Радиотелескоп самый большой: Самый большой радиотелескоп в мире полностью введён к эксплуатацию

Самый большой радиотелескоп снял место посадки Apollo 15. Ридус

  • zelenyikot, гражданский журналист

… 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.

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.

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.

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.

радиотелескоп — Троицкий вариант — Наука

06. 09.2022 /
№ 361 /
с. 3 /
 Максим Борисов /  Космос /

 Один комментарий

Свежие фото галактики M74 демонстрируют возросшие возможности космических обсерваторий, работающих совместно в разных диапазонах. Специалисты, объединив данные телескопов «Хаббл» и «Джеймс Уэбб» в соседних областях электромагнитного спектра, получают более всестороннее представление об этом впечатляющем объекте, позволяющее раскрывать его в новых деталях.

Страницы истории

06.09.2022 /
№ 361 /
с. 7 /
 Максим Борисов /  Память /

 Комментариев нет

Американский астроном Фрэнк Дрейк, один из пионеров современных научных поисков разумной жизни во Вселенной, в течение многих лет возглавлявший Институт SETI в Калифорнии и написавший знаменитое уравнение Дрейка, скончался 2 сентября 2022 года в возрасте 92 лет.

31.05.2022 /
№ 354 /
с. 1–3 /
 Андрей Лобанов; Борис Штерн /  На переднем крае /

 6 комментариев

Продолжаем обсуждение результатов Телескопа горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) по черной дыре в центре нашей Галактики (предыдущая заметка: [1]). На сей раз — взгляд изнутри: член команды EHT Андрей Лобанов, науч. сотр. Института радиоастрономии Общества Макса Планка, отвечает на вопросы Бориса Штерна.

12.01.2021 /
№ 320 /
с. 8–9 /
 Сергей Попов /  Космос /

 3 комментария

За год в астрофизической части Архива (arXiv.org) появилось около 15 тыс. статей. Это, конечно, снова рекорд, хотя прирост по сравнению с 2019 и 2018 годами совсем небольшой. Тем не менее есть из чего выбирать. Основными темами нашего ежегодного обзора станут результаты работы крупных проектов, несколько громких, но пока не до конца понятных заявлений об открытиях, экзопланеты и, разумеется, быстрые радиовсплески. Однако начнем с «плановых» результатов.

Главное Исследования

22.12.2020 /
№ 319 /
с. 4–5 /
 Леонид Гурвиц /  Космос /

 Комментариев нет

Конец 1950-х. СССР триумфально шествует от одной космической победы к другой. Весь советский прорыв в космос был основан на ракете Р-7, построенной под руководством Сергея Павловича Королёва, перед которым была поставлена задача создать средство доставки водородной бомбы на другой континент. Это не могло не обеспокоить тех, кому предназначался ракетный груз. Срочно понадобились контр­меры, в частности — способность мгновенной регистрации запуска стратегических ракет со стартовых площадок, находящихся далеко за горизонтом, на другой стороне планеты…

Главное Исследования

22.12.2020 /
№ 319 /
с. 5 /
 Борис Штерн /  Космос /

 Один комментарий

Среди множества ярких результатов, полученных на телескопе «Аресибо», есть по крайней мере два открытия нобелевского уровня. Оба связаны с пульсарами. Инструмент благодаря своей высокой чувствительности оказался особенно ценным в изучении этих удивительных объектов — вращающихся нейтронных звезд, излучающих направленные радиолучи, чиркающие по нам на каждом обороте пульсара, подобно лучу маяка.

22.12.2020 /
№ 319 /
с. 6 /
 Владимир Согласнов /  Космос /

 Комментариев нет

Мне доводилось вести наблюдения на многих радиотелескопах, в том числе на самых больших — стометровых в Эффельсберге (Германия) и Грин-Бэнке (США), на 70-метровых антеннах центров дальней космической связи в Евпатории и Уссурийске… Это не просто рабочие инструменты, а шедевры инженерного искусства, можно сказать, настоящие его вершины. Кроме того, они просто очень красивы. Но обсерватория «Аресибо» меня потрясла.

Исследования

22.12.2020 /
№ 319 /
с. 11 /
 Юрий Ковалев /  Космос /

 Комментариев нет

Чувствительность элемента интерферометра, т. е. пары телескопов, пропорциональна квадратному корню из произведения их чувствительностей. В результате роль больших телескопов в интерферометрах критически важна. Например, Коллаборации Телескопа горизонта событий удалось увидеть тень черной дыры в галактике M87 только после добавления в сеть большой ALMA. По той же причине была важна роль «Аресибо» при наблюдениях наземно-космического интерферометра.

Главное Исследования

19.05.2020 /
№ 304 /
с. 1–2 /
 Александр Плавин, Юрий Ковалев-мл., Юрий Ковалев-ст., Сергей Троицкий /  Исследования /

 8 комментариев

«В ядрах активных галактик», — так ответила на давно беспокоивший астрофизиков вопрос группа российских ученых из Астрокосмического центра ФИАН (АКЦ ФИАН), Московского физико-технического института (МФТИ) и Института ядерных исследований (ИЯИ РАН). Александр Плавин, Юрий Ковалев-мл., Юрий Ковалев-ст. и Сергей Троицкий рассказали ТрВ-Наука о сделанном ими открытии.

Исследования

14.01.2020 /
№ 295 /
с. 1–3 /
 Сергей Попов /  Космос /

 4 комментария

Мне кажется, что на протяжении многих лет радиоастрономы были в тени своих коллег по цеху. На первом плане оказывались данные рентгеновских, оптических, гамма-, инфракрасных наблюдений плюс гравитационно-волновые исследования, детекторы нейтрино и космических лучей. Разве что ультрафиолетовый диапазон традиционно уступал радио- в популярности. Однако в 2019-м перед нами предстала иная картина.

Страницы истории

13.08.2019 /
№ 285 /
с. 3, 5 /
 Борис Штерн, Юрий Ковалев, Игорь Новиков, Михаил Попов, Кеннет Келлерман, Дэвид Джонси, Леонид Марочник, Леонид Гурвиц /  Память /

 5 комментариев

Николай Семёнович Кардашёв скончался 3 августа в возрасте 87 лет. Если совсем вкратце, то Кардашёв — выдающийся астрофизик, академик РАН, отец единственного удачного исследовательского проекта в космосе, осуществленного в России в XXI веке, — «Радиоастрон». К тому же — замечательный человек и всеобщий любимец. В настоящей публикации мы ограничиваемся несколькими короткими неформальными очерками людей, которые долгое время работали с Кардашёвым. Детали, случаи, забавные истории — именно в них оживает образ человека.

Интервью Исследования

18.06.2019 /
№ 281 /
с.  3 /
 Дмитрий Новиков, Алексей Рудницкий; Вячеслав Авдеев /  Космос /

 11 комментариев

Через шесть лет на земную орбиту должна быть запущена российская космическая обсерватория «Миллиметрон» («Спектр-М») с криогенным телескопом миллиметрового и инфракрасного диапазонов длин волн. Работая и в одиночном режиме, и в связке с наземными обсерваториями, «Миллиметрон» позволит исследовать черные и белые дыры, кротовые норы, пульсары, реликтовое излучение, понять структуру Вселенной на заре ее возникновения. Мы поговорили с учеными, участвующими в создании обсерватории.

Главное Исследования

23.04.2019 /
№ 277 /
с. 1–2 /
 Борис Штерн /  Космос /

 63 комментария

Возможно, еще никогда размытая и невразумительная на первый взгляд картинка не вызывала такого воодушевления, как 10 апреля 2019 года. Это изображение обошло все уважающие себя СМИ, заполонило социальные сети, стало героем фотошопа, попало на футболки и успело поднадоесть. На картинке — первое в истории изображение реальной черной дыры — сверхмассивной дыры в центре галактики М 87. Изображение плохое, но настоящее.

Исследования

12.02.2019 /
№ 272 /
с. 4 /
 Юрий Ковалев /  Космос /

 2 комментария

«Радиоастрон» — международный космический проект фундаментальных астрофизических исследований в радиодиапазоне электромагнитного спектра. Используется метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами с помощью космического радиотелескопа, смонтированного на российском космическом аппарате «Спектр-Р», и наземных радиотелескопов многих стран мира.

Гайд-парк онлайн

22.01.2019 /

 Юрий Кирпичёв /

 67 комментариев

В начале января появилось сообщение, что канадская обсерватория CHIME (четыре полуцилиндрические антенны стометровой длины, сканирующие небо Северного полушария) детектировала повторяющиеся серии радиосигналов от источника, удаленного на 1,5 млрд световых лет. С этими радиовспышками вспыхнула и надежда, что они являются маяком внеземной цивилизации…

Страницы истории

20.11.2018 /
№ 267 /
с. 12 /
 Алексей Левин /  Страницы истории /

 2 комментария

Открытие пульсаров стало возможным благодаря пятерым сотрудникам Кембриджского университета во главе с одним из пионеров и бесспорных лидеров британской радиоастрономии Энтони Хьюишем. Они работали на радиотелескопе-интерферометре, построеннном в 1967 году по его оригинальному проекту. Хьюиш планировал использовать новый телескоп для детального сканирования небосвода. Его главная цель состояла в поиске квазаров, которые были открыты четырьмя годами ранее, но всё еще не объяснены. Среди его помощников по монтажу мультидипольной антенной решетки телескопа была 24-летняя аспирантка Джоселин Белл.

Исследования

30.01.2018 /
№ 246 /
с. 5 /
 Дмитрий Вибе /  Космос /

 3 комментария

До недавнего времени самой большой достоверно идентифицированной молекулой в молекулярных облаках считалась молекула цианополиина. Об ее обнаружении в облаке TMC-1 было объявлено в статье М. Белла и его коллег, и на протяжении почти двадцати лет она оставалась единственным 13-атомным соединением, включенным в списки межзвездных молекул…

Исследования

21.11.2017 /
№ 242 /
с. 3 /
 Алексей Левин /  Космос /

 Комментариев нет

С осени 2015 года американский двойной детектор волн тяготения Advanced LIGO вместе с младшим итальянским партнером VIRGO отловили гравитационные следы встречи черных дыр. Правда, гравитационный след финала этого катаклизма поймать не удалось…

Просвещение

21.11.2017 /
№ 242 /
с. 10 /
 Сергей Попов /  Книжная полка /

 2 комментария

Казалось бы, на тему поисков внеземной жизни вообще и разумной в частности трудно сказать что-то новое. Поэтому вроде бы нет большого смысла читать целую новую книгу на эту тему. Однако сборник «Одиноки ли мы во Вселенной?» меня приятно удивил.

Бытие науки

26.09.2017 /
№ 238 /
с. 4–5 /
 Светлана Толчельникова /  Бытие науки /

 26 комментариев

Новый директор Пулковской обсерватории Назар Робертович Ихсанов и представители ФАНО предлагают закрыть наблюдения в Пулково, после чего это федеральное государственное бюджетное учреждение науки теряет статус обсерватории (от латинского observare — наблюдать). Необходимо пояснить, от чего предложено отказаться и что предложено взамен.

Страницы истории

26.09.2017 /
№ 238 /
с. 7 /
 Виталий Мацарский /  Страницы истории /

 3 комментария

Летом 1967 года 24-летняя аспирантка Джоселин Белл заканчивала отладку радиотелескопа, построенного ею с коллегами по проекту ее научного руководителя Энтони Хьюиша. Радиотелескоп выглядел весьма непрезентабельно — это был обширный пустырь в окрестностях Кембриджа размером почти в 60 теннисных кортов, утыканный деревянными столбами, между которыми были натянуты провода, служившие дипольными антеннами. Всё хозяйство телескопа было в полном распоряжении Джоселин, от которой требовалось лишь довести его до ума, чтобы наконец заняться исследованием мерцаний обнаруженных незадолго до того квазаров. Поскольку поведение оборудования было неизвестно, решили не доверять анализ данных компьютеру, а проводить его вручную, просматривая записи самописцев на бумажной ленте. В середине ноября,…

Новости науки

26.09.2017 /
№ 238 /
с. 9 /
 А. О. /  Новости /

 3 комментария

Астрофизики Прити Харб, Дхарам Вир Лал (Университет Пуны, Индия) и Дэвид Меррит (Рочестерский технологический институт, США) обнаружили двойную сверх-массивную черную дыру в центре спиральной галактики NGC 7674 (созвездие Пегаса) на расстоянии около 400 млн световых лет от Млечного пути. Данная система примечательна в двух отношениях по сравнению с другими двойными черными дырами, обнаруженными на данный момент (их всего несколько): она ближе всего к Земле (удаленность других — более 1 млрд световых лет), а расстояние между ее компонентами — всего один световой год (предыдущий рекорд был равен 24 световым годам). Суммарная масса двух черных дыр, которые вращаются вокруг общего центра масс,…

Наука и общество

15.08.2017 /
№ 235 /
с. 4 /
 Алексей Старобинский; Ольга Орлова /  Гамбургский счет /

 15 комментариев

Ответить на вопрос, как появилась Вселенная, ученые пытались довольно давно. Но все теоретические модели оказывались недоказанными, пока не появилась техническая возможность это проверить. Сегодня наблюдения, эксперименты за космическим пространством с помощью новейших телескопов подтверждают предположения физиков, которые придумали невероятную, на первый взгляд, инфляционную модель Вселенной. Предлагаем вашему вниманию интервью Ольги Орловой с одним из ее создателей, академиком РАН Алексеем Старобинским.

Исследования

17.01.2017 /
№ 220 /
с. 13 /
 Константин Постнов /  Космос /

 Комментариев нет

В 2007 году было обнаружено одно из самых загадочных явлений в современной астрофизике: быстрые радиовсплески. Первый из них найден в архивных данных радиотелескопа «Паркс» — миллисекундный всплеск радиоизлучения высокой интенсивности, который имел очень сильную зависимость задержки сигнала от частоты. Эта зависимость называется мерой дисперсии, она возникает при распространении радиосигнала в космической межзвездной и межгалактической плазме и пропорциональна плотности электронного компонента, проинтегрированной вдоль луча зрения. Автор открытия Дункан Лоример предположил, что, скорее всего, источником был внегалактический объект, на расстоянии порядка сотен мегапарсеков. Через несколько лет радиоастрономы открыли аналогичные всплески с похожими свойствами, и стало ясно, что это целый класс новых астрономических…

Новости науки

04.10.2016 /
№ 214 /
с. 9 /
 А. О. /  Новости /

 Комментариев нет

В конце сентября в провинции Гуйчжоу провел первые пробные наблюдения радиотелескоп FAST — крупнейший в мире телескоп с заполненфной апертурой. Он занимает площадь, равную примерно 30 футбольным полям. Его диаметр 500 м, больше лишь РАТАН-600 в Карачаево-Черкесии (600 м). По словам Цянь Леи, исследователя из Национальной астрономической лаборатории (Китай), телескоп успешно зафиксировал сигнал от одного из пульсаров, расположенного в 1351 световом году от Земли.

Исследования

06.09.2016 /
№ 212 /
с. 7 /
 Олег Верходанов; Алексей Моисеев /  Космос /

 Один комментарий

… неожиданно вечером 29 августа 2016 года в «Фейсбуке» и «ВКонтакте» коллеги и френды начали меня спрашивать, а что это за событие с внеземным сигналом, и прислали ссылки на западные и отечественные издания. После прочтения новостей о том, что на радиотелескопе РАТАН-600 в САО РАН получили сигнал внеземной цивилизации, стало понятно, что моему созерцательному спокойствию пришел конец, так как наступит завтра.

Исследования

12.07.2016 /
№ 208 /
с.  8 /
 Татьяна Пичугина /  Космос /

 6 комментариев

«Существуют ли черные дыры?», «Прав ли Эйнштейн?». Такие заголовки были популярны полвека назад не только в СМИ, но и в научной литературе. И сейчас их время от времени можно встретить в самых престижных научных журналах мира. А все потому, что до сих пор нет твердых доказательств существования черных дыр, основанных на наблюдениях.

Исследования

12.07.2016 /
№ 208 /
с. 8 /
 Юрий Ковалев /  Космос /

 Комментариев нет

Так бывает, что просьба о комментарии к статье превращается в отдельный рассказ. На просьбу ТрВ-Наука прокомментировать возможность увидеть тень от черной дыры зав. лабораторией АКЦ ФИАН Юрий Ковалев рассказал о современном статусе проекта по исследованию центра нашей галактики на наземно-космическом интерферометре «Радиоастрон».

Страницы истории

14. 06.2016 /
№ 206 /
с. 3 /
 Валерий Власюк /  Юбилеи /

 Комментариев нет

3 июня 2016 года в поселке Нижний Архыз, на берегу реки Большой Зеленчук, состоялось празднование 50-летия со дня основания Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук. По этому поводу для сотрудников обсерватории, жителей поселка и гостей был устроен большой и веселый праздник.

Исследования

19.04.2016 /
№ 202 /
с. 8 /
 Максим Борисов /  Далекий космос /

 Комментариев нет

Основная часть гамма-излучения, исходящего из центра нашей Галактики, порождается, вероятно, не столкновениями частиц темной материи, а пульсарами или другими астрофизическими феноменами. Это подтвердилось в результате модельных экспериментов двух независимых научных групп — американской (из Принстонского университета и Массачусетского технологического института) и европейской (из Амстердамского университета в Нидерландах).

Новости науки

08.03.2016 /
№ 199 /
с. 1, 14 /
 Алексей Левин /  Новости науки /

 5 комментариев

В конце февраля появилась важная астрономическая новость: впервые удалось определить место рождения так называемых быстрых радиовсплесков. Само событие FRB 150418 (как следует из его обозначения) наблюдалось в апреле прошлого года. Предлагаем вашему вниманию исторический экскурс Алексея Левина на эту тему.

Исследования

08.12.2015 /
№ 193 /
с. 8–9 /
 Иван Соболев /  Космос /

 Комментариев нет

ТрВ-Наука публикует вторую часть статьи Ивана Соболева, ведущего конструктора ООО «НПП Даурия», посвященной исследованиям первой планеты от Солнца. Начало см. в ТрВ-190 от 20 октября 2015 года.

ТрВ-онлайн

20.04.2015 /

 Юрий Балега; Ольга Орлова /  Гамбургский счет /

 3 комментария

В горах Северного Кавказа в районе реки Большой Зеленчук находится самый крупный в России наземный телескоп. Туда, в Нижний Архыз, регулярно приезжают астрономы из разных стран, там проводятся конференции, внедряются сложнейшие методики измерений.

Бытие науки

10.03.2015 /
№ 174 /
с. 4-5 /
 Вячеслав Вдовин; Ольга Орлова /  Гамбургский счет /

 12 комментариев

Что происходит с наукой на постсоветском пространстве? Об этом научный журналист Ольга Орлова беседует с докт. физ.-мат. наук, ведущим научным сотрудником Института прикладной физики РАН и Физического института им. Лебедева РАН, вице-президентом Всемирной ассоциации научных работников Вячеславом Вдовиным.

Новости науки

01.07.2014 /
№ 157 /
с. 9 /
 Максим Борисов /  Новости /

 Комментариев нет

Обнаружены три сверхмассивные черные дыры, находящиеся чрезвычайно близко друг от друга (причем две из них расположены всего в нескольких сотнях световых лет одна от другой).

Исследования

06.05.2014 /
№ 153 /
с. 7 /
 Алексей Огнёв /  Новости /

 Комментариев нет

В начале начал Вселенная была безвидна и пуста, и тьма над бездною — ни одна звезда или галактика не освещала пространство, в основном заполненное нейтральным газообразным водородом.

Исследования

25.03.2014 /
№ 150 /
с. 8-9 /
 Борис Штерн /  Исследования /

 18 комментариев

17 марта 2014 года появилась сенсационная новость: открыты гравитационные волны!

Исследования

11.02.2014 /
№ 147 /
с. 8 /
 Юрий Пидопрыгора /  Космос /

 2 комментария

Юрий Пидопрыгора, PhD, н.с. Университета Тасмании (Хобарт, Тасмания, Австралия) рассказал ТрВ-Наука о повседневной жизни одной из обсерваторий на далеком южном континенте.

Исследования

14. 01.2014 /
№ 145 /
с. 9 /
 Борис Штерн /  Космос /

 2 комментария

Многие статьи и посты в блогах последних недель начинаются со слов «даже в прошедшем году было что-то хорошее». Я бы добавил: было что-то хорошее даже в науке.

Новости науки

25.12.2012 /
№ 119 /
с. 12 /
 Новости /

 Комментариев нет

Сигналы российской космической станции «Спектр-Р» с бортовой космической обсерваторией «РадиоАстрон» теперь будет принимать еще одна станция слежения и приема информации, принадлежащая американской обсерватории Грин-Бэнк.

Бытие науки

14.08.2012 /
№ 110 /
с. 3-4 /
 Валерий Рубаков, Борис Штерн /  Премии /

 9 комментариев

— Итак, в премии Мильнера прослеживается два крупных блока: космологическая инфляция и суперструны. Начнем с инфляции. Вообще, по-твоему, она заслуживает мощного премирования? — Возможно, чуть рановато. Не хватает окончательного подтверждения.

Исследования

02.08.2011 /
№ 84 /
с. 8-9 /
 Сергей Попов /  Исследования /

 4 комментария

Мы обсуждаем 10 астрофизических проблем, решения которых можно ожидать в ближайшие 10 лет. Эти решения могут заметно изменить картину мира, как дополнив ее, так и переписав некоторые фрагменты.

Страницы истории

26.05.2009 /
№ 29 /

 Павел Амнуэль /

 5 комментариев

Гипотеза Агреста о палеовизитах была в 60-е годы не менее популярна, чем новые для нас тогда идеи генетики или кибернетики.

Новости науки

03.02.2009 /
№ 21 /

 Максим Борисов /  Новости /

 Комментариев нет

Наша Галактика не только вращается значительно быстрее, чем считалось ранее, но и весит в полтора раза больше.

Самый зоркий телескоп | Публикации

Статьи журнала «Вокруг света»

Современные радиотелескопы позволяют исследовать Вселенную в таких подробностях, которые еще недавно находились за пределами возможного не только в радиодиапазоне, но и в традиционной астрономии видимого света. Объединенные в единую сеть инструменты, расположенные на разных континентах, позволяют заглянуть в самую сердцевину радиогалактик, квазаров, молодых звездных скоплений, формирующихся планетных систем. Радиоинтерферометры со сверхдлинными базами в тысячи раз превзошли по «зоркости» самые крупные оптические телескопы. С их помощью можно не только отслеживать перемещение космических аппаратов в окрестностях далеких планет, но и исследовать движения коры нашей собственной планеты, в том числе непосредственно «почувствовать» дрейф материков. На очереди космические радиоинтерферометры, которые позволят еще глубже проникнуть в тайны Вселенной.

Земная атмосфера прозрачна не для всех видов электромагнитного излучения, приходящего из космоса. В ней есть только два широких «окна прозрачности». Центр одного из них приходится на оптическую область, в которой лежит максимум излучения Солнца . Именно к нему в результате эволюции адаптировался по чувствительности человеческий глаз, который воспринимает световые волны с длиной от 350 до 700 нанометров. (На самом деле это окно прозрачности даже немного шире — примерно от 300 до 1 000 нм, то есть захватывает ближний ультрафиолетовый и инфракрасный диапазоны). Однако радужная полоска видимого света — лишь малая доля богатства «красок» Вселенной. Во второй половине XX века астрономия стала поистине всеволновой. Достижения техники позволили астрономам вести наблюдения в новых диапазонах спектра. С коротковолновой стороны от видимого света лежат ультрафиолетовый, рентгеновский и гамма-диапазоны. По другую сторону располагаются инфракрасный, субмиллиметровый и радиодиапазон. Для каждого из этих диапазонов есть астрономические объекты, которые именно в нем проявляют себя наиболее рельефно, хотя в оптическом излучении они, может быть, и не представляют собой ничего выдающегося, так что астрономы до недавнего времени их просто не замечали.

Один из наиболее интересных и информативных диапазонов спектра для астрономии — радиоволны. Излучение, которое регистрирует наземная радиоастрономия, проходит через второе и гораздо более широкое окно прозрачности земной атмосферы — в диапазоне длин волн от 1 мм до 30 м. Ионосфера Земли — слой ионизованного газа на высоте около 70 км — отражает в космос все излучение на волнах длиннее 30 м. На волнах короче 1 мм космическое излучение полностью «съедают» молекулы атмосферы (главным образом кислород и водяной пар).

Главная характеристика радиотелескопа — его диаграмма направленности. Она показывает чувствительность инструмента к сигналам, приходящим с разных направлений в пространстве. Для «классической» параболической антенны диаграмма направленности состоит из главного лепестка, имеющего вид конуса, ориентированного по оси параболоида, и нескольких гораздо (на порядки) более слабых боковых лепестков. «Зоркость» радиотелескопа, то есть его угловое разрешение, определяется шириной главного лепестка диаграммы направленности. Два источника на небе, которые вместе попадают в раствор этого лепестка, сливаются для радиотелескопа в один. Поэтому ширина диаграммы направленности определяет размер самых мелких деталей небесного радиоисточника, которые еще можно различить по отдельности.

Универсальное для телескопостроения правило гласит, что разрешающая способность антенны определяется отношением длины волны к диаметру зеркала телескопа. Поэтому для увеличения «зоркости» телескоп должен быть побольше, а длина волны — поменьше. Но как назло радиотелескопы работают с самыми длинными волнами электромагнитного спектра. Из-за этого даже огромные размеры зеркал не позволяют добиться высокой разрешающей способности. Не самый крупный современный оптический телескоп с диаметром зеркала 5 м может различить звезды на расстоянии всего 0,02 угловой секунды. Невооруженным глазом видны детали около одной минуты дуги. А радиотелескоп диаметром 20 м на волне 2 см дает разрешение еще в три раза хуже — около 3 угловых минут. Снимок участка неба, сделанный любительским фотоаппаратом, содержит больше деталей, чем карта радиоизлучения той же области, полученная одиночным радиотелескопом.

Широкая диаграмма направленности ограничивает не только остроту зрения телескопа, но и точность определения координат наблюдаемых объектов. Между тем точные координаты нужны для сопоставления наблюдений объекта в разных диапазонах электромагнитного излучения — это непременное требование современных астрофизических исследований. Поэтому радиоастрономы всегда стремились к созданию как можно более крупных антенн. И, как ни удивительно, радиоастрономия в итоге намного обогнала по разрешению оптическую.

У телескопа обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико — самое большое в мире неподвижное цельное зеркало диаметром 305 м. Над сферической чашей на тросах висит конструкция с приемным оборудованием массой 800 тонн. По периметру зеркало окружено металлической сеткой, которая защищает телескоп от радиоизлучения земной поверхности

Рекордсмены в одиночном разряде

Полноповоротные параболические антенны — аналоги оптических телескопов-рефлекторов — оказались самыми гибкими в работе из всего многообразия радиоастрономических антенн. Их можно направлять в любую точку неба, следить за радиоисточником — «копить сигнал», как говорят радиоастрономы, — и тем самым повышать чувствительность телескопа, его способность выделять на фоне всевозможных шумов гораздо более слабые сигналы космических источников. Первый крупный полноповоротный параболоид диаметром 76 м был построен в 1957 году в британской обсерватории Джодрелл-Бэнк. А сегодня тарелка крупнейшей в мире подвижной антенны в обсерватории Грин-Бэнк (США ) имеет размеры 100 на 110 м. И это практически предел для одиночных подвижных радиотелескопов. Увеличение диаметра имеет три важных следствия: два хороших и одно плохое. Во-первых, самое важное для нас — пропорционально диаметру возрастает угловое разрешение. Во-вторых, растет чувствительность, причем гораздо быстрее, пропорционально площади зеркала, то есть квадрату диаметра. И, в-третьих, еще быстрее увеличивается стоимость, которая в случае зеркального телескопа (как оптического, так и радио) примерно пропорциональна кубу диаметра его главного зеркала.

Главные трудности связаны с деформациями зеркала под действием силы тяжести. Чтобы зеркало телескопа четко фокусировало радиоволны, отклонения поверхности от идеальной параболической не должны превышать одной десятой от длины волны. Такая точность легко достигается для волн длиной несколько метров или дециметров. Но на коротких сантиметровых и миллиметровых волнах требуемая точность составляет уже десятые доли миллиметра. Из-за деформаций конструкции под собственным весом и ветровых нагрузок практически невозможно создать полноповоротный параболический телескоп диаметром более 150 м. Крупнейшая неподвижная тарелка диаметром 305 м построена в обсерватории Аресибо, Пуэрто-Рико. Но в целом эпоха гигантомании в строительстве радиотелескопов подошла к концу. В Мексике на горе Сьерра-Негра, на высоте 4 600 метров, завершается строительство 50-метровой антенны для работы в диапазоне миллиметровых волн. Возможно, это последняя большая одиночная антенна, создающаяся в мире.

Для того чтобы разглядеть детали строения радиоисточников, нужны другие подходы, в которых нам и предстоит разобраться.

Принцип действия

Крупнейшая в мире полноповоротная параболическая антенна обсерватории Грин-Бэнк (Западная Виргиния, США). Зеркало размером 100х110 м было построено после того, как в 1988 году под собственным весом обрушилась 90метровая полноповоротная антенна

Радиоволны, испускаемые наблюдаемым объектом, распространяются в пространстве, порождая периодические изменения электрического и магнитного поля. Параболическая антенна собирает упавшие на нее радиоволны в одной точке — фокусе. Когда через одну точку проходит несколько электромагнитных волн, они интерферируют, то есть их поля складываются. Если волны приходят в фазе — они усиливают друг друга, в противофазе — ослабляют, вплоть до полного нуля. Особенность параболического зеркала как раз в том, что все волны от одного источника приходят в фокус в одной фазе и усиливают друг друга максимально возможным образом! На этой идее основано функционирование всех зеркальных телескопов.

В фокусе возникает яркое пятно, и здесь же обычно помещают приемник, который замеряет суммарную интенсивность излучения уловленного в пределах диаграммы направленности телескопа. В отличие от оптической астрономии, радиотелескоп не может сделать фотографию участка неба. В каждый момент он фиксирует излучение, приходящее только с одного направления. Грубо говоря, радиотелескоп работает как однопиксельный фотоаппарат. Для построения изображения приходится сканировать радиоисточник точка за точкой. (Впрочем, строящийся в Мексике миллиметровый радиотелескоп имеет в фокусе матрицу радиометров и «однопиксельным» уже не является.)

Командная игра

Однако можно поступить и по-другому. Вместо того чтобы сводить все лучи в одну точку, мы можем измерить и записать колебания электрического поля, порождаемые каждым из них на поверхности зеркала (или в другой точке, через которую проходит тот же луч), а затем «сложить» эти записи в компьютерном устройстве обработки, учтя фазовый сдвиг, соответствующий расстоянию, которое каждой из волн оставалось пройти до воображаемого фокуса антенны. Прибор, действующий по этому принципу, называется интерферометром, в нашем случае — радиоинтерферометром.

Интерферометры избавляют от необходимости строить огромные цельные антенны. Вместо этого можно расположить рядом друг с другом десятки, сотни и даже тысячи антенн и объединять принятые ими сигналы. Такие телескопы называются синфазными решетками. Однако проблему «зоркости» они все же не решают — для этого нужно сделать еще один шаг.

Как вы помните, с ростом размера радиотелескопа его чувствительность растет гораздо быстрее, чем разрешающая способность. Поэтому мы быстро оказываемся в ситуации, когда мощности регистрируемого сигнала более чем достаточно, а углового разрешения катастрофически не хватает. И тогда возникает вопрос: «Зачем нам сплошная решетка антенн? Нельзя ли ее проредить?» Оказалось, что можно! Эта идея получила название «синтеза апертуры», поскольку из нескольких отдельных независимых антенн, размещенных на большой площади, «синтезируется» зеркало гораздо большего диаметра. Разрешение такого «синтетического» инструмента определяется не диаметром отдельных антенн, а расстоянием между ними — базой радиоинтерферометра. Конечно, антенн должно быть по крайней мере три, причем их не следует располагать вдоль одной прямой. В противном случае разрешение радиоинтерферометра получится крайне неоднородным. Высоким оно окажется только в направлении, вдоль которого разнесены антенны. В поперечном же направлении разрешение по-прежнему будет определяться размером отдельных антенн.

По этому пути радиоастрономия стала развиваться еще в 1970-х годах. За это время был создан ряд крупных многоантенных интерферометров. У некоторых из них антенны неподвижны, у других могут перемещаться по поверхности земли, чтобы проводить наблюдения в разных «конфигурациях». Такие интерферометры строят «синтезированные» карты радиоисточников с гораздо более высоким разрешением, чем одиночные радиотелескопы: на сантиметровых волнах оно достигает 1 угловой секунды, а это уже сравнимо с разрешением оптических телескопов при наблюдении сквозь атмосферу Земли.

Самая известная система такого типа — «Очень большая решетка» (Very Large Array, VLA) — построена в 1980 году в Национальной радиоастрономической обсерватории США. Ее 27 параболических антенн каждая диаметром 25 м и весом 209 тонн перемещаются по трем радиальным рельсовым путям и могут удаляться от центра интерферометра на расстояние до 21 км.

Сегодня действуют и другие системы: Вестерборк в Голландии (14 антенн диаметром 25 м), ATCA в Австралии (6 антенн по 22 м), MERLIN в Великобритании. В последнюю систему наряду с 6 другими инструментами, разбросанными по всей стране, входит и знаменитый 76-метровый телескоп. В России (в Бурятии) создан Сибирский солнечный радиоинтерферометр — специальная система антенн для оперативного изучения Солнца в радиодиапазоне.

Размером с земной шар

Тарелка диаметром 25 метров и весом 240 тонн в долине Оуэнс, США, — один из 10 инструментов американской сети РСДБ

В 1965 году советские ученые Л.И. Матвеенко, Н.С. Кардашев, Г.Б. Шоломицкий предложили независимо регистрировать данные на каждой антенне интерферометра, а потом совместно их обрабатывать, как бы имитируя явление интерференции на компьютере. Это позволяет разносить антенны на сколь угодно большие расстояния. Поэтому метод получил название радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) и успешно используется с начала 1970-х годов. Рекордная длина базы, достигнутая в экспериментах, составляет 12,2 тыс. км, а разрешение на волне порядка 3 мм достигает 0,00008’’ — на три порядка выше, чем у крупных оптических телескопов. Существенно улучшить этот результат на Земле вряд ли удастся, поскольку размер базы ограничивается диаметром нашей планеты.

В настоящее время систематические наблюдения ведутся несколькими сетями межконтинентальных радиоинтерферометров. В США создана система, включающая в себя 10 радиотелескопов в среднем диаметром 25 м, расположенных в континентальной части страны, на Гавайских и Виргинских островах. В Европе для РСДБ-экспериментов регулярно объединяют 100-метровый Боннский телескоп и 32-метровый в Медичине (Италия), интерферометры MERLIN, Вестерборк и другие инструменты. Эта система называется EVN. Имеется также глобальная Международная сеть радиотелескопов для астрометрии и геодезии IVS. А недавно в России начала действовать собственная интерферометрическая сеть «Квазар» из трех 32-метровых антенн, расположенных в Ленинградской области, на Северном Кавказе и в Бурятии. Важно отметить, что телескопы не закреплены жестко за РСДБ-сетями. Они могут использоваться автономно или переключаться между сетями.

Интерферометрия со сверхдлинными базами требует очень высокой точности измерений: необходимо зафиксировать пространственное распределение максимумов и минимумов электромагнитных полей с точностью до доли длины волны, то есть для коротких волн до долей сантиметра. И с высочайшей точностью отметить моменты времени, в которые проводились измерения на каждой антенне. В качестве сверхточных часов в экспериментах РСДБ используются атомные стандарты частоты.

Но не стоит думать, что у радиоинтерферометров нет недостатков. В отличие от сплошной параболической антенны диаграмма направленности интерферометра вместо одного главного лепестка имеет сотни и тысячи узких лепестков сравнимой величины. Строить карту источника с такой диаграммой направленности — это все равно, что ощупывать клавиатуру компьютера растопыренными пальцами. Восстановление изображения — сложная и, более того, «некорректная» (то есть неустойчивая к малым изменениям результатов измерений) задача, которую, однако, радиоастрономы научились решать.

Достижения радиоинтерферометрии

Радиоинтерферометры с угловым разрешением в тысячные доли секунды дуги «заглянули» в самые внутренние области наиболее мощных «радиомаяков» Вселенной — радиогалактик и квазаров, которые излучают в радиодиапазоне в десятки миллионов раз интенсивнее, чем обычные галактики. Удалось «увидеть», как из ядер галактик и квазаров выбрасываются облака плазмы, измерить скорости их движения, которые оказались близкими к скорости света.

Много интересного было открыто и в нашей Галактике. В окрестностях молодых звезд найдены источники мазерного радиоизлучения (мазер — аналог оптического лазера, но в радиодиапазоне) в спектральных линиях молекул воды, гидроксила (OH) и метанола (Ch4OH). По космическим масштабам источники очень малы — меньше Солнечной системы. Отдельные яркие пятнышки на радиокартах, полученных интерферометрами, могут быть зародышами планет.

Такие мазеры найдены и в других галактиках. Изменение положений мазерных пятен за несколько лет, наблюдавшееся в соседней галактике M33 в созвездии Треугольника, впервые позволило непосредственно оценить скорость ее вращения и перемещение по небу. Измеренные смещения ничтожны, их скорость во многие тысячи раз меньше видимой для земного наблюдателя скорости улитки, ползущей по поверхности Марса . Такой эксперимент пока находится далеко за пределами возможностей оптической астрономии: заметить собственные движения отдельных объектов на межгалактических расстояниях ей просто не под силу.

Наконец, интерферометрические наблюдения дали новое подтверждение существования сверхмассивных черных дыр. Вокруг ядра активной галактики NGC 4258 были обнаружены сгустки вещества, которые движутся по орбитам радиусом не более трех световых лет, при этом их скорости достигают тысячи километров в секунду. Это означает, что масса центрального тела галактики — не менее миллиарда масс Солнца, и оно не может быть не чем иным, как черной дырой .

Целый ряд интересных результатов получен методом РСДБ при наблюдениях в Солнечной системе . Начать хотя бы с самой точной на сегодня количественной проверки общей теории относительности. Интерферометр измерил отклонение радиоволн в поле тяготения Солнца с точностью до сотой доли процента. Это на два порядка точнее, чем позволяют оптические наблюдения.

Глобальные радиоинтерферометры также применяются для слежения за движением космических аппаратов, изучающих другие планеты. Первый раз такой эксперимент был проведен в 1985-м, когда советские аппараты «Вега-1» и «-2» сбросили в атмосферу Венеры аэростаты. Наблюдения подтвердили быструю циркуляцию атмосферы планеты со скоростью около 70 м/с, то есть один оборот вокруг планеты за 6 суток. Это удивительный факт, который еще ожидает своего объяснения.

В прошлом году аналогичные наблюдения с участием сети из 18 радиотелескопов на разных континентах сопровождали посадку аппарата «Гюйгенс» на спутник Сатурна Титан. С расстояния в 1,2 млрд. км велось слежение за тем, как движется аппарат в атмосфере Титана с точностью до десятка километров! Не слишком широко известно о том, что во время посадки «Гюйгенса» была потеряна практически половина научной информации. Зонд ретранслировал данные через станцию «Кассини» , которая доставила его к Сатурну. Для надежности предусматривалось два дублирующихся канала передачи данных. Однако незадолго до посадки было принято решение передавать по ним разную информацию. Но в самый ответственный момент из-за пока еще не выясненного сбоя один из приемников на «Кассини» не включился, и половина снимков пропала. А вместе с ними пропали и данные о скорости ветра в атмосфере Титана, которые передавались как раз по отключившемуся каналу. К счастью, в NASA успели подстраховаться — спуск «Гюйгенса» наблюдал с Земли глобальный радиоинтерферометр. Это, по-видимому, позволит спасти пропавшие данные о динамике атмосферы Титана. Результаты этого эксперимента еще обрабатываются в Европейском объединенном радиоинтерферометрическом институте, и, кстати, занимаются этим наши соотечественники Леонид Гурвиц и Сергей Погребенко.

РСДБ для земли
У метода радиоинтерферометрии есть и чисто практические применения — не зря, например, в Санкт-Петербурге этой темой занимается Институт прикладной астрономии РАН. Наблюдения по технологии РСДБ позволяют не только определять координаты радиоисточников с точностью до десятитысячной доли секунды дуги, но и измерять положения самих радиотелескопов на Земле с точностью лучше одного миллиметра. Это, в свою очередь, дает возможность с высочайшей точностью отслеживать вариации вращения Земли и подвижки земной коры.

Например, именно с использованием РСДБ было экспериментально подтверждено движение континентов. На сегодня регистрация таких движений уже стала рутинным делом. Интерферометрические наблюдения далеких радиогалактик прочно вошли в арсенал геофизики наряду с сейсмическим зондированием Земли. Благодаря им надежно регистрируются периодические смещения станций друг относительно друга, вызванные деформациями земной коры. Причем отмечаются не только давно уже измеренные твердотельные приливы (впервые зарегистрированные методом РСДБ), но и прогибы, возникающие под воздействием изменений атмосферного давления, веса воды в океане и веса грунтовых вод.

Для определения параметров вращения Земли в мире ежедневно ведутся наблюдения небесных радиоисточников, координируемые Международной службой РСДБ для астрометрии и геодезии IVS. Полученные данные используются, в частности, для выявления дрейфа плоскостей орбит спутников глобальной системы позиционирования GPS. Без внесения соответствующих поправок, получаемых из РСДБ-наблюдений, погрешность определения долготы в системе GPS была бы на порядки больше, чем сейчас. В некотором смысле РСДБ играет для GPS-навигации ту же роль, что точные морские хронометры для навигации по звездам в XVIII веке. Точное знание параметров вращения Земли также необходимо для успешной навигации межпланетных космических станций.

Леонид Петров, Центр космических полетов им. Годдарда, NASA

Инструменты будущего

По крайней мере в ближайшие полвека генеральной линией развития радиоастрономии будет создание все более крупных систем апертурного синтеза — все проектируемые крупные инструменты являются интерферометрами. Так, на плато Чахнантор в Чили совместными усилиями ряда стран Европы и Америки началось строительство системы антенн миллиметрового диапазона ALMA (Atacama Large Millimeter Array — Большая миллиметровая система Атакама). Всего здесь будет 64 антенны диаметром 12 метров с рабочим диапазоном длин волн от 0,35 до 10 мм. Наибольшее расстояние между антеннами ALMA составит 14 км. Благодаря очень сухому климату и большой высоте над уровнем моря (5100 м) система сможет вести наблюдения на волнах короче миллиметра. В других местах и на меньшей высоте это невозможно из-за поглощения такого излучения парами воды в воздухе. Строительство ALMA будет закончено к 2011 году.

Европейская система апертурного синтеза LOFAR будет работать на гораздо более длинных волнах — от 1,2 до 10 м. Она войдет в строй в течение трех ближайших лет. Это очень интересный проект: чтобы снизить стоимость, в нем используются простейшие неподвижные антенны — пирамиды из металлических стержней высотой около 1,5 м с усилителем сигнала. Зато таких антенн в системе будет 25 тысяч. Их объединят в группы, которые разместят по всей территории Голландии вдоль лучей «изогнутой пятиконечной звезды» диаметром около 350 км. Каждая антенна будет принимать сигналы со всего видимого неба, но их совместная компьютерная обработка позволит выделять те, что пришли с интересующих ученых направлений. При этом чисто вычислительным путем формируется диаграмма направленности интерферометра, ширина которой на самой короткой волне составит 1 секунду дуги. Работа системы потребует огромного объема вычислений, но для сегодняшних компьютеров это вполне посильная задача. Для ее решения в прошлом году в Голландии был установлен самый мощный в Европе суперкомпьютер IBM Blue Gene/L с 12 288 процессорами. Более того, при соответствующей обработки сигналов (требующей еще больших компьютерных мощностей) LOFAR сможет одновременно наблюдать на несколькими и даже на многими объектами!

Но самый амбициозный проект близкого будущего — SKA (Square Kilometer Array — Система «Квадратный километр»). Суммарная площадь его антенн составит около 1 км2, а стоимость инструмента оценивается в миллиард долларов. Проект SKA находится пока на раннем этапе разработки. Основной обсуждаемый вариант конструкции — тысячи антенн диаметром несколько метров, работающих в диапазоне от 3 мм до 5 м. Причем половину из них панируется установить на участке диаметром 5 км, а остальные разнести на значительные расстояния. Китайские ученые предлагали альтернативную схему — 8 неподвижных зеркал диаметром 500 м каждое, подобных телескопу в Аресибо. Для их размещения были даже предложены подходящие высохшие озера. Однако в сентябре Китай выбыл из числа стран — претендентов на размещение гигантского телескопа. Теперь основная борьба развернется между Австралией и Южной Африкой.

И целого мира мало

8-метровая раскрываемая в космосе антенна японского спутника HALCA — первого космического РСДБ-узла

Возможности увеличения базы наземных интерферометров практически исчерпаны. Будущее — это запуск антенн интерферометра в космос, где нет ограничений, связанных с размерами нашей планеты. Такой эксперимент уже проводился. В феврале 1997 года был запущен японский спутник HALCA, который проработал до ноября 2003 года и завершил первый этап в развитии международного проекта VSOP (VLBI Space Observatory Programme — Программа космической обсерватории РСДБ). Спутник нес антенну в виде зонтика диаметром 8 м и работал на эллиптической околоземной орбите, которая обеспечивала базу, равную трем диаметрам Земли. Были получены изображения многих внегалактических радиоисточников с разрешением в тысячные доли секунды дуги. Следующий этап эксперимента по космической интерферометрии, VSOP-2, планируется начать в 2011—2012 годах. Еще один инструмент такого типа создается в рамках проекта «Радиоастрон» Астрокосмическим центром Физического института им. П.Н. Лебедева РАН совместно с учеными других стран. Спутник «Радиоастрон» будет иметь параболическое зеркало диаметром 10 м. Во время запуска оно будет в сложенном состоянии, а после выхода на орбиту развернется. «Радиоастрон» будет снабжен приемниками для нескольких длин волн — от 1,2 до 92 см. В качестве наземных антенн космического интерферометра будут использоваться радиотелескопы в Пущино (Россия), Канберре (Австралия) и Грин-Бэнк (США). Орбита спутника будет очень вытянутой, с апогеем 350 тыс. км. С такой базой интерферометра на самой короткой волне удастся получить изображения радиоисточников и измерять их координаты с точностью до 8 миллионных долей секунды дуги. Это даст возможность заглянуть в ближайшие окрестности ядер радиогалактик и черных дыр, в глубины областей образования молодых звезд в Галактике.

Российскими учеными разрабатывается и более совершенный космический радиотелескоп для работы в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах — «Миллиметрон». Зеркало этого инструмента будет охлаждаться жидким гелием до температуры 4 Кельвина (–269°C) для уменьшения теплового шума и повышения чувствительности. Рассматривается несколько вариантов работы этого интерферометра по схемам «Космос—Земля» и «Космос—Космос» (между двумя телескопами на спутниках). Аппарат может быть запущен на такую же вытянутую орбиту, как в проекте «Радиоастрон», либо в точку Лагранжа системы Солнце—Земля, на расстоянии 1,5 млн. км в противосолнечном направлении от Земли (это в 4 раза дальше, чем Луна). В последнем варианте на волне 0,35 мм интерферометр «Космос—Земля» будет давать угловое разрешение до 45 миллиардных долей секунды дуги — в сотни тысяч раз лучше, чем в современных оптических инструментах!

Михаил Прохоров, доктор физико-математических наук
Георгий Рудницкий, кандидат физико-математических наук

Читайте также на сайте «Вокруг Света»:

  • Отражающий звезды
  • Надежды ледяной «АМАНДЫ»
  • Под созвездием Ориона
  • Южный крест над Нижним Новгородом
  • Телескоп для инопланетян

Теги

  • Декабрь 2006
  • Планетарий

Проект SKA — общедоступный веб-сайт

Распечатать эту страницу

Знаете ли вы?

Впечатление художника от СКА ночью

Проект Square Kilometer Array (SKA) — это международная попытка построить крупнейший в мире радиотелескоп с площадью собираемой площади более квадратного километра (один миллион квадратных метров). Масштаб SKA представляет собой огромный скачок вперед как в проектировании, так и в исследованиях и разработках в направлении создания и поставки уникального прибора, при этом детальное проектирование и подготовка в настоящее время идут полным ходом. Являясь одним из крупнейших научных проектов в истории, SKA соберет множество лучших ученых, инженеров и политиков со всего мира, чтобы воплотить проект в жизнь.

Беспрецедентная шкала

SKA в конечном итоге будет использовать тысячи тарелок и до миллиона низкочастотных антенн , что позволит астрономам наблюдать за небом с беспрецедентной точностью и исследовать все небо намного быстрее , чем любая существующая в настоящее время система.

Его уникальная конфигурация даст SKA непревзойденные возможности для наблюдений, значительно превышающие качество разрешения изображений космического телескопа Хаббл.

Он также сможет отображать огромные участки неба параллельно — подвиг, которого еще не достиг ни один обзорный телескоп такого масштаба с таким уровнем чувствительности. С рядом других крупных телескопов в оптическом и инфракрасном диапазонах, которые будут построены и запущены в космос в ближайшие десятилетия, SKA идеально дополнит, дополнит и проложит путь к научным открытиям.

Совместный хостинг

И регион Кару в Южной Африке, и Мерчисон-Шир в Западной Австралии были выбраны в качестве мест совместного размещения по многим научным и техническим причинам, от атмосферы над местами до радиомолчания, обусловленного тем, что они являются одними из самых удаленных мест на Земле. .

Karoo в Южной Африке разместит основные антенны высоких и средних частот, которые в конечном итоге охватят африканский континент. В австралийском графстве Мерчисон будут установлены низкочастотные антенны.

Глобальные усилия

В то время как 14 стран-членов являются краеугольным камнем SKA, около 100 организаций из примерно 20 стран участвуют в разработке и разработке SKA. Ведущие мировые ученые и инженеры работают над системой, для которой потребуются два суперкомпьютера, каждый на 25 % мощнее, чем лучший суперкомпьютер в мире в 2019 году, и сетевая технология, обеспечивающая поток данных со скоростью, в 100 000 раз превышающей прогнозируемую среднюю широкополосную связь в мире. скорости в 2022 г. (источник: CISCO; ноябрь 2018 г.).

Сотни тысяч, а со временем и до миллиона низкочастотных антенн будут расположены в Западной Австралии.

Поэтапная разработка

SKA разрабатывается поэтапно. Подготовка к строительству официально началась в 2013 году и продолжалась в течение семи лет, включая детальное проектирование и управление, необходимые для доведения SKA до готовности к строительству. Строительство СКА планируется начать в 2021 году, а обычные научные наблюдения — в конце 2020-х годов.

В Австралии низкочастотный телескоп SKA первоначально должен состоять из 512 станций, расположенных в виде большого ядра с тремя спиральными рукавами, разбросанными на расстоянии 65 км. Каждая станция будет содержать 256 отдельных антенн, что в сумме составляет более 130 000 антенн.

В Южной Африке к существующему телескопу-предшественнику MeerKAT с 64 тарелками будет добавлено 133 тарелки, всего около 200 тарелок, чтобы сформировать массив среднечастотных телескопов SKA. Большинство тарелок будет сконцентрировано в ядре с тремя спиральными рукавами, простирающимися более чем на 150 км.

Это является частью «базового плана проекта», согласованного описания атрибутов телескопа.

Однако, в отличие от телескопов с одной тарелкой, масштабируемость интерферометров, таких как SKA, означает, что со временем можно добавить больше антенн, чтобы увеличить его возможности. Конечное видение научного сообщества состоит в том, чтобы расширить SKA как на территории, так и в других африканских странах. Такое видение широко известно как полная SKA.

Стоимость СКА

Как и в случае с другими крупными инфраструктурными проектами, прогнозируемая стоимость SKA менялась с годами по мере уточнения его научных и инженерных требований, а также колебаний валютных курсов и инфляции. В 2020 году стоимость СКА, включая строительство и первые 10 лет эксплуатации (2021–2030 годы), оценивается примерно в 1,9 миллиарда евро в 2020 году.

В начале 2020 года совет директоров SKA, опираясь на убедительные сигналы от правительств, подтвердил, что предыдущий предел затрат на строительство, установленный в 2013 году, предусматривал сокращение количества антенн, первоначально построенных, чтобы уложиться в ограниченный бюджет. конверт, больше не будет применяться. В результате все усилия могут быть сосредоточены на обеспечении полного базового плана проектирования, описанного выше.

Сотни, а со временем и тысячи 15-метровых антенн средней и высокой частоты будут расположены в Южной Африке и Африке

Предшественники и первооткрыватели

Еще до того, как SKA заработает, ряд демонстрационных телескопов и систем, известных как первопроходцы и предшественники, уже работают или находятся в стадии разработки по всему миру, прокладывая путь для технологий, которые SKA должен будет стать пионером, чтобы сделать огромный данные, доступные ученым.

Ключевые цели науки

SKA сможет проводить трансформационную науку, открывая новые горизонты в астрономических наблюдениях. Ученые SKA сосредоточились на различных ключевых научных целях телескопа, каждая из которых изменит наше понимание космоса, каким мы его знаем.

От оспаривания исходной теории относительности Эйнштейна до пределов, рассмотрения того, как самые первые звезды и галактики образовались сразу после Большого взрыва, способом, который никогда ранее не наблюдался ни в каких подробностях, помогая ученым понять природу таинственной силы, известной как темная энергии, за открытие которой была присуждена Нобелевская премия по физике, благодаря пониманию огромных магнитных полей, пронизывающих космос, и, одной из величайших загадок, известных человечеству… одиноки ли мы во Вселенной, СКА действительно будет авангарде научных исследований.

Ожидается, что первые научные наблюдения начнутся в середине 2020-х годов с частичного массива.

членов СКА

Членами организации SKA являются

организации из 14 стран – Австралии, Канады, Китая, Франции, Германии, Индии, Италии, Новой Зеландии, Испании, ЮАР, Швеции, Швейцарии, Нидерландов и Великобритании. Эта глобальная организация управляется некоммерческой организацией SKA Organisation, штаб-квартира которой находится в обсерватории Джодрелл-Бэнк, недалеко от Манчестера в Соединенном Королевстве. На странице стран-участниц содержится дополнительная информация о странах, участвующих в SKA.

Самый большой в мире радиотелескоп готовится к запуску

Наука

ALMA — самый большой и самый дорогой радиотелескоп на Земле — начинает работу в среду. Это могло бы помочь ответить на вопросы о формировании Вселенной и о том, как она изменится.

Подобно деревьям, торчащим из земли, 66 современных радиотелескопов возвышаются над пустыней Атакама в Чили. Они являются частью системы, образующей крупнейший в мире радиотелескоп ALMA.

ALMA — это сокращение от Atacama Large Millimeter/sub-mm Array.

Планируется, что супертелескоп заработает в полную силу в среду (13 марта 2013 г.) после как минимум 10 лет подготовки.

Он был спроектирован так, чтобы выдерживать сложные условия, и расположен на высоте около 5000 метров над уровнем моря в одном из самых засушливых мест в мире, где перепады температур до 50 градусов по Цельсию и сильные ветры затрудняют строительство чего-либо.

Сейчас этот проект стал крупнейшим и самым дорогим астрономическим проектом в мире — его стоимость превышает 1 миллиард евро.

Но ученые говорят, что оно того стоит.

«Это сравнимо с переходом от невооруженного глаза к первому телескопу», — говорит Вольфганг Вильд, руководитель европейского проекта ALMA.

Условия в пустыне Атакама затруднили строительство телескопа Изображение: Vertex Antennentechnik

Отдельные радиотелескопы или антенны, образующие решетку, являются самыми совершенными из когда-либо созданных. Они могут принимать электромагнитное излучение на длинах волн в субмиллиметровом диапазоне. Соединённые воедино, они подобны огромному глазу — 16 километров в диаметре.

«Подключение нескольких антенн означает огромный прирост производительности, — говорит Уайлд. Астрономы хотят использовать изображения, которые получит телескоп, чтобы разгадать одну из самых больших тайн — как образовалась Вселенная.

Большой взрыв

Природа, какой мы ее знаем, была создана одним из самых невообразимых и странных явлений.

Трудно поверить, что разнообразие наших ландшафтов и окружающей среды основано примерно на сотне различных химических элементов. Но они.

И все это часть космического цикла жизни и смерти.

Подумайте о звезде.

Легкие элементы, такие как углерод, образуются в ядре звезды. Металлы, такие как золото и титан, создаются, когда эта звезда взрывается. А когда звезда взрывается, она распределяет внешнюю оболочку и элементы, которые образуются в ходе ее жизненного цикла.

Оболочки идут на создание облаков, а те, в свою очередь, производят новые звезды.

Но вопрос в том, как начался этот жизненный цикл.

Используя ALMA, астрономы хотят нацелиться на первую звезду, которая начала этот космический процесс более 13 миллиардов лет назад.

Инновационная технология

Большое количество высокотехнологичных антенн проекта ALMA было произведено в Германии.

Они были изготовлены с использованием новаторских точных технологий — каждый должен был обладать точно такими же свойствами, и только тогда их можно было подключить к глазу телескопа, интерферометру.

Ученые надеются, что телескоп прольет свет на Большой взрыв и то, как меняется Вселенная Изображение: Flickr/Крис Лэсли

«Изменение формы антенн должно было быть очень точным, чтобы их можно было преобразовать в сигнал. Это означает, что если бы одна антенна была намного выше, чем другие антенны, интерферометр не работал бы», — говорит Питер Фазель, отвечает за антенные технологии в немецкой компании Vertex.

Другая проблема заключается в том, что зеркало телескопа высотой 12 метров должно выдерживать экстремальные температуры.

Техники и инженеры, которые собирали телескоп, всесторонне протестировали его в базовом лагере.

Они хотели знать, имеют ли панели правильную форму и достаточно ли точно выровнены антенны.

После испытаний антенны были перевезены на конечное место в пустыне Атакама.

Для проекта были изготовлены специальные грузовики, позволяющие перевозить более 100 тонн оборудования и с точностью до миллиметра установить отдельные радиотелескопы.

Успешная фаза тестирования

Шестнадцать антенн были введены в эксплуатацию в 2011 году. Вольфганг Вильд говорит, что эти первые телескопы ALMA дали лучшие результаты, чем любые предыдущие изображения. Они даже открыли маленькие органические молекулы сахара.

«Этот сахар является строительным материалом для жизни», — говорит Уайлд. «Теперь мы можем рассуждать о том, широко ли распространена жизнь во Вселенной».

Астрофизики всего мира с нетерпением ждали, когда ALMA заработает на полную мощность.

Наконец-то он готов — все 66 антенн на месте.

Его вклад в наше понимание Вселенной очень ожидаем и отчасти предсказуем. Но Вольфганг Вильд говорит, что могут быть и сюрпризы.

«Это немного похоже на Галилея, — говорит Уайлд. «Вероятно, он не ожидал обнаружить спутники Юпитера, но потом был удивлен».

Крупнейший в мире радиотелескоп обнаружил признаки жизни за пределами Земли; Сигналы отличаются от предыдущих наблюдений

Крупнейший в мире радиотелескоп обнаруживает признаки жизни за пределами Земли; Сигналы отличаются от предыдущих наблюдений
Перейти к основному содержанию

Наука

Инопланетяне пытаются связаться с нами?

Автор

Хади Хан

>
Наука

500-метровый радиотелескоп Sky Eye с пятисотметровым сферическим телескопом (FAST) в Китае обнаружил несколько новых возможных искусственных сигналов, сообщает китайская государственная газета Science and Technology Daily. Означает ли это, что пришельцы прибыли? Давайте узнаем:-

Sky Eye, крупнейший в мире радиотелескоп, обнаружил сигналы, которые отличались от ранее найденных. Команда обнаружила два набора сомнительных сигналов в 2020 году при обработке данных, собранных в 2019 году., а затем еще один странный сигнал в 2022 году по данным наблюдения экзопланетных целей.

В государственном журнале был опубликован отчет 🇨🇳, в котором утверждалось, что телескоп Sky Eye (крупнейший в мире радиотелескоп), возможно, обнаружил признаки пришельцев, но затем он был удален. Подозрительный сигнал мог быть радиопомехой, но до сих пор непонятно, почему его удалили 👀 pic.twitter.com/8RSFC2WsUn

— Доктор Алхимия (@DrAlchemy79) 15 июня 2022 г.

😂😂
Почему?? Разве ты не хочешь знать, одни мы или нет? pic.twitter.com/pKpYl2vcmT

— Dr.Alchemy (@DrAlchemy79) 15 июня 2022 г.

СМОТРИ ТАКЖЕ: Первый друг на Марсе? Марсоход НАСА «Настойчивость» принял на вооружение «домашнюю скалу», которая отказывается покидать

По словам профессора Чжан Тунцзе, «подозрительный сигнал также может быть радиопомехой, что необходимо подтвердить или исключить в дальнейшем. Это может быть длительной процедурой». Он является руководителем Китайской исследовательской группы внеземных цивилизаций на факультете астрономии Пекинского педагогического университета.0004 Sky Eye, диаметр которого составляет 500 метров (1640 футов) и расположен в юго-западной китайской провинции Гуйчжоу, официально начал охоту на внеземную жизнь в сентябре 2020 года. Эти сигналы наблюдались множество раз, наиболее известным из которых является Сигнал «Вау» .

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: Летающие такси — способ взлететь в будущем? Да, говорит НАСА!

Инопланетяне хотят с нами общаться? или мы просто что-то упускаем? Мы не знаем, что вызывает эти сигналы, но я надеюсь, что это инопланетяне.

Изображение на обложке: Синьхуа

Рубрики: Наука, Китай

Рекомендуется для вас

  • Участник «Биг Босс 16» Абду Розик в детстве болел рахитом; Знайте осложнения и симптомы

    Самый маленький (и самый симпатичный) певец в мире рассказал о своей борьбе с рахитом.

  • 10 самых страшных ураганов всех времен

  • От «Годзиллы» до «Лихорадки в салоне»: 10 фильмов об экспериментах, пошедших ужасно неправильно

  • Это «кладбище солнц» больше, чем наша галактика Млечный Путь, и вызывает недоумение ученых

    На первой карте «подземного мира галактики» обнаружено кладбище, в три раза превышающее высоту галактики Млечный Путь.

  • В картинках: Отслеживание очаровательного путешествия «Мангалаана», первой миссии Индии на Марс

Тенденции на Mashable

  • ‘Bigg Boss 16’: Абду Розик официально признан самым симпатичным участником конкурса BB, поскольку Twitter приходит в восторг от его очаровательного запроса

    Отдайте трофей уже Абду Розику

  • «Викрам Веда» Твиттер-обзор: Фанаты говорят, что только Ритик Рошан и Саиф Али Кхан «могут делать ремейки лучше оригинала»

  • Все ради пиара? Фалгуни Патхак присоединяется к Нехе Каккар в «Indian Idol 13» на фоне споров о «Maine Payal Hai Chhankai»

    Фалгуни Патхак ранее говорила, что подаст в суд на Неху Каккар, если сможет

  • «Подберите его на чемпионат мира T20», Интернет умоляет, когда 49-летний Сачин Тендулкар разбивает огромную шестерку

    Достаточно сказано 😤 Вызовите его уже!