Besichtigungstour EISCAT
Zusammen mit zwanzig Fakultätsangehörigen, Professoren und Studenten, haben wir heute einen Ausflug zur Radaranlage EISCAT gemacht, die sich in einem Tal hinter dem Tromsdalenstind befindet, ca. eine halbe Stunde Fahrtzeit von Tromsø. EISCAT, das European Incoherent Scatter Radar, ist eine europäische Kooperation. Deutschland ist mit ungefähr 25 % beteiligt, Norwegen selbst mit 10 Prozent. Tromsø ist der wichtigste Standort für EISCAT, weitere Antennen gibt es in Nordfinnland, in Nordschweden und auf Spitzbergen. Das Hauptquartier befinden sich in Kiruna und ca. 10 Angestellte arbeiten permanent im EISCAT in Tromsø. Incoherent Scatter Radars gibt es nur ungefähr zehn Stück auf der Welt, unter ihnen Arecibo in Puerto Rico (die James Bond in Goldeneye in die Luft gejagt hat) und eine große Anlage in Peru. EISCAT ist allerdings etwas kleiner als Arecibo.
In Tromsø gibt es drei große Antennen: eine UHF-Antenne die mit 930 MHz sendet, eine VHF-Antenne mit 224 MHz und drei große Arrays von Heizanlagen, die auf 3-5 MHz senden. EISCAT ist der Untersuchung der mittleren und oberen Atmsophäre gewidmet, sprich der Mesosphäre und der Ionosphäre. Es werden mehrere (internationale) Kampagnen durchgeführt, die teilweise weltweit koordiniert werden oder auch in Koordination mit Satellitenmessungen stattfinden.
Mit den EISCAT-Antennen wird ein starkes Signal nach oben in die Atmosphäre geschickt. Wie wir im Plasma-Artikel gesehen haben, kann das Plasma in der Atmosphäre mit den Radiowellen wechselwirken und beispielsweise zurückstreuen. Bei der inkohärenten Streuung werden freie Elektronen angeregt, die einen kleinen Bruchteil der Energie zurücksenden. Man braucht drei Bodenstationen um den Ort der Streuung zu bestimmen und aus dem gemessenen Spektrum lassen sich die interessanten Parameter wie beispielsweise die Temperatur oder die Elektronendichte bestimmen.
Während inkohärente Streuung kaum stärker als das Rauschen ist, gibt es ein Phänomen der Mesosphäre, daß ein 1000 Mal stärkeres Signal liefert. Es tritt nur im Sommer und in hohen Breiten auf, weshalb es "Polare Mesosphärische Sommerechos" genannt wird. Seine Natur ist Gegenstand aktueller Forschung am EISCAT. Ein Effekt, der damit verbunden ist, ist der sogenannte Overshoot-Effekt. Dies ist das Thema eines Doktoranden an der Uni Tromsø, der auch heute dazu einen Vortrag gehalten hat.
Die Heating Facilities benutzen im Gegensatz zu den anderen beiden Antennen eine sehr viel höhere Wellenlänge von ungefähr 100 m. Mit diesen Anlagen lassen sich aktive Experimente durchführen. Die Frequenz liegt ungefähr im Bereich der Plasmafrequenz, d.h. die Antenne kann Elektronen in beispielsweise 100 km Höhe anregen (siehe auch den Plasmaphysik-Artikel). Durch die hohe Leistung im MW-Bereich, wird die Atmosphäre lokal verändert ("geheizt") und es können unter kontrollierten Bedingungen Messungen gemacht werden. Ein Beispiel ist die stimulierte Elektronenemission, die ein charakteristisches Spektrum liefert, das auch Gegenstand aktueller Forschung ist.
Auf dem Bild sieht man die Steuerung der Antennen. EISCAT ist 1981 in Betrieb genommen worden und die meiste Technik stammt aus den 70er Jahren. Links von dem Kopf unseres Professors Cezar La Hoz sieht man die hochpräzise Masterclock, die zum Timen der ausgesendeten Pulse und dem Empfang des Antwortsignals benutzt wird. Eigens gebaute Korrelatoren verarbeiten die einkommenden Signale weiter. Zu dieser Zeit waren Computer nicht schnell genug. Heute werden Sun-Computer und ein eigenes, speziell für diesen Zweck geschriebenes, Betriebssystem mit spezieller Skriptsprache benutzt um die Antennen, auch jene in Schweden und Finnland, zu steuern.
Oben im zweiten Rack von rechts sieht man die Enteisungstechnik, die gebaut wurde um den Schnee in der Schüssel zu schmelzen, der die Signalqualität beeinträchtigt. Leider hat sie nie funktioniert - das flüssige Wasser bildete sofort eine dicke Eisschicht auf den Antennen was noch schlechter für die Antenne war als der Schnee.
Die EISCAT-Radars werden gepulst betrieben, d.h. es wird ein Puls in die Atmosphäre geschickt, per Masterclock die Zeit gemessen und das Antwortsignal empfangen. Zur Erzeugung des starken Signals wird eine Hochspannung von 100 kV benutzt. Die Transformatoren sieht man auf dem Bild oben. Liefert einer der vielen Sensoren während dem Betrieb der Anlage Werte, die nicht im erlaubten Bereich liegen, wird die Hochspannung sofort abgeschalten (was einen lauten Knall zur Folge hat) um die Anlagen nicht zu gefährden.
Die Elektronik zur Vorverstärkung des Signals ist in einen Öltank getaucht und jede Menge Blei schirmen die Röntgen- und Gammastrahlung ab, die in den Klystrons entsteht. Mit Wellenleitern, den ca. 30 cm breiten Röhren, die von der Anlage hoch und dann nach draußen führen, wird das Signal zur Antennte geführt.
Auf dem oberen Bild sieht man links die entsprechenden Anlagen für die VHF-Antenne und rechts die Pumpen für den Kühlkreislauf aus Wasser und Glykol. Die Erzeugung der Radarwellen erreicht nur ca. 40 Prozent Effizienz. Der Rest der "verbrauchten" Energie wird in Wärme umgewandelt und muss abtransportiert werden.
Nach der Besichtigung haben wir verschiedene wissenschaftliche Vorträge zur Physik, die am EISCAT gemacht wird, gehört und bei einem gemütlichen Abendessen zusammengesessen. Gegen halb 8 haben wir uns auf den Rückweg nach Tromsø gemacht - passend zum Thema gab es heute die ersten hellen Nordlichter im November.
