Samstag, 22. Dezember 2012

Höchstgelegener Supercomputer der Welt lässt Riesenteleskop entstehen


Blick auf den ALMA-Korrelator.
| Copyright: ES
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Purico (Chile) - In den nordchilenischen Anden haben Wissenschaftler einen der weltweit leistungsstärksten Supercomputer errichtet und erfolgreich getestet. Mit ihm kommen Astronomen der Fertigstellung der Teleskopanlage "Atacama Large Millimeter/submillimeter Array" (ALMA) einen großen und wichtigen Schritt näher - kontrolliert er doch die ausgeklügeltsten bodengebundenen Teleskope in der Geschichte der Astronomie. Mit über 134 Millionen Prozessoren ist der Großrechner in der Lage, bis zu 17 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde auszuführen und erreicht so eine Geschwindigkeit, die vergleichbar mit der des aktuell schnellsten Universalgroßrechners ist.

Der Korrelator, so erläutert die Pressemitteilung der Europäischen Südsternwarte (ESO.org), ist eine der zentralen Komponenten von ALMA, einem astronomischen Teleskopverbund, der aus 66 Antennenschüsseln besteht. "Die 134 Millionen Prozessoren des Korrelators kombinieren und vergleichen kontinuierlich die schwachen Signale aus dem Kosmos, die die einzelnen Antennen der Anlage empfangen, die bis zu 16 Kilometer voneinander entfernt stehen können." So wird es zukünftig möglich sein, die verschiedenen Antennenschüsseln wie ein einziges großes Teleskop zusammenarbeiten zu lassen. Die Daten, die jede einzelne Antenne empfängt, müssen dafür mit denen jeder anderen Antenne abgeglichen werden. Bei einer maximalen Kapazität von 64 gleichzeitig angeschlossenen Antennen kann der Korrelator bis zu 17 Billiarden Rechenoperationen pro Sekunde verarbeiten.


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Die ESO als der europäische Partner bei ALMA hat einen wichtigen Bestandteil zu dem Korrelator beigesteuert: Ein in Europa komplett neu entwickeltes, vielseitiges digitales Filtersystem wurde in das ursprüngliche NRAO-Design eingebaut. Dazu entwickelte die französische Université de Bordeaux einen Satz von 550 hochmodernen Digitalfilterplatinen für die ESO. Mit diesen Filtern kann die Strahlung, die ALMA beobachtet, in 32-mal so viele Wellenlängenbereiche aufgeteilt werden wie zu Beginn vorgesehen. Jeder dieser Bereiche kann dabei präzise eingestellt werden. "Die Flexibilität, die wir dadurch gewonnen haben, ist fantastisch. Wir können den Spektralbereich, in dem ALMA beobachtet, nun in kleine Stücke zerteilen und uns dann auf diejenigen Wellenlängen konzentrieren, die für ein bestimmtes Beobachtungsobjekt benötigt werden. Das können die Signale von Gasmolekülen sein, mit deren Hilfe man eine Sternentstehungsregion kartiert, oder auch einige der am weitesten entfernten Galaxien im Universum," erklärt Alain Baudry von der Université de Bordeaux, der Leiter des europäischen ALMA-Korrelator-Teams.



Künstlerische Darstellung der fertigen ALMA-Anlage (Illu.).
| Copyright: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/L. Calçada (ESO)



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Eine ganz besondere Herausforderung stellt für den Korrelator sein außergewöhnlicher Standort dar: im technischen Betriebsgebäude der ALMA Array Operations Site (AOS) - dem höchstgelegenen High-tech-Gebäude der Welt. Auf 5000 Metern über dem Meeresspiegel ist die Luft so dünn, dass der doppelte Luftstrom benötigt wird, um die Anlage zu kühlen. Dafür werden etwa 140 Kilowatt Leistung benötigt. Bei derart niedrigem Luftdruck können außerdem keine herkömmlichen Festplatten verwendet werden, da deren Schreib- und Leseköpfe ein Luftpolster benötigen, das verhindert, dass sie die Drehscheiben zerkratzen. Hinzu kommt, dass der ALMA-Standort häufig von seismischer Aktivität betroffen ist, so dass der Korrelator so konstruiert werden musste, dass er die Vibrationen aushält, die mit Erdbeben einhergehen.



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ALMA hat im Jahr 2011 seine ersten wissenschaftlichen Beobachtungen mit einem Teil der Antennen aufgenommen. Ein Teil des Korrelators kam dabei bereits zum Einsatz, aber erst jetzt ist das System vollständig. Damit ist der Korrelator bereit, um ALMA mit einer größeren Anzahl von Antennen arbeiten zu lassen, wodurch sich die Empfindlichkeit und die Qualität der Beobachtungen weiter verbessern werden. Die Fertigstellung von ALMA ist für März 2013 geplant.

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