Optimum design of geodetic VLBI networks and observing strategies

Die geodätische VLBI (Very Long Baseline Interferometry) ist das wichtigste Verfahren zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der Erde, der Parameter für Nutation und Präzession und des himmelsfesten Referenzrahmens (CRF), der durch die Positionen von extragalaktischen Radioquellen realisiert wird. Aufgrund der immer höheren Anforderungen an Genauigkeit, Zuverlässigkeit und zeitlicher Auflösung der geodätischen Parameter muss der International VLBI Service for Geodesy and Astrometry (IVS) das Design seiner Netze und seine Beobachtungsstrategien überdenken. Deswegen werden in diesem Projekt, wie vom IVS angeregt, gründliche, systematische Simulationen durchgeführt. Die Untersuchungen umfassen z.B. die Verwendung von mehreren Antennen an einer VLBI Station mit derselben Atomuhr (dadurch erhält man entweder mehr als eine Beobachtung pro Zeitpunkt oder kürzere Integrationszeiten), den Einsatz eines identischen Antennentyps für alle weltweiten Stationen, die bestmögliche Auswahl von Standorten neuer Radioteleskope für eine bessere globale Abdeckung oder die Frage des niedrigsten Elevationswinkels, unter dem beobachtet wird. Im Projekt werden exakte numerische Werte für die Genauigkeiten und Korrelationen der Parameter berechnet, die mit bestimmten Netzanordnungen und Beobachtungsstrategien erzielt werden können. Da bisher sehr viele Genauigkeitsabschätzungen für die geodätische VLBI auf bloßen Vermutungen beruhen, ist das Projekt von großer Bedeutung für den IVS in den kommenden zehn Jahren. Die Simulationen basieren auf drei Programmen: die Software SKED für die Erstellung der Beobachtungspläne (Scheduling), die VLBI Software OCCAM und eine neues Programmpaket VV-SIM (Vienna VLBI-Simulations), das frei zur Verfügung gestellt werden wird. VV-SIM wird einerseits die Beobachtungspläne aus SKED verwenden, um z.B. Skyplots (Verteilung der Radioquellen am Himmel) für bestimmte Zeitintervalle zu erstellen, andererseits wird es SINEX (Software Independent Exchange) Dateien aus OCCAM nutzen, um die Ergebnisse (formale Fehler der Parameter oder Korrelationen) anschaulich darzustellen. Über die gewonnenen Erfahrungen aus dem Projekt soll dem IVS in regelmäßigen Intervallen berichtet werden; außerdem soll der Beobachtungsplan für eine kontinuierliche VLBI Kampagne im Jahr 2008 (CONT08) erstellt werden.

Die geodätische VLBI (Very Long Baseline Interferometry) ist das wichtigste Messverfahren zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit der Erde, der Parameter für Nutation und Präzession und des himmelsfesten Referenzrahmens (Celestial Reference Frame, CRF), der durch die Positionen von extragalaktischen Radioquellen realisiert wird. Aufgrund der immer höheren Anforderungen an Genauigkeit, Zuverlässigkeit und zeitliche Auflösung der geodätischen Parameter muss der Internationale VLBI Service für Geodäsie und Astrometrie (International VLBI Service for Geodesy and Astrometry, IVS) das Design seiner Netze und seine Beobachtungsstrategien überdenken. Dazu wurde im Oktober 2003 vom IVS die Working Group 3 (WG3) "VLBI2010" ins Leben gerufen. Als Ergebnis des Abschlussberichts der WG3 (Niell et al., 2005) wurde das VLBI2010-Komitee (V2C) als permanente Institution des IVS eingerichtet, um die Entwicklung der Hardware, Software und der Beobachtungsstrategien für die nächste Generation der VLBI-Beobachtungssysteme voranzutreiben. Die von der WG3 ausgearbeiteten Strategien beinhalten unter anderem eine deutliche Steigerung der Beobachtungsdichte (also der Anzahl der Beobachtungen pro 24 Stunden), eine Verdichtung des Stationsnetzwerkes (vor allem auf der Südhalbkugel) und die Reduktion stochastischer Fehler. Bei erfolgreicher Umsetzung dieser Strategien ist eine deutliche Genauigkeitssteigerung zu erwarten, die Positionsbestimmungen im sub-mm-Bereich ermöglichen wird. Diese hohen Genauigkeitsanforderungen an die geodätischen Weltraumverfahren, wie VLBI oder GNSS (Global Navigation Satellite Systems), resultieren aus der Entscheidung, ein globales geodätisches Beobachtungssystem (Global Geodetic Observing System, GGOS) aufzubauen, das ein grundlegendes Verständnis der Interaktionen der Komponenten des Systems Erde gewährleisten wird. Das Erreichen der angestrebten sub-mm Genauigkeit wird der VLBI eine Schlüsselrolle in GGOS garantieren und es möglich machen, subtile Effekte wie nicht-lineare Stationsbewegungen oder den Anstieg des Meeresspiegels zu beobachten. Das FWF-Projekt Optimum design of geodetic VLBI networks and observing strategies am Institut für Geodäsie und Geophysik der TU Wien liefert mit seinen Simulationen des neuen VLBI-Beobachtungssystems einen wichtigen Beitrag, die Limitationen der neuen Generation von VLBI-Beobachtungssystemen zu eruieren, und mit geeigneten Strategien die gesetzten Ziele zu erreichen. Dadurch konnte die österreichische Beteiligung innerhalb des IVS gestärkt und ein wichtiger Beitrag zur Zukunft der VLBI und der globalen Beobachtungssysteme geleistet werden.