Terrestrische VLBI in einem galaktischen Referenzrahmen

Very Long Baseline Interferometry (VLBI) ist das einzige geodätische Weltraumverfahren, das den terrestrischen Referenzrahmen, realisiert durch Positionen von Stationen an der Erdoberfläche, direkt mit dem himmelsfesten Referenzrahmen (Celestial Reference Frame, CRF) verknüpft, welcher durch Koordinaten von extragalaktischen Radioquellen (Quasaren) definiert ist. Diese Radioquellen befinden sich in einer Entfernung von mehreren Milliarden Lichtjahren, sodass die Signale durch intergalaktisches, interstellares und interplanetares Medium laufen, bevor sie die Erde erreichen. Dabei werden sie von riesigen Massen abgelenkt, zum Beispiel vom schwarzen Loch im Zentrum unserer Galaxie, der Sonne oder von massiven Planeten wie Jupiter und Saturn. Zusammen mit allen Bewegungen des Baryzentrums in Bezug auf das galaktische Zentrum werden dadurch scheinbare Änderungen in den Positionen der Quellen verursacht, die im konventionellen VLBI Modell und in früheren Realisierungen des Internationalen CRF nicht berücksichtigt werden. In der nächsten Realisierung, dem ICRF3, müssen jedoch diese Effekte integriert werden, um den hohen Genauigkeitsanforderungen und den langen Beobachtungsserien gerecht zu werden. Im Projekt Galactic VLBI liegt der Schwerpunkt auf den Untersuchungen zur scheinbaren Bewegung von extragalaktischen Radioquellen und der Schätzung von astronomischen Parametern mittels der VLBI Beobachtungen. Wir werden alle VLBI Sessions ab 1984 mit der Vienna VLBI Software (VieVS) auswerten und die gesuchten Parameter direkt aus den Beobachtungen in sogenannten Globallösungen bestimmen. Diese Parameter umfassen den Beschleunigungsvektor des SSB zum galaktischen Zentrum,dessen Masse,sowieDipol-undQuadrupol-Struktureninden Quellenpositionen, sowie den Post-Newtonschen Parameter Gamma zur Beschreibung der Ablenkung der Radiowellen durch große Massen. Unterstützt werden diese Untersuchungen durch Simulationen, welche den Einfluss von diesen astronomischen Parametern auf alle beobachteten Größen wie z.B. Erdrotationoder Stationskoordinaten untersuchen.Schließlich werdengezieltVLBI Beobachtungspläne erstellt, welche die Bestimmung des gravitativen Delays am galaktischen Zentrum oder bei Okkultationen durch Planeten ermöglichen. Die Ergebnisse des Projektes Galactic VLBI werden mithelfen, die theoretischen Modelle der VLBI Beobachtungen zu verbessern und das Verständnis von unserer Galaxie zusammen mit kosmologischen Modellen zu erweitern.

Das Projekt "Terrestrische VLBI in einem galaktischen Referenzrahmen" befasste sich mit der Schätzung der Positionen von extragalaktischen Radioquellen und deren Weiterentwicklung. Die Very Long Baseline Interferometry (VLBI) ist ein geodätisches Weltraumverfahren, das den terrestrischen Referenzrahmen, der durch die Positionen erdbasierter Antennen realisiert wird, direkt mit dem himmelsfesten Referenzrahmen verbindet, der durch Koordinaten von Radioquellen definiert ist. Im Jahr 2018 wurde die dritte Realisierung eines extragalaktischen Referenzrahmens auf Radiofrequenzen, bezeichnet als ICRF3, von der ICRF3-Arbeitsgruppe der Internationalen Astronomischen Union veröffentlicht. Die Bedeutung eines präzisen Himmelsbezugssystems besteht darin, dass ein stabiles Raster bereitgestellt wird, um Weltraummissionen zu navigieren, die Orientierung der Erde im Weltraum mit sehr hoher Genauigkeit zu überwachen, oder die Plattentektonik auf der Erde zu studieren. Dieses Projekt unterstützte die Realisierung des ICRF3 in zweierlei Hinsicht: 1) Modellierung der galaktischen Beschleunigung des Sonnensystems in der VLBI-Datenanalyse und 2) Bestimmung der Quellenpositionen in mehreren Frequenzbändern. In diesem Projekt wurde eine neue Methode zur Berechnung der galaktischen Beschleunigung aus VLBI-Messungen entwickelt. Diese Methode basiert auf der Schätzung von Skalierungsfaktoren pro Radioquelle in einer Globallösung. Diese Erkenntnisse, die im Rahmen der Arbeitsgruppe zur Galaktischen Aberration des Internationalen VLBI-Dienstes für Geodäsie und Astrometrie durchgeführt wurden, dienten als Grundlage für unsere Empfehlungen an die ICRF3-Arbeitsgruppe. ICRF3 beinhaltet zum ersten Mal die Positionen extragalaktischer Quellen auf mehreren Radiofrequenzen. Neben den klassischen 8,4 GHz werden bei 24 GHz und 32 GHz Positionen von mehreren hundert Quellen veröffentlicht. Die Gründe für die Erweiterung des Katalogs mit zusätzlichen Frequenzen sind die unterschiedlichen Auswirkungen der Quellenstruktur auf die scheinbare Quellenposition, und auch die Tatsache, dass bei Einfrequenzbeobachtungen die fehlende ionosphärische Korrektur bei höheren Frequenzen einen kleineren Einfluss hat. In diesem Projekt wurden Analysen von VLBI-Messungen bei der neu etablierten 24 GHz-Frequenz durchgeführt, die eine Grundlage für die Einbindung der Daten in den entstehenden Himmelskatalog gebildet haben. Darüber hinaus wurde in diesem Projekt die Erforschung astronomischer VLBI-Daten bei 15 GHz aus dem sogenannten MOJAVE-Programm durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass sich die Messungen dieses astronomischen VLBI-Programms für Untersuchungen sehr gut eignen, bei denen man den Beitrag der Quellstruktur zur beobachteten Laufzeitverzögerung für geodätische Anwendungen studieren kann. Die Ergebnisse dieser Forschung werden zu einer weiteren Verfeinerung von zukünftigen himmelsfesten Referenzrahmen beitragen.