Самый большой радиотелескоп снял место посадки Apollo 15 / Хабр
… и не увидел лунный модуль. Два месяца, как астрофизики мира простились с легендарным телескопом Arecibo, который долгое время обладал самой большой «тарелкой». Китайцы сделали «тарелку» ещё больше, но американцы тем временем модернизировали свои оставшиеся телескопы, и подняли их характеристику в четыре раза.
Трехсотметровая антенна Arecibo долгое время оставалась непревзойденной по площади — это важное преимущество для «прослушивания» очень удаленных и слабых источников радиоизлучения. Но для науки этот телескоп служил не только как «ухо», но и как «голос» — радаром, зондирующим объекты Солнечной системы. В этой роли Arecibo работал в паре с другими радиотелескопами, в последние годы часто с Green Bank Telescope. Телескоп Green Bank меньше — диаметр антенны 100 м, зато она поворотная, в отличие от Arecibo, и для таких тарелок — это бесспорный рекорд.
Диаметр антенны влияет не только на чувствительность телескопа, но и на его разрешающую способность, то, что фотографы называют резкость. Разрешающая способность — это показатель насколько мелкие объекты или минимальное расстояние между ними способен рассмотреть телескоп. Разрешение зависит от двух параметров: диаметра телескопа и длины волны излучения, в котором ведется наблюдение. Так, для одинаковых по размеру телескопов, наблюдение на длине радиоволны 6 мм разрешение будет в 10 тыс раз хуже чем в наблюдении видимого света. То есть чтобы сравниться с 10-сантиметровым любительским телескопом, радиотелескоп должен иметь диаметр 1 километр.
К счастью, радиоастрономы догадались, как обойти это ограничение, если использовать несколько радиотелескопов на расстоянии. Один из способов — интерферометрия, когда объединяются данные от нескольких телескопов. Тогда диаметром считается расстояние между наиболее удаленными телескопами в общей системе. Например антенный массив ALMA состоит из 66 антенн и имеет общий диаметр 16 км, а 27 антенн VLA — диаметр 36 км.
Кстати, VLA вместе c Arecibo снималась в фильме «Контакт».
Если данные с телескопов снимать не аналоговым, а цифровым методом, то можно значительно расширить границы. По сути телескопы можно расставить по всей Земле и тогда диаметр условного телескопа будет ограничиваться только диаметром планеты. Эта технология называется непроизносимым термином радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой. Впервые она была теоретически обоснована в СССР при участии Николая Кардашева, и под его же руководством был создан проект «РадиоАстрон» — космический радиотелескоп.
«РадиоАстрон» обладал тарелкой всего в 10 м, но объединяя работу с наземными станциями, позволял создавать радиотелескоп диаметром до десятков и сотен тысяч километров. С российским космическим телескопом работали практически все крупные наземные радиообсерватории, включая Arecibo, но американцы пошли своим путем. Они создали наземную сеть 25-метровых радиотелескопов VLBA, которая раскинулась на 9,5 тыс км от Гавайев до Карибского моря.
Российский аналог «Квазар-КВО» состоит из трех 32-метровых антенн и разнесен на расстояние 4,5 тыс км, на одной из его станций мне удалось однажды побывать.
Обычно сеть VLBA работает на приём астрофизических сигналов отдельно от Green Bank или Arecibo, а эти две обсерватории использовали другую технологию улучшения изображения — бистатическая визуализация. Похожую технологию используют авиационные или космические радары, зондирующие земную поверхность — SAR: Arecibo работал как гигантский радиопрожектор, «освещая» пролетавшие астероиды, Луну, Меркурий и спутники Юпитера, а стометровая антенна Green Bank принимала отраженные лучи. За счет разницы расположения между «освещающим» и принимающим телескопом качество картинки получалось лучше, чем если бы работал один одновременно и на излучение и на прием. Фактически тут действует тот же принцип, что и в интерферометрии — расстояние между двумя радиотелескопами определяют разрешающую способность как диаметр одного. В случае пары Arecibo-Green Bank — это 2,5 тыс. км, которые давали разрешение на Луне около 20 м, что в три раза лучше телескопа Hubble.
К сожалению, бистатический радар Arecibo-Green Bank дальше Юпитера не добивал, т. к. вращение Земли уводило из «прицела» Arecibo далекие тела пока туда летел сигнал. Но и этого хватало более чем. Главным открытием этой технологии стало открытие водяного льда на Меркурии.
И «закрытие» льда на Луне.
Также Arecibo много работал в наблюдении пролетающих околоземных астероидов.
А потом он разрушился.
К счастью, ученые «подстелили соломку» и смогли установить мощный передатчик на стометровый Green Bank. Теперь он будет «прожектором», и за счет своей поворотной системы и большей мощности передатчика сможет добивать не только до Юпитера, но и до Урана и Нептуна. Принимать же данные будет наземная сеть VLBA.
Новая система Green Bank-VLBA провела первые испытания и телескопы обратили взор к месту посадки Apollo 15 в лунных Аппенинах. Разрешение этой панорамы около 5 м на пиксель.
Разрешающая способность нового снимка примерно в четыре раза превосходит лунную съемку прежней пары Arecibo-Green Bank.
Авторы съемки не уточнили удалось ли им увидеть какие-либо следы пребывания человека в рассмотренной местности, поэтому пришлось самому сравнить результаты радарной съемки и спутниковой.
Первое, что бросается в глаза — светлые пятна радарного снимка не всегда совпадают с оптическим. Это логично, т.к. яркое отражение в радиолучах дают дробленые камни, т.е. эти пятна — следы разбросанной породы вокруг молодых метеоритных кратеров. А вот ни тропинки, вытоптанные астронавтами, ни оставшаяся ступень лунного модуля в радиодиапазоне не видны. В разрешении 5 м, модуль должен занимать два пикселя, и если бы он обладал более ярким отражением радиоволн, то был бы виден.
Судя по всему, панели экранно-вакуумной теплоизоляции и противометеоритной защиты такой же хороший поглотитель и рассеиватель радиолучей, что и окружающий реголит. Хотя возможно и другое объяснение — алгоритм обработки данных мог «съесть» два ярких пикселя, решив, что это просто шум.
Для сравнения, в видимом диапазоне, на снимках пятиметрового разрешения от японского аппарата Kaguya темное пятно на месте лунного модуля видно благодаря контрасту с окружающим грунтом. Можно даже рассмотреть отрезок наиболее вытоптанного грунта в северо-западном направлении от места прилунения.
Место посадки Apollo 15 со спутника Kaguya
Ранее в эту же долину заглядывал и космический телескоп Hubble. Но у него разрешение всего 60 м, потому сумел рассмотреть лишь смутные признаки посадки — чуть более светлое «гало» разогнанной ракетными двигателями пыли.
Сравнение снимка телескопа Hubble (слева) и спутника LRO (справа).
Самые качественные, на сегодня, спутниковые снимки места посадки Apollo 15 доступны благодаря американскому аппарату LRO. Тут уже видны и тропинки, и следы ровера, и сам ровер, и оставленное оборудование, и мусор. Разрешение этого кадра в десять раз лучше японского — 0,5 м.
Место посадки Apollo 15 со спутника LRO
При увеличении мощности передатчика на телескопе Green Bank, возможно, качество лунных панорам ещё возрастет, хотя вряд ли они снова будут смотреть на Apollo. В Солнечной системе много других целей, интересных астрофизикам и планетологам.
С радиотелескопами и местами посадок американцев на Луну известен другой курьез. В конце 70-х гг в Советском Союзе построили большой наземный радиотелескоп РАТАН-600. Для испытания астрономы направили его на Луну, и с удивлением обнаружили пять ярких источников радиоизлучения на поверхности. Оказалось, что это шли телеметрические данные с блоков приборов ALSEP, которые оставили американские астронавты. Они питались от радиоизотопных термоэлектрических генераторов и могли проработать ещё десятилетия. Но ученые NASA к тому времени уже утратили интерес к Луне, и погасили ALSEP вскоре после обнаружения советскими радиоастрономами.
Границы Солнечной системы, сигналы «Вояджера», самый мощный компьютер в мире
Зонд «Вояджер» и телескоп «Аресибо»
8 июня были опубликованы результаты многолетних исследований китайского радиотелескопа FAST. Они касаются повторяющихся радиосигналов, исходящих от загадочного источника, находящегося в глубине одной из самых старых и далёких галактик. Чтобы понять, почему именно радиотелескопы занимаются этим и почему именно китайские учёные впереди планеты всей, нужно сказать несколько слов о принципах работы радиотелескопов и о китайской космической программе.
Фото © Qu Honglun / China News Service via Getty Images
Радиотелескопы изучают координаты источников, пространственную структуру галактик, интенсивность излучения космических объектов, их спектр и уровень поляризации. Если обратиться к простым аналогиям, это сверхгигантская тарелка, которая засекает даже слабые радиосигналы. Он незаменим, если речь идёт о поиске нейтронных звёзд. Первые подобные машины появились ещё в 30-х годах прошлого века. Но эпоха гигантов началась в 60-х, когда появился 305-метровый «Аресибо». Когда в 90-х китайцы проектировали свой FAST, они ориентировались на «Аресибо», но пошли гораздо дальше. Во-первых, у китайцев более мощный отражатель, а угол обзора, чувствительность и фокусное расстояние почти в два раза больше, во-вторых, FAST, в отличие от статичного «Аресибо», регулируется системой гидравлических приводов, что значительно расширяет его возможности. Забавно, что гейм-дизайнеры по-своему обыграли историю с «Аресибо» и FAST. В шутере Battlefield 4, вышедшем в 2013 году, действие происходит в Китае, при этом на одной из мультиплеерных карт в точности воспроизведён «Аресибо».
Самый лучший день для науки: Давно покинувший Солнечную систему «Вояджер» встревожил учёных внезапным сообщением
FAST — самый большой радиотелескоп в мире
Справедливости ради следует уточнить, что «Аресибо» разрабатывали лет пять, строили три года, а все последующие десятилетия модернизировали, тогда как на создание гиганта FAST ушло 22 года, из них пять — только на строительство. Проектирование концепта, изучение технологий, ожидание технологического прорыва — на всё это нужно время.
Китайскому бюджету FAST обошёлся в 185 млн долларов, и неудивительно, что в первые годы эксплуатации Китайская академия наук отдавала предпочтение местным астрономам. И только когда открытия FAST потребовали уточнений и без зарубежных коллег было уже не обойтись, КНР включила зелёный свет исследователям из других стран. Примечательно, что в 2020 году «Аресибо» развалился (с 2010-го на него урезали финансирование, и это стало приговором), и вскоре FAST был официально пущен в эксплуатацию, хотя по факту работал на полную катушку с 2016 года. Символизм ситуации в том, что с 2010 года китайцы взяли курс на звание главной астрофизической державы, и FAST — олицетворение их амбиций.
С помощью FAST изучают формирование и эволюцию галактик, свойства тёмной материи, а также объекты эпохи ионизации — между 550 и 800 млн лет после Большого взрыва. Он считается самым большим в мире радиотелескопом с 500-метровой заполненной апертурой (сплошной антенной). Стоит отметить, что самый большой в мире радиотелескоп с незаполненной апертурой, 576-метровый РАТАН-600, сделан в России и достоин отдельного разговора.
Как в «Интерстелларе»: «Очень большой телескоп» заснял огромное нечто в созвездии Ориона
Почему Китай называют Поднебесной
Телескоп назвали FAST не только потому, что это аббревиатура Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, но и потому что он и вправду быстрый — в пять раз быстрее, чем «Аресибо». Перенастройка аппарата осуществляется при помощи робототехники, и такой уровень автоматизации позволяет назвать его полноценной небесной обсерваторией. Вот уж действительно, небесная техника для Поднебесной.
Телескоп FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope)
Фото © Li Jin / VCG via Getty Images
Радиоэлектронная часть — венец конструкции. Это девять мощнейших ретрансляторов плюс отдельный 19-лучевой приёмник на линии нейтрального водорода. В мире телескопов FAST сравнивают с самым мощным компьютером в мире — если бы он стоял на земле и занимался вычислениями, равных ему по объёму данных, скорее всего, не нашлось.
FAST — настоящий охотник за нейтронными звёздами. По состоянию на май 2021 года китайской командой учёных зафиксировано свыше двухсот пульсаров и им подобных объектов, и речь идёт именно о подтверждённых. То, что FAST, — лаборатория по изучению законов физики, действующих в экстремальных для материи условиях, не новость, а данность. Интригует второе направление, по которому обсерватория двигается с 2019 года. Это те самые «загадочные сигналы из космоса». Тут-то и задействуются все радиоресурсы телескопа на полную мощь. Диапазон частот телескопа FAST варьируется от 70 МГц до 3 ГГц. Предел «Аресибо» составлял 300 МГц.
Очень странные дела, или Китайский «Мандалорец»
«Небесный глаз Китая» очень чувствителен — любая бытовая техника может создать нежелательные помехи. Для космической науки это принципиальный момент — как-то американские астрофизики, работавшие с радиотелескопом «Паркс», на протяжении почти 20 лет изучали «странные сигналы», пока не выяснилось, что это всего лишь радиоволны, исходящие от микроволновки, в которой они разогревали свои сэндвичи.
Телескоп FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope)
Фото © Li Jin / VCG via Getty Images
В КНР, чтобы избежать погрешностей, поступили почти по-военному. FAST «поселили» в одном из отдалённых горных ущелий уезда Пинтан Цяньнань-Буи-Мяоского автономного округа провинции Гуйчжоу. Из-за того что его пришлось разместить так далеко, учёные стали называть FAST «Мандалорцем»: в честь героя сериала, который всегда сторонился шумных мест. В радиусе 10 км от телескопа действует режим радиомолчания — под запретом строительство любых других объектов. В ходе проектирования FAST около девяти тысяч жителей провинции Гуйчжоу, проживавших в радиусе пяти км от будущей обсерватории, были переселены оттуда от греха подальше.
Странный сигнал из космоса: в поисках инопланетной жизни
20 мая 2019 года FAST зарегистрировал уникальный повторяющийся радиовсплеск, который внесли в картотеку под шифром FRB 190520. Подобные всплески можно фиксировать тысячами ежедневно, было бы подходящее оборудование. Сейчас даже FAST или его коллега — южноафриканский радиоинтерферометр Square Kilometre Array на такое не способны. Но большинство радиовсплесков случается единожды, появляется из ниоткуда, взрывается и уходят в вечность. FRB 190520B — совсем другое дело. Он периодически повторяется.
Когда учёные его хорошенько изучили, то выяснили, что сигнал поступает с окраин очень старой карликовой галактики, расположенной на расстоянии почти четырёх млрд световых лет от Земли. Между мощными всплесками источник производит более слабое радиоизлучение. Исходя из этого можно с уверенностью сказать, что сигналы идут от компактного постоянного радиоисточника, природа которого пока не известна. Китайские учёные сделали вывод, что радиоисточник сформировался совсем недавно и находится в очень сложной плазменной среде.
С помощью радиотелескопа FAST международная группа под руководством астрономов Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук обнаружила активный повторяющийся быстрый радиовсплеск под названием FRB 20190520B.
Фото © Sun Zifa / China News Service via Getty Images
Ещё два года назад в КНР запустили амбициозную программу по поиску внеземного разума с использованием FAST. Для этого Китай даже включился в международную программу SETI 1959 года по поиску внеземных цивилизаций и возможному вступлению с ними в контакт.
В 2012 году, к примеру, в рамках SETI засветился телескоп «Кеплер», поймавший загадочные сигналы, исходящие от экзопланеты KOI 817, находящейся в 941,36 световых года от Земли. Но у FAST совсем другие масштабы и амбиции. Конечно, тут уже идёт речь о коллаборации КНР c обсерваторией Very Large Array в Нью-Мексико и японским телескопом Subaru. В команду также входит астрофизик Кейси Лоу из Калифорнийского технологического института, именно он указал на идентичность зафиксированных сигналов друг другу. По последним данным, расстояние до сигнала может на самом деле составлять 8–9,5 млрд световых лет либо плотность плазмы вокруг источника чрезвычайно велика. Пока у учёных два варианта трактовки: либо на задворках старой галактики находится уникальный магнетар, то есть сильно намагниченная нейтронная звезда, либо инопланетный разум посылает Земле сигналы. Если американцы уже отчаялись связаться с другими цивилизациями (только «Вояджер» ещё подаёт какую-то надежду, но он вскоре может навсегда отключиться), то китайцы только входят во вкус.
Переполох в стиле «Вояджера»: Телескоп ALMA взбудоражил учёных неожиданными данными
Фото © Li Jin / VCG via Getty Images
Примет ли FAST инопланетные сигналы как «Вояджер»?
Да, примет, мощности хватает
Нет, не примет, и «Вояджер» тоже ничего не принимал
Свой вариант в комментарии
Евгений Жуков
- Статьи
- телескопы
- Вселенная
- Наука и Технологии
Комментариев: 4
Для комментирования авторизуйтесь!
Самый большой радиотелескоп в мире.
Помните 10 лет назад был фильм про Джеймса Бонда — «Золотой глаз». Там как раз действия разворачивались на этом телескопе.
Многие наверное подумали что это декорации к фильму. А телескоп к тому моменту уже работал 50 лет
Обсерватория Аресибо находится на высоте 497 метров над уровнем моря. Несмотря на то, что расположена она в Пуэрто Рико, используется и финансируется она всевозможными университетами и агентствами США. Основным предназначением обсерватории является исследование в области радиоастрономии, а также наблюдение за космическими телами. Для этих целей и был построен самый большой в мире радиотелескоп. Диаметр тарелки составляет 304,8 метров.
Глубина тарелки (зеркало рефлектора по научному) сотавляет — 50,9 метров, общая площадь — 73000 м2. Изготовлена она из 38778 перфорированных (дырчатых) алюминиевых пластин, уложенных на сетку из стальных тросов.
Над тарелкой подвешена массивная конструкция, передвижной облучатель и его направляющие. Держится она на 18 тросах, натянутых от трёх башен поддержки.
Если Вы купите входной билет на экскурсию, стоимостью 5$, то получите возможность подняться на облучатель по специальной галерее или в клетке подъёмника.
Строительство радиотелескопа было начато в 1960 году, а уже 1 ноября 1963 года состоялось открытие обсерватории.
За время своего существования, радиотелескоп Аресибо отличился тем, что были открыты несколько новых космических объектов (пульсары, первые планеты за пределами нашей Солнечной системы), лучше исследованы поверхности планет нашей Солнечной системы, а также, в 1974 году было отправлено послание Аресибо, в надежде, что какая-нибудь внеземная цивилизация откликнется на него. Ждёмс.
При проведении этих исследований включается мощный радар и измеряется ответная реакция ионосферы. Антенна такого большого размера является необходимой, потому что на тарелку для измерения попадает лишь малая часть рассеянной энергии. Сегодня только треть времени работы телескопа отведено для изучения ионосферы, треть — для исследования галактик, а оставшаяся треть отдана астрономии пульсаров.
Аресибо, без сомнения, превосходный выбор для поиска новых пульсаров, поскольку огромные размеры телескопа делают поиски более продуктивными, позволяя астрономам находить доселе неизвестные пульсары, которые оказались слишком малы, чтобы быть замеченными при помощи телескопов меньших размеров. Тем не менее, такие размеры имеют и свои недостатки. Например, антенна должна оставаться закрепленной на земле из-за невозможности управлять ей. Вследствие чего телескоп в состоянии охватить только сектор неба, который находится непосредственно над ним на пути вращения земли. Это позволяет Аресибо наблюдать за сравнительно небольшой частью неба, по сравнению с большинством других телескопов, которые могут охватывать от 75 до 90% неба.
Второй, третий и четвертый по величине телескопы, которые используются (или будут использоваться) для исследования пульсаров — это соответственно телескоп Национальной радиоастрономической обсерватории (НРАО) в Западной Вирджинии, телескоп института Макса Планка в Эффельсберге и телескоп Грин-Бэнк НРАО тоже в Западной Вирджинии. Все они имеют диаметр не менее 100 м и полностью управляемы. Несколько лет назад 100-метровая антенна НРАО упала на землю, и сейчас ведутся работы по установке более качественного 105-метрового телескопа.
Это лучшие телескопы для изучения пульсаров, не попадающих в радиус действия Аресибо. Заметьте, что Аресибо втрое больше 100-метровых телескопов, а это значит, что он охватывает площадь в 9 раз большую и достигает результатов научных наблюдений в 81 раз быстрее.
Тем не менее, существует множество телескопов диаметром меньше 100 метров, которые также успешно используются для изучения пульсаров. Среди них Parkes в Австралии и 42-метровый телескоп НРАО.
Большой телескоп может быть заменен совмещением нескольких телескопов меньших размеров. Эти телескопы, точнее, сети телескопов, могут охватывать площадь, равную той, которая охватывается стометровыми антеннами. Одна из таких сетей, созданная для апертурного синтеза, называется Very Large Array. Она насчитывает 27 антенн, каждая 25 метров в диаметре.
Начиная с 1963 года, когда было закончено строительство обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико (Arecibo Observatory in Puerto Rico), радиотелескоп этой обсерватории, диаметром 305 метров и площадью 73000 квадратных метров, был самым большим радиотелескопом в мире. Но вскоре Аресибо может потерять этот статус из-за того, что в провинции Гуйчжоу, расположенной в южной части Китая, начато строительство нового радиотелескопа Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST). По завершению строительства этого телескопа, которое согласно планам должно завершиться в 2016 году, телескоп FAST будет в состоянии «видеть» космос на глубину в три раза больше и производить обработку данных в десять раз быстрее, чем это позволяет оборудование телескопа Аресибо.
Изначально строительство телескопа FAST было намечено для участия в международной программе Square Kilometer Array (SKA), в рамках которой будут объединены сигналы с тысяч антенн радиотелескопов меньших размеров, разнесенных на расстояние 3000 км. Как известно на данный момент, телескоп SKA будет возводиться в южном полушарии, но вот где именно, в Южной Африке или Австралии, будет решено позже.
Несмотря на то, что предложенный проект телескопа FAST не стал частью проекта SKA, китайское правительство дало проекту зеленый свет и выделило финансирование в размере 107,9 миллионов долларов для начала строительства нового телескопа. Строительство было начато в марте месяце, в провинции Гуйчжоу, в южной части Китая.
В отличие от телескопа Аресибо, который имеет неподвижную параболическую систему, фокусирующую радиоволны, кабельная сеть телескопа FAST и система конструкции параболического отражателя позволят телескопу менять форму поверхности отражателя в режиме реального времени с помощью системы активного контроля. Это станет возможным благодаря наличию 4400 треугольных алюминиевых листов, из которых формируется параболическая форма отражателя и которую можно навести на любую точку ночного неба.
Использование специальной современной приемной аппаратуры придаст телескопу FAST беспрецедентно высокую чувствительность и высокие скорости обработки поступающих данных. С помощью антенны телескопа FAST можно будет принять настолько слабые сигналы, что станет возможным «рассматривание» с его помощью нейтральных облаков водорода в Млечном пути и других галактиках. А основными задачами, над которыми будет работать радиотелескоп FAST, будут обнаружение новых пульсаров, поиск новых ярких звезд и поиск внеземных форм жизни.
источники
grandstroy.blogspot.com
relaxic.net
planetseed.com
dailytechinfo.org
Великий SKAO: зачем строится самый большой в мире телескоп
Международный консорциум астрономов дал старт строительству самого большого астрономического инструмента в истории. Гигантская установка, расположенная на двух континентах, позволит проникнуть в самые глубокие тайны Вселенной
1 июля 2021 года началось сооружение самого грандиозного телескопа в истории науки. Он будет состоять из более чем 100 000 антенн общей площадью больше квадратного километра, расположенных на двух континентах. Проект называется SKAO, или «Обсерватория массива [площадью в] квадратный километр» (Square Kilometre Array Observatory). Какие же секреты космоса поможет раскрыть этот циклопический инструмент?
Вселенная как радиостанция
Не секрет, что звезды и галактики светятся, и астрономы улавливают их свет с помощью телескопов. Но небесные тела испускают и многие другие излучения: радио- и инфракрасные волны, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи. Например, холодный межзвездный газ вообще не излучает света, а нейтронные звезды дают его ничтожно мало. Зато, то и другое — прекрасные радиостанции. Горячий межгалактический газ тоже не светится, зато испускает рентгеновские лучи, а астероиды лучше всего видны в инфракрасном диапазоне. То есть невидимые для наших глаз излучения дают нам шанс изучить целый зоопарк объектов, которых мы вообще не заметили бы в обычный телескоп. И даже если небесное тело ярко светится, лучше проанализировать все испускаемые им излучения, чтобы собрать больше информации. Наконец, радиоволны, инфракрасные или рентгеновские лучи прекрасно проходят через облака межзвездной пыли, закрывающие от нас многие области космоса.
Словом, астрономам давно уже мало старых добрых оптических телескопов. Именно поэтому существуют радио-, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-инструменты.
Божьи мельницы: как было открыто вращение самых больших структур во Вселенной
Радиоволны выгодно отличаются от своих собратьев по электромагнитному спектру тем, что проходят через атмосферу. Благодаря этому радиотелескопы не обязательно выводить в космос (что очень дорого), их можно строить и на Земле. Более того, для такого инструмента не помеха ни облака, ни дневной свет: он может вести наблюдения круглосуточно и в любую погоду.
Радиоастрономия как область науки возникла примерно в конце 1940-х годов. За прошедшие десятилетия она подарила нам немало открытий, от нейтронных звезд до сверхмассивных черных дыр.
Чувство и разрешение
Самая важная характеристика радиотелескопа — чувствительность. Это способность фиксировать тусклые, слабые объекты. Их всегда гораздо больше, чем мощных и ярких, просто потому, что далеких объектов куда больше, чем близких. Чем выше чувствительность, тем больше космических объектов удается разглядеть. Именно поэтому полвека назад астрономы насчитывали на небе сотни радиоисточников, а современные обзоры включают миллионы объектов.
Другой важный параметр — разрешающая способность, то есть способность различать тонкие детали изображения. В низком разрешении мы видим мир словно близорукий человек без очков: как набор расплывчатых пятен. Понятно, что чем больше разрешение телескопа, тем больше информации можно получить с его помощью.
На космических задворках: есть ли жизнь на краю Галактики
И чувствительность, и разрешающая способность зависят прежде всего от размера антенны: чем больше, тем лучше. История радиоастрономии — это история строительства все более крупных телескопов. Но рано или поздно громадная антенна начинает деформироваться под собственной тяжестью, возникает и множество других проблем. Самый большой действующий радиотелескоп на сегодняшний день — китайский FAST. Это «тарелка» диаметром 500 метров, расположенная в естественной карстовой впадине. Сооружение такого исполина было настоящим инженерным подвигом, и пока никто не взялся его превзойти.
Сила в единстве
Однако астрономы давно нашли выход из тупика гигантомании. Радиотелескопу не обязательно иметь одну громадную антенну: ее можно заменить множеством маленьких. Целая армия небольших антенн суммарной площадью в один квадратный километр по чувствительности эквивалентна единой антенне той же площади, то есть радиусом около 560 метров. Только построить множество мелких антенн куда проще, чем одну гигантскую.
С разрешающей способностью можно проделать еще более впечатляющий трюк. Возьмем то же множество небольших антенн, по общей площади равных одной 560-метровой. Разбросаем эти элементы хаотично в радиусе, скажем, 100 километров. По разрешению такая система будет представлять собой нечто среднее между уже упомянутой 560-метровой антенной и фантастической антенной радиусом 100 километров! Этот фокус на сухом научном языке называется интерферометрией. Чувствительность от этого, правда, не увеличится, зато разрешение может стать просто грандиозным.
Именно по этому принципу будет устроена SKAO — самая большая в мире сеть радиоастрономических антенн общей площадью более одного квадратного километра. Система будет иметь два крыла: SKA-Mid в ЮАР и SKA-Low в Австралии. Африканская часть будет работать в среднем (mid) диапазоне радиочастот: от 350 МГц до 15,3 ГГц. Она будет состоять из 197 относительно небольших (диаметром менее 15 метров) «тарелок», максимальное расстояние между которыми составит 150 километров. К слову, 64 антенны уже готовы и функционируют в составе телескопа MeerKAT. Австралийское крыло будет принимать радиоволны низких (low) частот: 50–350 МГц. Антенны здесь будут устроены иначе: не «тарелки», а скорее «елочки», и будет их ни много ни мало 131 000, сгруппированных в 512 антенных полей. Максимальное расстояние между антеннами (от которого, напомним, зависит разрешение) составит 65 километров.
Триумф или ошибка: как поиски воды на Марсе привели к неожиданному открытию
Объем информации, собранный такой масштабной сетью антенн, тоже будет громадным. Каждая из двух частей телескопа (африканская и австралийская) будет генерировать 8 терабит (именно бит, не байт) в секунду. Пытаться сохранить такой объем данных — абсолютно безнадежная задача, поэтому сигнал будет обрабатываться в реальном времени двумя компьютерами со скоростью около 135 петафлопс. Появись такие машины сегодня, они заняли бы места в тройке лучших суперкомпьютеров мира. Программы будут отсеивать шумы и помехи и «концентрировать» полезный сигнал. Но даже после такой процедуры SKAO будет производить 710 петабайт информации в год. Чтобы сохранить эти данные, потребовалось бы 1,5 млн типичных ноутбуков.
Кстати, о цифрах. Бюджет проекта на 2021–2030 годов составляет €2 млрд. Эта сумма включает расходы как на строительство, которое планируется завершить в 2029 году, так и на эксплуатацию. Дело в том, что сеть будут вводить в строй по частям, и первые научные данные SKAO получит уже в 2024 году. Всего же обсерватория должна проработать не менее 50 лет.
Грандиозный проект имеет семь стран-учредителей. Это Австралия, Великобритания, Китай, Италия, Нидерланды, Португалия и ЮАР. Еще девять государств (Германия, Индия, Испания, Канада, Франция, Швейцария, Швеция, Южная Корея и Япония) имеют статус наблюдателей в Совете SKAO. В разработке телескопа-рекордсмена участвовали 500 инженеров, представляющих 20 стран мира. Эта работа заняла более семи лет. Число соавторов научной программы проекта еще более впечатляет: более 1000 ученых из 40 стран.
Вопросы к мирозданию
Для чего же предприняты все эти колоссальные усилия? Прежде всего, беспрецедентная чувствительность нового телескопа поможет ему принимать излучение межзвездного водорода даже из самых далеких галактик. Это поможет составить карту расположения целого миллиарда «звездных островов» и сравнить эти данные с предсказаниями космологических теорий. Возможно, при этом будет раскрыта тайна темной энергии — загадочной субстанции, ускоряющей расширение Вселенной. Также данные SKAO позволят измерить количество темной материи в космосе и проверить теорию гравитации Эйнштейна (общую теорию относительности).
Кроме того, глядя вглубь космоса, мы смотрим в прошлое. Ведь радиоволнам требуется время, чтобы достичь Земли. Далекую галактику мы видим не такой, какова она сейчас, а такой, какой она была в момент испускания этого сигнала. Новый сверхчувствительный инструмент поможет астрономам заглянуть во времена образования первых галактик и звезд, а может быть, и дальше. Специалисты хотят узнать, когда именно зажглись первые звезды, откуда взялись загадочные облака водорода между галактиками, и получить ответы на многие другие вопросы.
Битва титанов: как черная дыра столкнулась с нейтронной звездой
Также SKAO поможет создать беспрецедентную карту магнитных полей, пронизывающих всю Вселенную. Астрофизики давно пытаются разобраться, как и когда возник этот вездесущий магнетизм, как он влияет на жизнь звезд и галактик. Пока специалистам не хватает данных об этом. Но уж чего-чего, а данных у SKAO будет предостаточно.
«Мишенями» для новой обсерватории станут и такие излюбленные радиоастрономами объекты, как нейтронные звезды и квазары. Займется она и быстрыми радиовсплесками – загадочными вспышками радиоизлучения, открытыми, кстати, совсем недавно: в 2007 году. Не исключено, что в огромном массиве собранной SKAO информации тоже обнаружится что-то совершенно неожиданное.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора
Лунные деревья, дети астронавтов и редис на SpaceX: 10 фотографий о том, как люди побывали в космосе
10 фото
Самый большой телескоп в китае
FAST (кит. 五百米口径球面射电望远镜 , англ. Five hundred meter Aperture Spherical Telescope — «Сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой»), известный также как Тьяньян (кит. 天眼 , «Небесное око») — радиотелескоп на юге Китая в провинции Гуйчжоу [2] [3] . На строительство радиотелескопа было затрачено более 185 миллионов долларов [4] .
После окончания строительства в 2016 году и сдачи в эксплуатацию FAST стал самым большим в мире радиотелескопом с заполненной апертурой, его диаметр — 500 метров . Существует радиотелескоп с незаполненной апертурой большего диаметра — российский 576-метровый радиотелескоп РАТАН-600 [5] .
Радиотелескоп позволит учёным изучать формирование и эволюцию галактик, тёмную материю, исследовать объекты эпохи реионизации и решать другие научные задачи [6] .
Содержание
История создания [ править | править код ]
- Июль 1994 года — начало разработки концепта радиотелескопа.
- Октябрь 2008 года — начало проектирования радиотелескопа.
- В 2011 году начато строительство телескопа [2] .
- С марта 2011 года учёные, инженеры и строители временно поселились в одном из отдалённых горных ущелий уезда Пинтан Цяньнань-Буи-Мяоского автономного округа провинции Гуйчжоу, (Юго-Западный Китай) [7] .
- Июль 2015 года — начат монтаж отражающих элементов [8] . По конструкции он схож с Аресибо и также располагается в естественном углублении [5] .
- 3 июля 2016 года специалисты установили последний из 4450 треугольных отражателей, из которых состоит радиотелескоп. Это ознаменовало завершение основного сооружения гигантского астрономического прибора [9][6] .
- Непосредственные наблюдения при помощи телескопа должны начаться в конце сентября 2016 года [10] , после настройки сетей и вспомогательного оборудования. На расстоянии 10 км от телескопа вводится запрет строительства и режим радиомолчания [11] , переселены около 8—9 тысяч человек, проживавших на расстоянии менее 5 км от телескопа [12] .
- 25 сентября 2016 года — начало работы радиотелескопа FAST [13] . Как ожидается, китайские астрономы получат приоритет для работы на FAST в первые два-три года его существования, затем объект будет открыт для учёных по всему миру [14] .
Характеристики [ править | править код ]
Телескоп FAST использует фиксированный основной рефлектор, размещённый в естественном карстовом углублении, который отражает радиоволны на приёмник, подвешенный на высоте 140 метров над ним. Рефлектор изготовлен из перфорированных алюминиевых панелей, поддерживаемых сеткой из стальных тросов, свисающих с обода.
Поверхность рефлектора FAST образована из 4450 [15] треугольных панелей, каждая размером 11 метров [16] , размещённых в форме геодезического купола. Актуаторы, размещённые под ними, позволяют сформировать активную оптическую поверхность [17] .
Над рефлектором на тросах установлена легкая кабина, перемещаемая кабельными роботами, расположенными на шести опорных мачтах [18] :13 . Приёмные антенны установлены под ней на платформе Гью — Стюарта, которая позволяет более точно их позиционировать и компенсировать различные возмущающие воздействия, например от ветра [18] :13 . Точность позиционирования антенн запланирована на уровне 8 угловых секунд [19] :24 [20] :179 .
FAST может фокусироваться на направлениях, составляющих угол до ±40° от зенита [18] :4 . Из-за виньетирования эффективная апертура сохраняется лишь при углах не более ±30° [19] :13 .
Несмотря на общий диаметр отражателя в 500 метров , эффективный диаметр отражателя, используемый в каждый момент времени при наблюдениях, составляет лишь 300 метров . В этом диаметре при помощи актуаторов поддерживается параболическая форма [18] :3 . Несмотря на отсутствие единого 500-метрового отражателя и его асферичность, проект сохранил оригинальное название «Радиотелескоп с пятисотметровой сферической апертурой».
Частоты работы — от 70 МГц до 3 ГГц [21] , обеспечиваемые 9 приёмниками [19] :30 . Полоса 1,23 — 1,53 ГГц вблизи линии нейтрального водорода ( 21 см ) обеспечивается 19-лучевым приёмником, созданным CSIRO в рамках коллаборации ACAMAR между Австралийской и Китайской академиями наук [22] .
Сравнение с Аресибо [ править | править код ]
Телескоп FAST по своей конструкции похож на радио-обсерваторию Аресибо, расположенную в Пуэрто-Рико. Оба телескопа расположены в естественных углублениях, составлены из перфорированных алюминиевых панелей и используют движущийся над ними комплект приёмного оборудования. Кроме размера (отражатель Аресибо имеет диаметр 1000 футов — 305 м ) между ними есть ряд различий [17] [23] [24] .
Отражатель Аресибо имеет фиксированную сферическую форму. Несмотря на то, что панели также подвешены на стальных кабелях, их натяжение изменяется вручную для точной настройки формы [17] . Форма отражателя зафиксирована, и над ним подвешено два дополнительных рефлектора для коррекции сферических аберраций [25] .
Приёмная платформа Аресибо находится в фиксированном положении над отражателем. Для удержания тяжёлых дополнительных отражателей основная система кабельных подвесов выполнена статической. Имеется лишь небольшой участок, позволяющий компенсировать температурное расширение [17] :3 . Антенны закреплены на вращающейся площадке под приёмной платформой [17] :4 . Уменьшенный диапазон передвижения приёмников позволяет наблюдать за объектами, располагающимися не далее 19,7° от зенита [26] .
Отражатель FAST значительно более глубокий, чем у Аресибо, что также способствует большему полю обзора. При диаметре на 64% больше у отражателя FAST 300-метровый радиус кривизны [18] :3 , тогда как у Аресибо — 870 футов (265 метров) [26] , и в FAST формируется дуга в 113°—120° градусов [18] :4 , по сравнению с 70° для Аресибо. Хотя Аресибо способен использовать полную 305-метровую апертуру при наблюдении объектов в зените, чаще используются наблюдения под наклоном с эффективной апертурой в 725 футов (221 метр) [17] :4 .
Платформа с оборудованием на телескопе Аресибо больше и на ней установлено несколько передатчиков, что делает его одним из двух крупных радиотелескопов, которые можно использовать в радиолокационной астрономии. Система NASA «Planetary Radar System» позволяет Аресибо изучать ионосферу, внутренние планеты и выполнять точные измерения орбит околоземных астероидов. Платформа на телескопе FAST значительно меньше и не содержит передающего оборудования.
Обсерватория Аресибо находится ближе к экватору, благодаря чему при вращении Земли большая часть неба попадает в поле обзора. Аресибо расположен на широте 18,35° N, а FAST — примерно на 7,5° севернее, на 25,80° N.
«Площадью с 30 футбольных полей».
В китайской провинции Гуйчжоу на этой неделе завершено строительство самого большого в мире радиотелескопа с заполненной апертурой, получившего название FAST (Five hundred meter Aperture Spherical Telescope), площадь чаши которого превышает 30 футбольных полей.
Радиотелескоп FAST (Five hundred meter Aperture Spherical Telescope)
FAST получил звание крупнейшего наземного радиотелескопа в мире.
Огромный диск был собран из отдельных 4450 треугольных панелей (отражателей). Отмечается, что диаметр рефлектора FAST составляет 500 метров, что на 200 метров больше, чем у его ближайшего конкурента – известнейшей 300-метровой Обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико.
Один из ученых, задействованный в проекте FAST, однажды сказал, что на его параболической антенне может поместиться столько бутылок с вином, что каждому из 7 млрд жителей Земли хватит по пять бутылок.
С помощью такого аппарата будет возможно вести наблюдение за объектами на расстоянии до 11 млрд световых лет. Новый радиотелескоп позволит наблюдать и открывать различные астрономические объекты и явления, происходящие слишком далеки от Земли и чьи радиосигналы слишком слабы, чтобы их могли захватить небольшие телескопы. Также в задачи радиотелескопа FAST будет входить охота на инопланетян.
«Размер этого телескопа является ключом к его научному назначению. Чем больше телескоп, тем больше радиоволн он сможет улавливать и тем больше неярких объектов затем можно будет увидеть», — говорит Тим О’Брайен (Tim O’Brien) из Манчестерского университета, заместитель директора британской обсерватории Джодрелл Бэнк.
Строительство радиотелескопа FAST началось в юго-западной провинции Гуйчжоу еще в 2011 году, а стоимость проекта составила около 180,000,000 долларов. Для создания телескопа потребовалось переселить более 9 тыс. человек, проживавших в горных уездах Пинтан и Лодянь в радиусе 5 км от стройплощадки. И каждому из них правительство выплатило компенсацию в размере $1800.
Телескоп расположен в естественном кратере, который идеально подходит для размещения огромной вогнутой чаши. Телескоп был разработан таким образом, чтобы отдельные панели могли перестраиваться, отслеживая радиоволны от конкретных объектов. Это придает устройству гораздо больший диапазон и чувствительность по сравнению с другими телескопами.
По словам О’Брайена, FAST позволит провести более тщательные исследования пульсаров – астрономических объектов, испускающих мощные, строго периодические импульсы электромагнитного излучения в основном в радиодиапазоне.
«Мы сможем найти больше пульсаров за пределами нашей Галактики. Телескоп также позволит нам изучать водород в очень далеких галактиках, искать естественные радиоволны, испускаемые экзопланетами, вращающимися вокруг других звезд, а также поможет в поиске радиосигналов внеземных цивилизаций», — отмечает О’Брайен.
Заместитель главы Государственной астрономической обсерватории при Академии наук Китая Чжэн Сяонянь (Zheng Xiaonian) говорит, что наблюдения начнутся в сентябре 2016 года после того, как телескоп будет тщательно протестирован специалистами. FAST, по его словам, будет «глобальным лидером» на протяжении от десяти до 20 лет, и поможет человечеству лучше понять появление вселенной.
Самый большой в мире радиотелескоп «FAST»
Радиотелескоп — это астрономический инструмент, который способен принимать собственное радиоизлучения небесных объектов и исследовать их характеристики.
Он состоит из антенного устройства и чувствительного приемного устройства (радиометра), которое усиливает принятое радиоизлучение и преобразует его в удобную для регистрации и обработки форму.
Подписывайтесь на Квибл в Viber и Telegram, чтобы быть в курсе самых интересных событий.
Времена, когда освоением космоса занимались всего два государства на Земле давно закончились. Сегодня в космическую гонку вступили такие страны как Израиль и Индия. А Китай, который иногда называют третьей в мире космической сверхдержавой после США и России, добился изумительных результатов. Так, после трех лет сложного строительства КНР приглашает астрономов со всего мира проводить исследования с помощью нового радиотелескопа диаметром 500 метров под названием «Сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой» (FAST). Теперь китайская астрономическая обсерватория является крупнейшей в мире.
Так выглядит самый большой радиотелескоп в мире
Космическая программа Китая
Возможно, вы этого не знали, но космическая программа Китая была заложена еще в 1956 году, а первый китайский спутник отправился бороздить космические просторы уже в 1970-х. Сегодня КНР запускает в космос межпланетные станции (АМС) к спутнику нашей планеты, располагает самыми разными ракетами-носителями, а также практически всеми видами прикладных спутников. За 40 лет в рамках космической программы КНР в космос было запущено более ста спутников. Также Китай разрабатывает АМС для полета на Марс.
Недавно журнал Nature написал о том, что после трех лет изнурительной работы, Китай запускает в работу крупнейший в мире радиотелескоп с одной тарелкой. И этому нельзя не радоваться. В конце-концов, наука и научные исследования — это то, что объединяет людей всего мира, стирая границы между странами. А когда речь заходит о новых возможностях для изучения нашего космического дома, полного тайн и удивительных открытий, скрыть радость просто невозможно.
Давайте обсудим с участниками нашего Telegram-чата, сможет ли новый радиотелескоп обнаружить следы разумных цивилизаций?
Согласно Nature, FAST будет сканировать вдвое большую площадь, чем радиотелескоп обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико. Китайский радиотелескоп способен обнаружить даже самые слабые радиоволны, исходящие от небесных объектов, таких как пульсары и целые галактики. Также специалисты не исключают, что он может быть использован для обнаружения далеких миров, на которых может существовать жизнь.
Космическая программа Китая развивается с огромной скоростью
Самый большой радиотелескоп на Земле
Крупнейшая в мире астрономическая обсерватория располагается в отдалении на юго-западе Китая, что значительно осложнило ее строительство. Строительство началось в 2011 году. За пять лет инженеры смогли построить 500-метровую тарелку, состоящую из 4400 алюминиевых панелей. Стоимость строительства самого крупного радиотелескопа на нашей планете составила 180 млн долларов.
На фото телескоп обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико
Отметим, что до открытия этой астрономической обсерватории, крупнейшим в мире являлся радиотелескоп, расположенный в астрономической обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, который был построен в 1963 году. Диаметр радиотелескопа Аресибо составляет 304,8 метров. Благодаря его работе, было совершено огромное количество важных астрономических открытий. В 2017 году ураган “Мария” сломал 29-метровую антенну радиотелескопа. Ее обломки сильно повредили основное и вспомогательное зеркала телескопа, но обсерватория вскоре возобновила свою работу.
Китайский радиотелескоп может значительно ускорить открытие самых разных космических явлений. Например, только во время испытаний FAST обнаружил более 100 пульсаров. По данным NASA до 2017 года ученым было известно всего 2000 пульсаров. Страшно представить, сколько еще пульсаров в ближайшем будущем обнаружит этот радиотелескоп. Также на его счету обнаружение сотни быстрых радиовсплесков, исходящих от неизвестного источника. FAST способен уловить даже слабый сигнал, которые не замечают другие радиотелескопы.
Так выглядела астрономическая обсерватория на момент строительства
Подробнее о радиовсплесках читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен.
Также ученые отмечают, что самый большой радиотелескоп в мире будет способен обнаружить отдаленные экзопланеты только по их радиоизлучению. Надеемся, это произойдет в самое ближайшее время. При этом, не стоит забывать о том, что работа с FAST не лишена проблем — так, основная проблема заключается в хранении невероятно большого количества данных, которые в ближайшие несколько лет соберет этот радиотелескоп.
Самый большой радиотелескоп в мире.
Помните 10 лет назад был фильм про Джеймса Бонда — «Золотой глаз». Там как раз действия разворачивались на этом телескопе.
Многие наверное подумали что это декорации к фильму. А телескоп к тому моменту уже работал 50 лет
Обсерватория Аресибо находится на высоте 497 метров над уровнем моря. Несмотря на то, что расположена она в Пуэрто Рико, используется и финансируется она всевозможными университетами и агентствами США. Основным предназначением обсерватории является исследование в области радиоастрономии, а также наблюдение за космическими телами. Для этих целей и был построен самый большой в мире радиотелескоп. Диаметр тарелки составляет 304,8 метров.
Глубина тарелки (зеркало рефлектора по научному) сотавляет — 50,9 метров, общая площадь — 73000 м2. Изготовлена она из 38778 перфорированных (дырчатых) алюминиевых пластин, уложенных на сетку из стальных тросов.
Над тарелкой подвешена массивная конструкция, передвижной облучатель и его направляющие. Держится она на 18 тросах, натянутых от трёх башен поддержки.
Если Вы купите входной билет на экскурсию, стоимостью 5$, то получите возможность подняться на облучатель по специальной галерее или в клетке подъёмника.
Строительство радиотелескопа было начато в 1960 году, а уже 1 ноября 1963 года состоялось открытие обсерватории.
За время своего существования, радиотелескоп Аресибо отличился тем, что были открыты несколько новых космических объектов (пульсары, первые планеты за пределами нашей Солнечной системы), лучше исследованы поверхности планет нашей Солнечной системы, а также, в 1974 году было отправлено послание Аресибо, в надежде, что какая-нибудь внеземная цивилизация откликнется на него. Ждёмс.
При проведении этих исследований включается мощный радар и измеряется ответная реакция ионосферы. Антенна такого большого размера является необходимой, потому что на тарелку для измерения попадает лишь малая часть рассеянной энергии. Сегодня только треть времени работы телескопа отведено для изучения ионосферы, треть — для исследования галактик, а оставшаяся треть отдана астрономии пульсаров.
Аресибо, без сомнения, превосходный выбор для поиска новых пульсаров, поскольку огромные размеры телескопа делают поиски более продуктивными, позволяя астрономам находить доселе неизвестные пульсары, которые оказались слишком малы, чтобы быть замеченными при помощи телескопов меньших размеров. Тем не менее, такие размеры имеют и свои недостатки. Например, антенна должна оставаться закрепленной на земле из-за невозможности управлять ей. Вследствие чего телескоп в состоянии охватить только сектор неба, который находится непосредственно над ним на пути вращения земли. Это позволяет Аресибо наблюдать за сравнительно небольшой частью неба, по сравнению с большинством других телескопов, которые могут охватывать от 75 до 90% неба.
Второй, третий и четвертый по величине телескопы, которые используются (или будут использоваться) для исследования пульсаров — это соответственно телескоп Национальной радиоастрономической обсерватории (НРАО) в Западной Вирджинии, телескоп института Макса Планка в Эффельсберге и телескоп Грин-Бэнк НРАО тоже в Западной Вирджинии. Все они имеют диаметр не менее 100 м и полностью управляемы. Несколько лет назад 100-метровая антенна НРАО упала на землю, и сейчас ведутся работы по установке более качественного 105-метрового телескопа.
Это лучшие телескопы для изучения пульсаров, не попадающих в радиус действия Аресибо. Заметьте, что Аресибо втрое больше 100-метровых телескопов, а это значит, что он охватывает площадь в 9 раз большую и достигает результатов научных наблюдений в 81 раз быстрее.
Тем не менее, существует множество телескопов диаметром меньше 100 метров, которые также успешно используются для изучения пульсаров. Среди них Parkes в Австралии и 42-метровый телескоп НРАО.
Большой телескоп может быть заменен совмещением нескольких телескопов меньших размеров. Эти телескопы, точнее, сети телескопов, могут охватывать площадь, равную той, которая охватывается стометровыми антеннами. Одна из таких сетей, созданная для апертурного синтеза, называется Very Large Array. Она насчитывает 27 антенн, каждая 25 метров в диаметре.
Начиная с 1963 года, когда было закончено строительство обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико (Arecibo Observatory in Puerto Rico), радиотелескоп этой обсерватории, диаметром 305 метров и площадью 73000 квадратных метров, был самым большим радиотелескопом в мире. Но вскоре Аресибо может потерять этот статус из-за того, что в провинции Гуйчжоу, расположенной в южной части Китая, начато строительство нового радиотелескопа Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope (FAST). По завершению строительства этого телескопа, которое согласно планам должно завершиться в 2016 году, телескоп FAST будет в состоянии «видеть» космос на глубину в три раза больше и производить обработку данных в десять раз быстрее, чем это позволяет оборудование телескопа Аресибо.
Изначально строительство телескопа FAST было намечено для участия в международной программе Square Kilometer Array (SKA), в рамках которой будут объединены сигналы с тысяч антенн радиотелескопов меньших размеров, разнесенных на расстояние 3000 км. Как известно на данный момент, телескоп SKA будет возводиться в южном полушарии, но вот где именно, в Южной Африке или Австралии, будет решено позже.
Несмотря на то, что предложенный проект телескопа FAST не стал частью проекта SKA, китайское правительство дало проекту зеленый свет и выделило финансирование в размере 107,9 миллионов долларов для начала строительства нового телескопа. Строительство было начато в марте месяце, в провинции Гуйчжоу, в южной части Китая.
В отличие от телескопа Аресибо, который имеет неподвижную параболическую систему, фокусирующую радиоволны, кабельная сеть телескопа FAST и система конструкции параболического отражателя позволят телескопу менять форму поверхности отражателя в режиме реального времени с помощью системы активного контроля. Это станет возможным благодаря наличию 4400 треугольных алюминиевых листов, из которых формируется параболическая форма отражателя и которую можно навести на любую точку ночного неба.
Использование специальной современной приемной аппаратуры придаст телескопу FAST беспрецедентно высокую чувствительность и высокие скорости обработки поступающих данных. С помощью антенны телескопа FAST можно будет принять настолько слабые сигналы, что станет возможным «рассматривание» с его помощью нейтральных облаков водорода в Млечном пути и других галактиках. А основными задачами, над которыми будет работать радиотелескоп FAST, будут обнаружение новых пульсаров, поиск новых ярких звезд и поиск внеземных форм жизни.
источники
grandstroy.blogspot.com
relaxic.net
planetseed.com
dailytechinfo.org
Крупнейший в мире радиотелескоп будет построен после почти 30 лет планирования
Радиотелескоп Square Kilometer Array будет расположен на площадках в Австралии и Южной Африке.
(Изображение предоставлено СКАО)
Строительство обсерватории Square Kilometre Array (SKA), которая должна стать крупнейшим из когда-либо построенных радиотелескопов, наконец начнется после почти 30 лет подготовки.
Работы на двух площадках в Австралии и Южной Африке, где будут построены две отдельные части сети радиотелескопов, должны начаться 1 июля, заявили представители Организации SKA (SKAO) на ежегодном собрании Европейского Астрономическое общество (EAS) во вторник (29 июня).
Телескоп, который будет прослушивать радиосигналы в широком диапазоне частот от 70 МГц до минимум 25 ГГц, будет иметь общую площадь сбора в один квадратный километр. Вместо того, чтобы полагаться на одну очень большую тарелку, она будет состоять из точно спроектированной сети тарелок и антенн, распределенных по двум ее площадкам. Массив SKA-Mid, который будет расположен в пустыне Кару в Южной Африке, будет использовать 197 тарелок диаметром 50 футов (15 метров) каждая для прослушивания диапазонов средних частот. Массив SKA-Low, прослушивающий диапазоны нижних частот, будет состоять из 131 072 антенн, расположенных в Западной Австралии к северу от Перта.
Связанный: Очень большой массив: 40 лет новаторской радиоастрономии
Строительство было официально одобрено на прошлой неделе Советом СКАО.
«Я в восторге. Этот момент готовился 30 лет», — сказал Генеральный директор SKAO Филип Даймонд в заявлении . «Сегодня человечество совершает еще один гигантский скачок, взяв на себя обязательство построить крупнейшее научное учреждение такого рода на планете; не одну, а две самые большие и сложные сети радиотелескопов, предназначенные для раскрытия некоторых из самых захватывающих секретов. нашей Вселенной».
Массив сможет обнаруживать объекты, которые настолько удалены, что радиоволнам требуется 13 миллиардов лет, чтобы достичь Земли , что позволит заглянуть в самые ранние этапы эволюции Вселенной, Кьяра Феррари, курирующая вклад Франции в СКАО, говорится на пресс-конференции, состоявшейся в ходе ежегодного собрания EAS во вторник (29 июня).
«СКА изменит правила игры во многих областях, включая астрофизику, космологию и фундаментальную физику», — сказал Феррари. «У него будет уникальная возможность ответить на некоторые нерешенные вопросы об эволюции галактик и предложить нам уникальную возможность начать изучение исходного материала, лежащего в основе формирования и эволюции ярких источников от космической зари до наших дней».
SKAO, который, как ожидается, будет обеспечивать изображения более высокого качества, чем Космический телескоп Хаббла , согласно веб-сайту SKAO, был впервые предложен в 1993 году Международным союзом радионауки. Страны, поддерживающие проект, в феврале этого года учредили управляющую организацию телескопа , СКАО. 16 государств-членов SKAO совместно финансируют строительство телескопа на сумму 1,55 миллиарда долларов (1,3 миллиарда евро) и 0,83 миллиарда долларов (0,7 миллиарда евро), необходимых для первого десятилетия его работы.
Телескоп будет собирать около 13 терабит данных в секунду, что эквивалентно загрузке 300 фильмов высокой четкости каждую секунду, сообщила на пресс-конференции Филиппа Хартли, научный сотрудник SKAO.
«Данные будут уникально сложными по сравнению с радиоданными и радиоизображениями, которые у нас были в прошлом», — сказал Хартли. «Это потому, что наши телескопы способны заглянуть в космос дальше, чем предыдущие радиотелескопы. 0011 галактик перекрывают друг друга».
Согласно временной шкале, опубликованной вместе с объявлением, обсерватория начнет свои первые научные измерения в 2024 году после завершения первых двух дополнительных массивов.
В конце концов, SKAO надеется расширить телескоп включая несколько сотен антенн и сотни тысяч антенн.
Следуйте за Терезой Пултаровой в Твиттере @TerezaPultarova Следуйте за нами в Твиттере @Spacedotcom и на Facebook .
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Тереза — лондонский журналист, работающий в области науки и техники, начинающий писатель-фантаст и гимнастка-любитель. Родом из Праги, Чешская Республика, она провела первые семь лет своей карьеры, работая репортером, сценаристом и ведущей различных телепрограмм Чешского общественного телевидения. Позже она сделала перерыв в карьере, чтобы продолжить образование, и добавила степень магистра естественных наук Международного космического университета во Франции к степени бакалавра журналистики и магистра культурной антропологии Карлова университета в Праге. Она работала репортером в журнале Engineering and Technology, работала внештатным сотрудником в ряде изданий, включая Live Science, Space.com, Professional Engineering, Via Satellite and Space News, а также работала научным редактором в Европейском космическом агентстве.
В Китае телескоп предлагает космические данные на фоне земной напряженности
В холмах китайской провинции Гуйчжоу в естественной каменной чаше находится крупнейший в мире радиотелескоп с одной тарелкой. Этот инструмент под названием FAST — сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой — имеет, как следует из названия, 500 метров или около 1640 футов в поперечнике, размер, который помогает ученым обнаруживать более удаленные и более слабые объекты. А в конце марта FAST впервые начал принимать научные предложения от астрономов со всего мира.
Время не могло быть лучше. В августе 2020 года оборвался опорный трос на следующем по величине телескопе такого рода — части обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, единственном телескопе такого класса в Соединенных Штатах. Через несколько месяцев последовал еще один кабель. Затем, в декабре, с клубом пыли рухнула массивная инструментальная платформа, которая когда-то висела над телескопом, разрушив 305-метровую тарелку.
Это исчезновение заставило астрономов, таких как Джеймс Кордес из Корнелльского университета, запутаться. Кордес изучает странные объекты, называемые пульсарами, вращающиеся ядра, которые остаются, когда гигантские звезды взрываются в конце своей жизни. Остатки, если их правильно сориентировать, излучают радиоволны на Землю, как очень далекие маяки. После того, как Аресибо был снят со стола, Кордес и многие другие астрономы, которые использовали Аресибо для изучения эволюции звезд и открытия далеких галактик, остались на один вариант меньше и не имели столь важного варианта для выполнения своей работы.
То есть до тех пор, пока им не открылся FAST, впервые с момента завершения его строительства в 2016 году. После этого первоначального завершения ученые и инженеры потратили годы на его ввод в эксплуатацию и доведение до полноценной научной эксплуатации. Они сочли его готовым к предложениям от потенциальных пользователей в Китае в начале прошлого года. «Временные рамки были очень сжатыми, и в то время было чрезвычайно сложно подготовить все для открытия миру», — написал Кепинг Цю, профессор Школы астрономии и космических наук Нанкинского университета, в электронном письме Undark. Цю возглавляет комитет, который будет оценивать поступающие идеи, и добавил: «Группа FAST очень много работала в прошлом году, и теперь телескоп делает шаг вперед», открываясь миру.
Если идеи международных исследователей пройдут проверку, они получат примерно 10 процентов времени работы телескопа, а остальные 90 процентов достанутся китайским ученым. «Мы ожидаем, что FAST не только займет место Аресибо в поддержке астрономов, занимающихся наукой в соответствующих областях исследований, — сказал Цю, — но также совершит прорыв и откроет новые возможности для исследований в области радиоастрономии».
До того, как 305-метровая тарелка была повреждена и не подлежала ремонту, в обсерватории Аресибо располагался второй по величине радиотелескоп с одной тарелкой.
Visual: Christopher Brown / Flickr
Повреждение радиотелескопа Аресибо в августе 2020 года, когда оборвался стальной трос. Несколько месяцев спустя другая структурная поломка разрушила тарелку.
Визуальный: UCF / обсерватория Аресибо
Эта новая открытость отражает то, как работают многие крупные обсерватории по всему миру, в которых политика открытого неба позволяет любому из любой точки мира конкурировать за время наблюдений. Это также отражает более широкие усилия Китая по размещению объектов мирового класса, которым завидуют иностранные исследователи, — глобальная игра мускулов. Но научная напряженность и подозрения в настоящее время накаляются между США и Китаем: американские исследователи сталкиваются с растущим осуждением за получение нераскрытых денег из Китая, США опасаются, что их соперник захочет украсть интеллектуальную собственность, и существуют конкретные ограничения для некоторых ученых-космонавтов, которые нравится работать через эти конкретные границы. Например, действующий федеральный закон США строго ограничивает НАСА и его ученых в работе над проектами с Китаем и его учеными. Сотрудничество, как оказалось, редко обходится без осложнений.
Но американские и китайские астрономы надеются, что эта конкретная возможность, тем не менее, будет работать гладко для обеих сторон. «Обсерватории обычно считают, что приток приносит им пользу. Чем больше людей из разных мест придут и используют телескоп», — сказал Кордес. «Это как бы поднимает все лодки, этот прилив».
Кордес и его коллеги надеются когда-нибудь использовать FAST для работы над проектом под названием НАНОГрав (сокращение от Североамериканская наногерцовая обсерватория гравитационных волн). Группа наблюдает, приходят ли импульсы пульсаров, которые излучают как часы, с задержкой или раньше. В совокупности этот беспорядочный график указывает на то, что рябь в ткани вселенной, называемая гравитационными волнами, растягивает или сжимает эту ткань. Но чтобы выполнить работу, астрономы должны каждые пару недель наблюдать за сетью пульсаров, для чего они ранее использовали как Аресибо, так и следующий по величине инструмент Америки — телескоп Грин-Бэнк в Западной Вирджинии. Когда Аресибо рухнул, команде пришлось искать новый инструмент.
«Обсерватории обычно считают, что приток приносит им пользу. Чем больше людей из большего количества мест, которые приходят и используют телескоп. «Это как бы поднимает все лодки, этот прилив».
Маура Маклафлин, старший научный сотрудник НАНОграв и профессор физики и астрономии в Университете Западной Вирджинии, также планирует предложить телескопу FAST изучить «вращающиеся радиоимпульсы» или RRAT — пульсары, которые просто вспыхивают время от времени. Ее исследовательская группа обнаружила несколько трудно обнаруживаемых RRAT с помощью Arecibo. Маклафлин сказал, что из-за невозможности дальнейшего наблюдения с помощью этого инструмента FAST теперь является «действительно единственным возможным телескопом».
Цю ожидает увидеть предложения обо всем, от сложной химии между звездами до мощных всплесков радиоволн, происхождение которых остается загадкой. Лорен Андерсон, также профессор физики и астрономии в WVU, интересуется тем, что FAST может рассказать о том, как большие звезды влияют на пространство вокруг них и препятствуют образованию новых звезд, исследования, которые могут помочь ученым понять эволюцию нашей галактики. «Когда они начали FAST, Аресибо работал в отличном состоянии», — сказал он. «А теперь он мертв. Поэтому я думаю, что это делает FAST более привлекательным инструментом. Сейчас он единственный в мире».
FAST также станет ключом к изучению нейтрального газообразного водорода, фундаментального строительного блока Вселенной. Один инструмент FAST должен оказаться полезным для этого исследования. Приемник, разработанный и построенный австралийскими инженерами, позволяет FAST одновременно наблюдать за 19 отдельными точками на небе.
В проектах, подобных этому, китайские и австралийские радиоастрономы часто сотрудничают — отчасти потому, что у них уже есть отношения через другой проект телескопа под названием Square Kilometre Array, проект, из которого США вышли в 2011 году. включают сеть из тысяч тарелок и до миллиона антенн, разбросанных по Южной Африке и Австралии, которые вместе образуют гигантский телескоп.
Но научное сотрудничество с Китаем может оказаться сложным для ученых США. Недавние расследования в Национальных институтах здравоохранения, например, привели к увольнению или отставке десятков людей, которые не раскрыли информацию об иностранном финансировании или участии в программах иностранных талантов, и 93 процента расследований касались Китая.
Политика 2011 года особенно затрудняет сотрудничество для некоторых федеральных ученых. Закон, в просторечии называемый поправкой Вольфа, запрещает некоторым правительственным учреждениям США работать с Китаем без консультации с ФБР и уведомления Конгресса. Это условие было сделано по настоянию Фрэнка Вольфа, тогдашнего представителя Палаты представителей от Вирджинии. «Он, за неимением лучшего слова, боялся, что мы выдадим наши технологические секреты одному из наших крупнейших конкурентов», — сказала Макена Янг, научный сотрудник Центра стратегических и международных исследований. Законодательство может ограничить НАСА, Управление по научно-технической политике и Национальный космический совет в работе над двусторонними программами или сотрудничестве с Китаем.
Несмотря на то, что положение остается в документах, в последнее время сотрудничество стало более активным, чем в прошлом. В 2019 году, когда Китай отправил свой лунный космический корабль «Чанъэ-4» на обратную сторону Луны, один из лунных орбитальных аппаратов НАСА сфотографировал марсоход после его приземления. Когда дело доходит до космических программ, Янг сказал: «Это действительно лучшее представление о сотрудничестве за последнее почти десятилетие».
По мнению Янга, поправка наносит ущерб научным инновациям, ограничивая разнообразие точек зрения и побуждая Китай «еще больше конкурировать с тем, что мы делаем», сказала она.
Однако помимо этих федеральных ограничений и требований о раскрытии информации американские радиоастрономы могут работать и работают с Китаем. Ученые Green Bank, например, консультировали разработчиков FAST. У Маклафлин есть грант Национального научного фонда, который каждое лето отправляет ее студентов из Университета Западной Вирджинии в Китай. Она беспокоилась о включении этого обмена в свою заявку на грант, думая, что может столкнуться с ограничениями или дополнительной проверкой, но это было не так. «У нас вообще не было никаких проблем с этим», — сказала она.
По словам Маклафлина, участие Китая в International Pulsar Timing Array, глобальном начинании, объединяющем более мелкие проекты, такие как НАНОГрав, также не повлияло на способность НАНОГрав получить финансирование из США. Она благодарна, научно и лично. «Большинство китайских коллег, с которыми мы очень тесно сотрудничаем, мы очень хорошо знаем», — сказала она. «Очень много взаимного доверия».
Это доверие может быть ключом к исследованию, поскольку теперь для некоторых видов исследований необходимо подключение к китайским объектам. По ее словам, многие наблюдения, которые Маклафлин и ее команда хотели бы провести, невозможны без таких действительно массивных телескопов.
Тот факт, что в Китае находится самый большой в мире телескоп, не является разовой аномалией: за последние пару десятилетий страна наращивала свое глобальное научное присутствие. Например, в области астрономии страна недавно запустила два спутника, которые наблюдают за всем небом в поисках самых ярких явлений во Вселенной, называемых гамма-всплесками; Двум гамма-обсерваториям НАСА 17 и 13 лет. Китай также недавно построил лабораторию физики глубоко под землей, где земля наверху защищает ее и позволяет собирать первоначальные данные, и страна планирует построить управляемый радиотелескоп, который будет немного больше, чем Грин-Бэнк.
«Он, за неимением лучшего слова, боялся, что мы выдадим наши технологические секреты одному из наших крупнейших конкурентов».
Что касается сотрудничества, то Китай планирует поделиться с международным сообществом образцами своего лунного посадочного модуля «Чанъэ-5», совершившего посадку на Землю в декабре 2020 года (хотя политика США может предотвратить часть этого обмена).
Такая инфраструктура и сотрудничество помогают развитию самой науки. Но они также функционируют как политические инструменты. Научная доблесть — это не только стремление к чистому знанию: это также форма того, что политологи называют мягкой силой.
«Мягкая сила — это способность влиять на других, предлагая им то, что они хотят», — сказала Виктория Самсон, директор вашингтонского офиса в Secure World Foundation, аналитическом центре по космической устойчивости. Иногда это открывает возможности для сотрудничества в других, несвязанных областях, таких как торговля. Общая идея, продолжает Самсон, следует принципу: «Мёдом больше мух поймаешь, чем уксусом».
Кевин Поллитер, ученый-исследователь, специализирующийся на космической программе Китая в CNA, аналитическом центре, который работает с различными агентствами, от НАСА до Национального научного фонда и Министерства обороны, согласен с логикой Самсона. «Это не сбрасывание бомб на людей и не угрозы», — сказал он. «Это больше о том, как это показывает, что вы можете получить влияние, повысив свой престиж или статус». Например, США стремились быть первыми на Луне, чтобы продемонстрировать свою силу во время холодной войны. Китай теперь сделал огромный телескоп доступным после того, как его конкурент упал. «Это еще один пример того, что они могут предоставить то, что США не могут сделать в настоящее время», — сказал Самсон.
Цю сказал, что основная мотивация открытия телескопа связана с исследованиями, и что сроки были основаны на том, когда FAST, который прошел техническую проверку и научную проверку в начале 2020 года, был готов к работе в прайм-тайм. «Телескопы созданы для астрономии, для науки. А астрономы, занимающиеся наблюдательными исследованиями, хотят использовать телескопы по всему миру, пока телескопы удовлетворяют их научные потребности», — сказал он. «Но мы также будем очень рады видеть, что такая открытость играет положительную роль в налаживании культурного обмена и демонстрирует важность международного сотрудничества».
Сара Скоулз — независимый научный журналист из Денвера, автор статей в Wired и редактор Popular Science. Она также является автором книг «Вступая в контакт: Джилл Тартер и поиски внеземного разума» и «Они уже здесь: культура НЛО и почему мы видим тарелки».
радиотелескоп | Изображения, определения и факты
Телескоп Lovell
Просмотреть все материалы
- Ключевые люди:
- сэр Бернард Ловелл
сэр Мартин Райл
Гроте Ребер
- Похожие темы:
- радиоинтерферометр
Миллс крест
Околоземный радиотелескоп
обтекатель
телескоп с заполненной апертурой
Просмотреть весь соответствующий контент →
Резюме
Прочтите краткий обзор этой темы
радиотелескоп , астрономический прибор, состоящий из радиоприемника и антенной системы, который используется для обнаружения радиочастотного излучения в диапазоне длин волн от около 10 метров (30 мегагерц [МГц]) до 1 мм (300 гигагерц [ГГц]), испускаемого внеземными источников, таких как звезды, галактики и квазары. ( См. Радио- и радиолокационная астрономия.)
О внеземном радиоизлучении впервые сообщил в 1933 году Карл Янски, инженер телефонной лаборатории Белла, когда он искал причину коротковолновых помех. Янски установил направленную радиоантенну на поворотный стол, чтобы наводить ее на разные части неба и определять направление мешающих сигналов. Он не только обнаружил помехи от далеких гроз, но и обнаружил источник радио «шума» из центра Галактики Млечный Путь. Это первое обнаружение космических радиоволн привлекло большое внимание общественности, но лишь мимолетное внимание астрономического сообщества.
Гроте Ребер, радиоинженер и радиолюбитель, построил 9,5-метровый параболический рефлектор на своем заднем дворе в Уитоне, штат Иллинойс, США, чтобы продолжить исследование Янски космического радиошума. В 1944 году он опубликовал первую радиокарту неба. После окончания Второй мировой войны технология, разработанная для военных радаров, была применена в астрономических исследованиях. Радиотелескопы все большего размера и сложности были построены сначала в Австралии и Великобритании, а затем в Соединенных Штатах и других странах.
Радиотелескопы сильно различаются, но все они состоят из двух основных компонентов: (1) большой радиоантенны и (2) чувствительного радиометра или радиоприемника. Чувствительность радиотелескопа, т. е. возможность измерения слабых источников радиоизлучения, зависит как от площади и эффективности антенны, так и от чувствительности радиоприемника, используемого для усиления и обнаружения сигналов. Для широкополосного непрерывного излучения в диапазоне длин волн чувствительность также зависит от ширины полосы приемника. Поскольку космические радиоисточники чрезвычайно слабы, радиотелескопы обычно очень велики — до сотен метров в поперечнике — и используют самые чувствительные доступные радиоприемники. Кроме того, слабые космические сигналы легко маскируются земными радиопомехами, и предпринимаются большие усилия для защиты радиотелескопов от техногенных излучений.
Наиболее известным типом радиотелескопа является радиорефлектор, состоящий из параболической антенны, которая работает так же, как телевизионная спутниковая тарелка, фокусируя входящее излучение на небольшую антенну, называемую облучателем, термин, который произошел от используемых антенн. для радиолокационных передач ( см. рисунок ). Этот тип телескопа также известен как тарелка или телескоп с заполненной апертурой. В радиотелескопе облучатель обычно представляет собой рупорный волновод и передает входящий сигнал на чувствительный радиоприемник. Твердотельные усилители, которые охлаждаются до очень низких температур, чтобы значительно снизить их внутренние шумы, используются для получения наилучшей возможной чувствительности.
В некоторых радиотелескопах параболическая поверхность установлена экваториально, с одной осью, параллельной оси вращения Земли. Экваториальная монтировка привлекательна тем, что позволяет телескопу следить за положением в небе при вращении Земли, перемещая антенну вокруг одной оси, параллельной оси вращения Земли. Но экваториальные радиотелескопы строить сложно и дорого. В большинстве современных радиотелескопов цифровой компьютер используется для управления телескопом по осям азимута и возвышения, чтобы следить за движением радиоисточника по небу.
Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас
В радиотелескопе простейшей формы приемник размещается непосредственно в фокусе параболического рефлектора, а обнаруженный сигнал передается по кабелю вдоль опорной конструкции питания к точке вблизи земли, где его можно зарегистрировать. и проанализировано. Однако в системе этого типа затруднен доступ к приборам для обслуживания и ремонта, а ограничения по весу ограничивают размер и количество отдельных приемников, которые можно установить на телескопе. Чаще всего перед (фокус Кассегрена) или за (григорианский фокус) фокальной точкой параболоида помещают вторичный отражатель, чтобы сфокусировать излучение в точку вблизи вершины или центра основного отражателя. Несколько фидеров и приемников могут быть расположены в вершине, где больше места, где ограничения по весу менее строгие и где доступ для обслуживания и ремонта более прост. Системы вторичной фокусировки также имеют то преимущество, что и первичная, и вторичная отражающие поверхности могут быть тщательно сформированы, чтобы улучшить коэффициент усиления по сравнению с простой параболической антенной.
Раньше в радиотелескопах использовалась симметричная конструкция треноги или квадропода для удержания облучателя или вторичного рефлектора, но такое расположение блокирует часть входящего излучения, а отражение сигналов от опорных ножек обратно в приемник искажает отклик. В более новых конструкциях облучатель или вторичный отражатель размещены вне центральной оси и не блокируют входящий сигнал. Таким образом, внеосевые радиотелескопы более чувствительны и меньше подвержены влиянию помех, отраженных от опорной конструкции в канал.
Работа радиотелескопа ограничена различными факторами. Точность отражающей поверхности может отклоняться от идеальной формы из-за производственных дефектов. Ветровая нагрузка может воздействовать на телескоп. Термические деформации вызывают дифференциальное расширение и сжатие. Поскольку антенна направлена в разные части неба, возникают отклонения из-за изменения гравитационных сил. Отклонения от идеальной параболической поверхности становятся важными, когда они составляют несколько процентов или более от рабочей длины волны. Поскольку небольшие конструкции могут быть построены с большей точностью, чем более крупные, радиотелескопы, предназначенные для работы на миллиметровых волнах, обычно имеют диаметр всего несколько десятков метров, тогда как те, которые предназначены для работы на сантиметровых волнах, имеют диаметр до 300 метров (1000 футов). . Для работы на относительно длинных метровых волнах, когда отражающая поверхность не должна иметь точность выше нескольких сантиметров, становится практичным строить очень большие фиксированные конструкции, в которых отражающая поверхность может быть сделана из простого ограждения из проволочной сетки или даже из параллельных рядов. проводов.
Традиционно влияние силы тяжести сводилось к минимуму за счет максимально жесткой конструкции подвижной конструкции, чтобы уменьшить отклонения, возникающие под действием силы тяжести. Более эффективный метод, основанный на принципе гомологии, позволяет конструкции деформироваться под действием силы тяжести, а поперечное сечение и вес каждого элемента подвижной конструкции выбираются таким образом, чтобы гравитационные силы деформировали отражающую конструкцию в новый параболоид с немного другим фокусом. Затем необходимо только переместить облучатель или вторичный отражатель, чтобы сохранить оптимальные характеристики. Гомологичные конструкции стали возможны только после разработки компьютерного структурного моделирования, известного как метод конечных элементов.
Некоторые радиотелескопы, особенно те, которые предназначены для работы на очень коротких волнах, помещаются в защитные кожухи, называемые обтекателями, которые могут почти полностью устранить влияние как ветровой нагрузки, так и температурных перепадов по всей конструкции. Для таких конструкций были разработаны специальные материалы, демонстрирующие очень низкое поглощение и отражение радиоволн, но стоимость помещения большой антенны в подходящий терморегулируемый обтекатель может быть почти такой же, как стоимость самой подвижной антенны.
Стоимость изготовления антенны с очень большой апертурой может быть значительно снижена путем закрепления конструкции на земле и перемещения облучателя или вторичного отражателя для направления луча в небе. Однако для параболических отражающих поверхностей луч можно направлять таким образом только в ограниченном диапазоне углов без внесения аберраций и потери мощности сигнала.
Радиотелескопы используются для измерения широкополосного непрерывного излучения, а также узкополосных спектроскопических характеристик, обусловленных атомными и молекулярными линиями, обнаруженными в радиоспектре астрономических объектов. В первых радиотелескопах спектроскопические наблюдения проводились путем настройки приемника в достаточно широком диапазоне частот, чтобы охватить различные интересующие частоты. Поскольку спектрометр имел узкий частотный диапазон, эта процедура занимала чрезвычайно много времени и сильно ограничивала возможности наблюдений. Современные радиотелескопы ведут наблюдения одновременно на большом количестве частот, разделяя сигналы на несколько тысяч отдельных частотных каналов, которые могут охватывать гораздо большую общую полосу пропускания от десятков до сотен мегагерц.
Самый простой тип радиоспектрометра использует большое количество фильтров, каждый из которых настроен на отдельную частоту, за которым следует отдельный детектор, который объединяет сигнал от различных фильтров для создания многоканального или многочастотного приемника. В качестве альтернативы один широкополосный сигнал может быть преобразован в цифровую форму и проанализирован с помощью математического процесса автокорреляции и преобразования Фурье (, см. ниже ). Для обнаружения слабых сигналов выходные данные приемника часто усредняются за периоды до нескольких часов, чтобы уменьшить влияние шума, создаваемого тепловым излучением в приемнике.
Китайский гигантский телескоп FAST будет открыт для международных наблюдателей | Human World
Фотография от 11 января 2020 года, на которой виден сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой (FAST) в Китае. Изображение с сайта XinhuaNet.com/China.org.cn.
Радиоастрономия потерпела удар в конце 2020 года, когда легендарный телескоп Аресибо в Пуэрто-Рико, поврежденный недавними ураганами, вышел из строя. Национальный научный фонд только что объявил в ноябре 2020 года, что Аресибо будет демонтирован. Затем, 1 декабря, все надежды на спасение любимого телескопа рухнули, когда его 900-тонная приемная платформа упала на гигантскую отражающую тарелку внизу. В последние годы Аресибо — когда-то крупнейший в мире радиотелескоп, состоящий из одной тарелки, — уступил место более крупному телескопу на юго-западе Китая. Теперь интерес астрономов, которым требуются высокочувствительные радиоданные, связан с этим телескопом — Сферическим радиотелескопом с пятисотметровой апертурой, или FAST, — который был объявлен полностью работоспособным совсем недавно, в январе 2020 года. Теперь есть еще новости. XinhuaNet.com сообщил 4 января 2021 г., что FAST открывается для иностранных наблюдателей, а предложения по проектам наблюдения должны быть представлены 1 апреля 2021 г.
Ожидается, что около 10% времени наблюдений будет предоставлено международным проектам наблюдений, а эти наблюдения должны начаться 1 августа 2021 года. диаметр составляет колоссальные 1640 футов (500 метров). FAST увидел то, что астрономы называют первым светом в сентябре 2016 года; после этого он прошел обширные испытания.
Лунные календари EarthSky 2021 уже доступны! Заказать сейчас. Идем быстро!
Фрагмент параболической антенны FAST, вид сбоку, на котором видны алюминиевые треугольные панели, каждая со стороной 36 футов (11 метров). Изображение предоставлено астрономом Лиюанем Лу из группы галактики и космологии Сямыньского университета, который сделал это и следующие изображения в 2017 году. Цифровые камеры в настоящее время запрещены на этом месте, чтобы регион не тревожил радио, чтобы не мешать астрономические наблюдения. Треугольные панели (справа) со стороной 11 метров (36 футов), составляющие антенну FAST. Изображение через Лиюань Лу.
Чем этот телескоп отличается от Аресибо? Две обсерватории очень похожи в том, что обе были построены в естественных чашеобразных углублениях ландшафта. Таким образом, и FAST, и Аресибо смотрят — более или менее — только прямо вверх (на то, что астрономы называют зенитом неба). Телескопы следуют за вращением Земли, чтобы изменить направление взгляда. Я пишу «более или менее», потому что направление можно немного изменить. Детекторы, подвешенные над широкой тарелкой каждого телескопа в конструкции, называемой кабиной, можно перемещать, чтобы отслеживать объект в течение нескольких часов. Кроме того, в случае FAST вся кабина детектора может перемещаться, и, кроме того, сама тарелка является гибкой, состоящей примерно из 4400 отдельных алюминиевых панелей, которые можно направлять в разные стороны, благодаря чему тарелка может фокусироваться на разных областях. неба. Напротив, тарелка Аресибо была неподвижной. Это, вместе с большей глубиной тарелки, позволяет FAST отображать большую часть неба (в 2-3 раза), чем Аресибо.
FAST 500-метровая тарелка с подвешенным над ней узлом мобильного приемника. Изображение через Лиюань Лу.
Благодаря своей 500-метровой (1640-футовой) тарелке FAST имеет примерно вдвое большую площадь сбора, чем Аресибо, ширина которого составляет 305 метров (1000 футов). Это делает его в два раза более чувствительным. Однако важно иметь в виду, что эффективный диаметр никогда не бывает таким большим, как полный диаметр, а в случае FAST он ближе к 300, чем к 500 метрам в любой момент времени из-за его способности следовать за целью. в течение более длительного времени. То же самое было и с Аресибо, но в меньшей степени, и его эффективный диаметр составил 221 метр.
Можно ли рассматривать FAST как замену Аресибо? Действительно, FAST — единственный другой телескоп, который может вести наблюдения с аналогичной (и лучшей) чувствительностью на аналогичных длинах волн. Аресибо работал с длиной волны от 3 сантиметров до 1 метра (от 1 до 39 дюймов, немного короче или не полностью соответствует длинам волн, наблюдаемым FAST). Но вдобавок Аресибо был оборудован передатчиком, способным посылать сильные радиолокационные сигналы. НАСА финансировало планетарную радиолокационную систему Аресибо, которая позволяла Аресибо изучать твердые объекты от Меркурия до Сатурна и выполнять очень точные определения орбит околоземных объектов, особенно потенциально опасных объектов. Это также позволило Аресибо отправить мощное межзвездное сообщение в 1974, наше первое преднамеренное контактное сообщение в космос. Такие мощные передатчики слишком велики и тяжелы для небольшой кабины приемника FAST.
Эффективная апертура FAST составляет 300 метров. Изображение с Phoenix7777, CC BY-SA 4.0, с Wikimedia Commons.
Радиотелескоп подобен гигантскому радиоприемнику, который прислушивается к чрезвычайно слабым радиоволнам из космоса. Поскольку радио излучается на гораздо более длинных волнах, чем видимый свет, телескоп должен быть намного больше оптического телескопа, чтобы достичь достаточного разрешения — детализации — того, что вы наблюдаете. В случае FAST он может наблюдать на длинах волн от 10 см до 4,3 метра (от 4 дюймов до 14 футов), что позволяет изучать области исследований, включая, помимо прочего:
— Пульсары, не только локальные в Млечном Пути, но и в других галактиках. Раньше внегалактические пульсары нельзя было наблюдать из-за того, что их далекие сигналы были слишком слабыми для других телескопов. С момента ввода в эксплуатацию FAST на сегодняшний день (январь 2021 г.) обнаружил и измерил 240 пульсаров.
– Гравитационные волны. Отслеживая пульсары, FAST вносит свой вклад в международное сотрудничество, которое занимается поиском низкочастотных гравитационных волн.
– Быстрые радиовсплески. В августе и сентябре 2020 года FAST зафиксировал быстрый радиовсплеск под названием FRB 121102, который слишком слаб, чтобы его могли обнаружить другие телескопы.
— Экзопланеты ранее (окончательно) не обнаруживались в радиодиапазоне. Однако FAST достаточно мощен, чтобы обнаруживать поляризованных радиоизлучений . Такое излучение указывало бы на планету с сильным магнитным полем, что, по мнению астрономов, вероятно, необходимо для защиты потенциальной жизни (как и на Земле). Даже большой размер FAST не дает достаточного разрешения, чтобы засечь что-то столь маленькое, как планета, но этому поможет добавление 36 небольших 5-метровых тарелок в массив, что увеличит разрешение (способность ясно видеть) на 100 раз.
— Нейтральный водород — самый распространенный элемент во Вселенной, излучающий на расстоянии 21 см — как в межзвездной среде нашей галактики Млечный Путь, так и в других галактиках.
Телескоп также будет частью интерферометрических наблюдений , в которых он будет связан с другими телескопами мира, такими как сеть РСДБ.
305-метровая (1000-футовая) параболическая антенна и приемник предыдущего крупнейшего однотарельного телескопа в мире, Аресибо в Пуэрто-Рико, за несколько лет до того, как он рухнул. Изображение Терезы Вигерт.
Итог: FAST, расположенный на юго-западе Китая, является крупнейшей в мире радиообсерваторией с одной антенной диаметром 500 метров (1640 футов). В настоящее время он полностью функционирует и с 2021 года начал получать предложения о наблюдениях от астрономов со всего мира.
Подробнее: Радиоастроном и профессор Элиас Бринкс обсуждает FAST и его научные цели FAST) Проект
Тереза Вигерт
Просмотр статей
Об авторе:
Тереза Вигерт — шведско-канадский астроном с докторской степенью. в астрофизике и магистра в области физики. Она любила небо и все, что в нем, и за его пределами с тех пор, как ей исполнилось четыре года, и спросила отца об очень яркой звезде, которую она увидела ранним рождественским утром. Узнав, что это не звезда, а планета Венера, она начала читать все, что могла найти по астрономии. В конце концов она стала радиоастрономом, исследуя газ в спиральных галактиках. Она любит заниматься наукой и преподавать, особенно показывая ночное небо группам детей (и взрослых!).
Насколько велико ваше блюдо? 6 крупнейших в мире радиотелескопов
Китай строит самый большой в мире радиотелескоп, который по площади равен 30 футбольным полям, чтобы слушать звезды. Это затмит самый большой в мире телескоп в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико.
Не проходит и недели, чтобы сайт Siliconrepublic.com не порадовал вас каким-нибудь удивительным открытием из космоса.
Но помимо спутников, путешествующих в глубоком космосе, или роботов, блуждающих по марсианскому ландшафту, многие открытия на самом деле происходят здесь, на голубой планете Земля.
Гигантские радиотелескопы используются для отслеживания и сбора данных со спутников и космических зондов и отличаются от оптических телескопов тем, что они работают в радиочастотной части электромагнитного спектра, где они могут обнаруживать и собирать данные об источниках радиоизлучения.
Обычно расположенные как можно дальше от городского населения и расположенные в долинах, чтобы избежать электромагнитных помех от телевидения, радио или радаров, они представляют собой гигантские сооружения, на которые приятно смотреть.
Ниже мы документируем самые большие в мире радиотелескопы.
FAST (Китай)
Строительство сферического телескопа с 500-метровой апертурой (FAST) в провинции Гуйчжоу на юго-западе Китая началось в 2011 году и будет завершено в 2016 году. позволяют ученым обнаруживать более слабые радиосигналы из-за пределов нашей Солнечной системы. По сути, тарелка позволит ученым слушать Вселенную и будет самой большой в мире как минимум на ближайшие 30 лет. Телескоп состоит из 4450 отражающих панелей. Размер тарелки составит около 30 футбольных полей. К каждой отражающей панели подключены кабели для контроля ее координат, а астрономы будут использовать лазеры для точного определения координат с точностью до миллиметров. Он сможет исследовать космическое пространство в 10 раз лучше, чем следующий по величине радиотелескоп Аресибо в Пуэрто-Рико.
Обсерватория Аресибо (Пуэрто-Рико)
Построенная в 1963 году обсерватория Аресибо в Пуэрто-Рико потеряет звание крупнейшего радиотелескопа на Земле, когда FAST начнет функционировать. Управляемый SRI International, USRA и UMET в сотрудничестве с Национальным научным фондом США, он до 2011 года находился под управлением Корнельского университета. Телескоп имеет диаметр 1000 футов и был построен внутри углубления, оставленного карстовой воронкой. В настоящее время он содержит самую большую изогнутую фокусирующую тарелку на Земле, а его поверхность состоит из 38 778 перфорированных алюминиевых панелей, каждая размером 3 фута на 6 футов. Обсерватория имеет четыре передатчика с эффективной изотропной излучаемой мощностью 20 ТВт на частоте 2380 МГц, 2,5 ТВт (пиковая) на частоте 430 МГц, 300 МВт на частоте 47 МГц и 6 МВт на частоте 8 МГц.
РАТАН-600 (Россия)
Российский РАТАН-600 начал работу в 1974 году и состоит из круга прямоугольных радиоотражателей диаметром 576 м и расположен недалеко от станицы Зеленчукской в Кавказских горах в России, на высоте 970 м. метров. В отличие от большинства радиотелескопов, в которых используется набор тарелок для фокусировки электромагнитного излучения на приемник или приемники, РАТАН-600 использует кольцо регулируемых отражающих панелей для направления излучения из любой точки неба на центральный конический приемник. РАТАН-600 в основном используется как транзитный телескоп, в котором вращение Земли используется для перемещения фокуса телескопа по объекту наблюдения. Радиочастотные наблюдения можно проводить в полосе частот от 610 МГц до 30 ГГц, хотя в основном в сантиметровом диапазоне волн, с угловым разрешением до двух угловых секунд. Наблюдение за Солнцем в радиодиапазоне, в частности за солнечной короной, долгое время было в центре внимания научной программы РАТАН-600.
100-метровый Эффельсберг (Германия)
100-метровый радиотелескоп Эффельсберга, введенный в эксплуатацию в 1972 году, расположен в регионе Северный Рейн-Вестфалия в Германии и в течение 29 лет был крупнейшим в мире полностью управляемым радиотелескопом, пока не был превзойден телескопом Грин-Бэнк в Западной Вирджинии в США. Расположенный в 1,3 км к северо-востоку от города Бад-Мюнстерайфель, Эффельсберг находится в ведении Института радиоастрономии Макса Планка в Бонне и имеет диаметр 100 метров. Он слушает Вселенную, используя метод конечных элементов (FEM), который наклоняет и перемещает зеркала для повышения точности. Около 45% времени наблюдения Эффельсберга 100 м доступно сторонним астрономам.
Телескоп Грин-Бэнк (США)
Построенный в период с 1991 по 2002 год, телескоп Роберта Берда Грин-Бэнк является не только крупнейшим в мире полностью управляемым радиотелескопом, но и крупнейшим в мире подвижным наземным объектом. Он является частью сайта Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) в Грин-Бэнк, Западная Вирджиния. Телескоп Green Bank работает на длинах волн от метра до миллиметра. Его собирающая площадь диаметром 100 метров, открытая апертура и хорошая точность поверхности обеспечивают превосходную чувствительность во всем рабочем диапазоне телескопа 0,1–116 ГГц. GBT полностью управляем, и доступно 85% всей небесной сферы. Он используется для астрономии около 6500 часов в год, из которых 2000–3000 часов в год уходит на науку о высоких частотах.
Телескоп Ловелла (Великобритания)
Когда в 1957 году завершилось строительство телескопа Ловелла в обсерватории Джодрелл Бэнк в Чешире, этот телескоп был самым большим в мире управляемым параболическим радиотелескопом. Теперь это часть британской истории и памятник архитектуры I степени. Построен с использованием подшипников линкоров времен Первой мировой войны HMS Revenge и HMS Royal Sovereign, , которые были разобраны в 1950 году, строительство началось в 1952 году и вступило в строй в 1957. Чаша имеет диаметр 76,2 метра и заработала как раз к запуску Спутника-1, первого в мире искусственного спутника, а телескоп принимал участие в некоторых ранних работах спутниковой связи. Он также использовался для отслеживания как советских, так и американских зондов, нацеленных на Луну в конце 1950-х и начале 1960-х годов. В 1961 году он обнаружил сигнал от «Венеры-1», российского спутника, направлявшегося к Венере. Он также отслеживал марсианские зонды 1, 2 и 3, а в последние годы искал несколько потерянных марсианских космических аппаратов, в том числе Mars Observer в 1993.
Gigglebit — это ежедневная доза смешного и фантастического в науке и технике от Siliconrepublic, которая поможет начать день с более легкой ноты — потому что иногда к более легкой стороне STEM тоже следует относиться серьезно.
Самый большой в мире радиотелескоп — гигантское инженерное достижение
Этот 500-метровый гигант будет не только самым большим в мире радиотелескопом, но и позволит заглянуть в космос глубже, чем когда-либо прежде.
Сферический телескоп с апертурой 500 м (FAST) — крупнейший в мире радиотелескоп — заполняет обширную естественную котловину между горами и холмами на юго-западе Китая и при этом выглядит как настоящее логово злодея из фильмов о Джеймсе Бонде.
Возможно, на отсылку повлияло слабое воспоминание о кульминационной сцене в фильме GoldenEye , когда Джеймс Бонд (Пирс Броснан) и Наталья Симонова (Изабелла Скорупко) обнаруживают, что в них стреляют, и они скользят по чаше другого чудовищного радио телескоп – на этот раз обсерватория Аресибо в Пуэрто-Рико, диаметр которой составляет 305 м.
Если бы персонажи попытались проделать тот же трюк на китайском телескопе, их скольжение было бы значительно длиннее — диаметр тарелки FAST составляет целых 500 метров. Строительство должно быть завершено в конце 2016 г., строительство FAST началось в 2011 г., хотя концепция восходит к 19 г.94. Естественная впадина, в которой он приютился, имеет диаметр около 800 м. Он находится в 170 км по дороге от столицы провинции Гуйян в провинции Гуйчжоу.
Структура обретает форму.
«Местоположение является проблемой, но это общая проблема», — сказал Брайан Миддлтон, вице-президент ANZ компании Bentley Systems, которая предоставила технологию BIM для сборки.
«Подавляющее большинство крупных инфраструктурных проектов, например, в Австралии, становятся все более сложными. Прокладка железнодорожной линии под центром Мельбурна или Сиднея — непростая задача из-за влияния окружающей среды, в которой вы работаете. В нефтегазовой или горнодобывающей промышленности все легкодоступные районы уже освоены, поэтому мы продвигаемся в те районы, где у вас нет под рукой инфраструктуры или инженерных знаний».
Что отличало этот проект благодаря науке, лежащей в основе радиотелескопа, так это невероятная точность и огромное количество специалистов, задействованных в работе.
«Поскольку телескоп — это научный инструмент, он должен быть чрезвычайно точным, — сказал Миддлтон.
«Многие компоненты имели допуски менее миллиметра, поэтому нам нужно было применить самые лучшие технологии цифрового проектирования».
Программное обеспечение
Масштабы проекта, которым предстоит управлять, трудно понять: более 200 проектировщиков из четырех организаций работают над радиотелескопом диаметром в полкилометра и с допуском в один миллиметр.
Чтобы обеспечить постоянную работу с актуальной информацией, Национальная комиссия по развитию и реформам (финансирует проект) и Национальная астрономическая обсерватория Китайской академии наук (управляет сборкой совместно с правительством провинции Гуйчжоу в качестве партнера). ) привлек к работе Bentley Systems.
Используя ряд программного обеспечения, охватывающего многопрофильное проектирование зданий, моделирование, решение проблем, управление проектной информацией и облачные службы совместной работы, они создали базу данных BIM и стандартизированный подход, который, по мнению Bentley, позволил сэкономить сотни человеко-дней на модификации проекта, проверка и обработка ошибок.
«Существуют уровни зрелости BIM: ноль, один, два и три. Ноль — это то, чем сегодня занимается большинство людей: проектирование в 3D и публикация в 2D», — сказал Миддлтон.
«Первый уровень посвящен 3D-моделированию и существует уже 15-20 лет. С FAST мы вышли за рамки этого — на второй уровень BIM — в рамках нашего программного обеспечения для совместной работы. Возможность делиться информацией, которую вы создаете в 3D-моделях, а также связанной информацией в среде для совместной работы, где у вас есть одна текущая и утвержденная версия проекта, означает, что целостность сохраняется».
Такая система, по словам Миддлтона, означает, что интеллект, созданный на этапе проектирования и строительства, не будет потерян. Что не менее важно, теперь он доступен не только для оставшейся части сборки, но и для будущей жизни актива.
«Мы можем обновлять информацию по мере внесения изменений в активы в течение следующих 20–30 лет», — пояснил он.
«Будут замены, обновления и модификации. Создавая общую среду данных, вы устраняете риски и ошибки и позволяете обнаруживать конфликты в цифровых средах, что требует значительно меньших затрат, чем когда вам нужно вносить изменения в физическую среду».
В центре всего этого
Австралийская компания CSIRO была доставлена на борт для создания крайне важного приемника, предмета, который висит в фокусе тарелки и улавливает, усиливает и преобразует радиосигналы, поступающие из других галактик.
Приемник достаточно мал, чтобы поместиться в одной комнате, около 1,5 м в диаметре и 2 м в высоту. Но он наполнен высокими технологиями. Это 19-лучевой приемник, который многократно повышает эффективность всего радиотелескопа.
«Приемник существенно увеличивает возможности телескопа в 19 раз, — сказал д-р Дуглас Бок, исполняющий обязанности директора CSIRO по астрономии и космическим наукам.
«Однолучевой приемник позволяет телескопу смотреть на одну вещь в небе. Он может измерять водород во Вселенной в одном направлении. 19-лучевой приемник позволяет ускорить картографирование неба, независимо от того, смотрите ли вы на водород, самый распространенный элемент во Вселенной, или на пульсары, быстро вращающиеся остатки взорвавшихся звезд».
Компьютерное моделирование приемника тарелки, созданного CSIRO.
Алекс Даннинг, инженер ВЧ/СВЧ из CSIRO, провел большую часть последних 12 месяцев, собирая приемник, и сказал, что хотя это крошечная часть телескопа, но она жизненно необходима.
«Есть несколько критических областей телескопа, и приемник определенно является одной из них», — сказал он.
«В этой сборке было много нововведений. Например, поскольку это такая большая система, большое внимание было уделено криогенной конструкции из-за тепловых ограничений».
Критические части «рупоров» и усилителей, принимающих радиосигналы, должны быть охлаждены до температуры ниже минус 200 градусов Цельсия для повышения их чувствительности. Астрономические сигналы часто чрезвычайно слабы, поэтому любой «шум» внутри приемника скроет эти сигналы. Охлаждение облучателей и усилителей снижает их тепловую энергию и, следовательно, снижает их шум.
— Они охлаждаются тремя коммерческими криогенными холодильниками, — сказал Даннинг.
«Но когда вы так охлаждаете вещи, возникает сильное сжатие. Механические ограничения, возникающие из-за сжатия в таком большом приемнике, могут вызвать проблемы, поэтому нам пришлось найти способы обойти это».
Большая часть приемника изготовлена из алюминия, но некоторые экзотические материалы, такие как индий, золото и чистая бескислородная медь, также требуются для различных целей, в том числе в качестве тепловых прокладок и проводников тепла в криогенных средах. Также требуются специальные типы устройств на основе арсенида галлия.
«Очевидно, что размер этой антенны очень важен», — сказал Даннинг, который в конце 2016 года отправится в Китай, чтобы помочь с установкой приемника.
«Это будет самая большая антенна в мире и самая чувствительная. Есть множество вещей, которые этот телескоп сможет делать, но другие не смогут. Участвовать в строительстве такого большого телескопа — прекрасная возможность».
Но для чего это?
Профессор Наоми МакКлюр-Гриффитс из Исследовательской школы астрономии и астрофизики Австралийского национального университета в Канберрской обсерватории Маунт-Стромло обсудила ценность сверхразмерного радиотелескопа
создать : Какова цель радиотелескопа?
Наоми МакКлюр-Гриффитс: У них несколько целей. Радиотелескопы очень хорошо смотрят на газ в галактиках, в отличие от оптических телескопов, которые смотрят на звезды и планеты. Радиотелескопы также отлично справляются с идентификацией интересных и захватывающих объектов, таких как пульсары.
создать : Почему это важно?
NMG: Наша главная цель — понять, как работают галактики. Мы не понимаем самых элементарных вещей. Как газ собирается вместе и начинает формировать звезды? Как эволюционирует галактика за миллиарды лет своей жизни? А пульсары — это идеальные атомные часы. Поиск небольших изменений в этих часах говорит нам о пространстве, через которое прошло излучение. Это дает нам информацию о нашей собственной атмосфере, о самой галактике и о природе пространства и времени.
создать : А почему чем больше, тем лучше?
NMG: Размер этого телескопа дает много замечательных результатов. После того, как он заработает, он сможет идентифицировать пульсары, слишком слабые, чтобы их можно было увидеть с помощью любого другого телескопа.
create: Будет ли информация FAST распространяться на международном уровне?
NMG: Многие радиотелескопы работают по протоколу открытого неба, что означает, что любой человек в мире может запросить время на этом телескопе.