Interferometrie

Interferometrie nutzt die Wellennatur des Lichts (oder von Radiowellen), um die Signale mehrerer Teleskope so zu kombinieren, als wären sie ein einziges Teleskop von der Größe des Abstands zwischen ihnen. Ein Teleskop mit 10 Metern Durchmesser kann Details nur bis zu einer bestimmten Grenze auflösen. Zwei Teleskope im Abstand von 100 Metern, die interferometrisch verbunden sind, erreichen die Auflösung eines 100-Meter-Teleskops.

Das Prinzip geht auf Albert Michelson zurück, der 1920 mit einem optischen Interferometer erstmals den Durchmesser eines Sterns (Beteigeuze) maß. Die moderne Radiointerferometrie begann in den 1960er Jahren. Das Very Large Array (VLA) in New Mexico verbindet 27 Radioantennen zu einem Interferometer mit einem effektiven Durchmesser von 36 Kilometern.

Die spektakulärste Anwendung der Interferometrie war das Event Horizon Telescope (EHT), das 2019 das erste Bild eines Schwarzen Lochs veröffentlichte. Das EHT verbindet Radioteleskope rund um den Globus und erreicht dadurch einen effektiven Durchmesser, der dem der gesamten Erde entspricht. Nur durch Very Long Baseline Interferometry (VLBI) war die Auflösung hoch genug, um den Schatten des Schwarzen Lochs im Zentrum der Galaxie M87 sichtbar zu machen.

LIGO und Virgo nutzen Laserinterferometrie, um Gravitationswellen nachzuweisen: winzige Längenänderungen von weniger als einem Tausendstel eines Protonendurchmessers, verursacht durch verschmelzende Schwarze Löcher in Milliarden Lichtjahren Entfernung.

Gerade die Interferometrie löst ein scheinbar unüberwindbares Problem der Astronomie: Die Auflösung eines Teleskops hängt von seinem Durchmesser ab, doch einen einzelnen Spiegel von Erdgröße zu bauen ist unmöglich. Statt ein riesiges Teleskop zu konstruieren, verteilt die Interferometrie die Sammelfläche auf viele weit voneinander entfernte Einzelteleskope und rekonstruiert aus ihren kombinierten Signalen ein Bild, als stammte es von einem Instrument von der Größe ihres Abstands. Der Preis dafür ist enorme technische Präzision, denn die Ankunftszeiten der Wellen an den verschiedenen Standorten müssen auf Bruchteile von milliardstel Sekunden genau abgeglichen werden, wofür atomgenaue Uhren und gewaltige Rechenleistung nötig sind. Das Bild des Schwarzen Lochs in M87 entstand nicht durch ein einzelnes Foto, sondern durch die monatelange Rechenarbeit, die über den Globus verteilten Daten zu einem einzigen Bild zusammenzusetzen. Die Interferometrie zeigt damit beispielhaft, wie moderne Astronomie immer mehr zu einer Disziplin der Datenverarbeitung wird, in der das eigentliche Teleskop teils aus Software besteht.