit eine Distanz der Teleskope erhält. Und eben jene Genauigkeit im mm Bereich bei diesen Distanzen haben mich zu der Annahme verleitet dass hier eine sehr präzise synchronisierte Zeit eben eine wesentliche Rolle spielt. Aber ich kann mich hier auch täuschen es war eben nur eine Vermutung. Über diese Prozess der Distanzmessung findet man leider nicht sehr viel.

Brillant · Anmeldungsdatum: 12.02.2013 Beiträge: 1973 Wohnort: Hessen

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 18026

aber die Anforderungen bei der Detektion von Neutrinos einerseits sowie bei Himmelsbeobachtungen andererseits sind nicht ganz vergleichbar ...