Содержание
история создания, новые открытия и поиск внеземного разума / Хабр
Сразу скажу, что речь о самом большом телескопе с заполненной апертурой, что касается других систем, то есть и более масштабные. Например, SKA (Square Kilometre Array), с приемными станциями, разбросанными на расстоянии до 3000 км от центра. Есть и радиотелескоп РАТАН-600 с незаполненной апертурой, диаметр которого составляет 576 метров.
Но сегодня поговорим именно о Fast — радиотелескопе, чаша которого представляет собой единое целое. Диаметр телескопа — 500 м, а построен он для изучения формирования и эволюции галактик, темной материи и вообще изучать историю возникновения Вселенной.
История создания
Системы подобного рода проектируются не один год, но еще больше времени занимает согласование крупных и мелких нюансов, набор сотрудников и вообще всякие рутинные операции. Создание FAST стартовало задолго до его официального старта проекта.
Идея появилась в начале 90-х, а разрабатывать концепт специалисты стали в июле 1994 года. Спустя 14 лет началось непосредственно проектирование. Процесс продвигался не особенно быстро, но все же продвигался.
В 2011 году стартовало строительство — оно началось в одном из отдалённых горных ущелий уезда Пинтан Цяньнань-Буи-Мяоского автономного округа провинции Гуйчжоу, Китай.
В 2015 году в радиотелескоп стали устанавливать отражающие элементы, а спустя год, в 2016, инженеры установили последний элемент из 4450.
Конечно, силами небольшой команды реализовать такой проект попросту невозможно. Поэтому к участию в подготовке концепта и строительству телескопа были привлечены сотни специалистов — ученых, строителей, инженеров и т.п. Некоторое время большинству пришлось даже жить вместе — в поселении, которое размещалось рядом с ущельем.
В 2016 году телескоп начал работу.
Правда, это была своего рода тестовая программа — в эксплуатацию он был сдан лишь в январе 2020 года, после того, как прошел этап приемки государственными чиновниками.
Характеристики и возможности
Основной рабочий элемент системы — это сам рефлектор, который, как и в случае ныне разрушенного телескопа из Аресибо, размещается в естественном углублении. Отраженные от рефлектора радиоволны фокусируются на приемнике, который находится на высоте в 140 метров от нижней части чаши. Собственно, здесь тоже все похоже на телескоп из Аресибо — приемник тоже подвешен на тросах. Стоит отметить, что кабелями управляют специальные системы — роботы, которые подтягивают или ослабляют тросы исходя из ситуации.
Частоты, с которыми работает телескоп — от 70 МГц до 3 ГГц. Стоит отметить, что характеристики FAST лучше, чем у телескопа из Аресибо (которого, напомню, уже нет, к сожалению). Дуга у Fast — 113°—120° градусов, а вот у Аресибо — 70°. В целом, FAST примерно в 2,5 раза более чувствительный, чем телескоп Arecibo Observatory.
Телескоп очень чувствителен к радиопомехам, в радиусе 5 км от него не должно быть никаких источников постороннего сигнала. Для выполнения этого требования китайцам пришлось переселить 8000 местных жителей.
Изучение Вселенной — весьма интересная тема, но у нас есть и другие статьи, оцените — мы рассказываем о:
→ Маленьких «малинках» в крупном дата-центре
→ Динамических ИБП в дата-центрах: как мы устанавливали Piller CPM300 с двойным преобразованием
→ Разборке редкого зверя от Nvidia — DGX A100
Открытия
Уже в ходе тестового запуска астрономам удалось зафиксировать сигнал, который исходил от пульсара, который расположен на расстоянии 1300 тыс. световых лет от нашей планеты.
В 2018 году сообщалось, что телескоп помог обнаружить 11 новых пульсаров. Речь идет о подтвержденных объектах. Всего же за два этих года телескоп обнаружил 51 звезду, которые по своим характеристикам схожи с пульсарами.
В мае этого года стало известно, что общее количество пульсаров, обнаруженных при помощи Fast, составляет уже 201 звезду. Информация была предоставлена Государственной астрономической обсерваторией при Академии наук Китая
Ученые Китая изучают пульсары, поскольку, как считают астрономы, это идеальная «лаборатория» для изучения законов физики, действующих в экстремальных для материи условиях.
Среди прочих открытий, которые сделаны при помощи FAST — три быстрых радиовсплеска, источники которых находились в разных секторах Вселенной. FRB длятся всего несколько миллисекунд, а их источники находятся в миллионах световых лет от Земли. Ученые считают, что каждый день на Земле можно улавливать несколько тысяч FRB — конечно, при условии наличия необходимых инструментов и ресурсов.
Поиск братьев по разуму
С пульсарами и FRB все более-менее понятно — у астрономов есть достаточно четкие методики и технологии обнаружения таких объектов и событий. Но при помощи FAST реализуется и еще одно важное направление изучения Вселенной — поиск внеземных цивилизаций.
В сентябре 2020 года Китай запустил масштабную программу по поиску внеземного разума с использованием «Небесного ока» (такое прозвище получил радиотелескоп). Для этого Поднебесная стала участником
SETI (Search for extraterrestrial intelligence). Сразу после этого гигантский радиотелескоп FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope), стал работать и для поиска внеземных сигналов.
Ну а сейчас стало известно, что FAST собираются задействовать для поиска самовоспроизводящихся зондов, которые известны в науке как «зонды Фон Неймана».
Эти зонды, будучи обнаруженными, могут стать решением парадокса Ферми. Один из вопросов в рамках парадокса состоит в том, что если во Вселенной существует множество цивилизаций, включая очень древние, то почему мы до сих пор не обнаружили следы их инструментов?
Есть и ответ на этот вопрос — мы просто потратили на наблюдения мало времени, плюс у нас нет (вернее, не было) достаточно мощных инструментов, которые позволяют вести такие наблюдения.
Телескоп FAST может обнаруживать зонды такого рода (при условии, что они излучают сигналы) на относительно большом расстоянии от Солнца.
Ученые предполагают, что зонды используют частоты, которые доступны для наблюдения радиотелескопом. Скорее всего, они «общаются» друг с другом при помощи частот, которые находятся в середине спектра, в котором работает FAST. Телескоп, по предположениям ученых, сможет обнаруживать не отдельные зонды, а их «стаи», созданные представителями цивилизаций II и III типа. То есть цивилизаций, освоивших ресурсы своей звездной системы и своей галактики соответственно — по классификации Кардашева. FAST, в теории, может обнаружить роботов на расстоянии до 16 000 световых лет в случае роботов цивилизаций II типа и до 400 млн световых лет в случае зондов, созданных цивилизациями III типа.
Самый большой радиотелескоп снял место посадки Apollo 15
… 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.
zelenyikot
Поддержать мою работу в популяризации космонавтики вы можете с помощью сервиса «Спонср». Эта поддержка очень важна для возможности продолжать рассказывать о важных и интересных событиях в космосе
Tags: apollo, Луна, Радиоастрон, астрофизика, конспирология
как проводят экскурсии на два крупнейших в Евразии телескопа
Посмотреть на два крупнейших в Евразии телескопа, посетить ночную экскурсию по звездному небу, узнать, как современные астрофизики исследуют Галактику и ищут новые экзопланеты: рассказываем, как проходят экскурсии в Специальной астрофизической обсерватории РАН в Карачаево-Черкесской Республике.
На Северном Кавказе, у подножия горы Пастухова расположена Специальная астрофизическая обсерватория (САО) РАН, в которой работают крупнейшие в Евразии телескопы: оптический Большой телескоп азимутальный (БТА) и радиотелескоп РАТАН-600.
Именно их показывают туристам, приезжающим в Карачаево-Черкессию.
После экскурсии в обсерватории туристы могут спуститься в академгородок, в поселок Нижний Архыз. Здесь в одном из помещений в 2019 году по инициативе сотрудника обсерватории был оборудован планетарий. В 2021 году он вошел в состав отдела научной информации и внешних связей САО РАН.
Ночная экскурсия по звездному небу — завершение туристической программы. Под руководством астрономов посетители могут провести настоящие астрономические наблюдения и увидеть в телескоп Млечный Путь. В среднем обсерваторию посещают порядка 15 тысяч туристов в год.
Крупнейшие телескопы в Евразии
Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук (САО РАН) оперирует несколькими оптическими телескопами и одним радиотелескопом. Оптические: Большой телескоп альтазимутальный (БТА), ЦЕЙСС-1000, ЦЕЙСС-600, три роботических телескопа, радиотелескоп РАТАН-600.
Экскурсии проводятся на Большой телескоп альтазимутальный (БТА) и РАТАН-600 (РАдиоТелескоп Академии Наук диаметром 600 метров).
Большой телескоп называется альтазимутальным потому, что может поворачиваться как вокруг вертикальной оси, так и вокруг горизонтальной. Астрономы в таких случаях говорят «ложится в горизонт». Это первый в мире построенный по альтазимутальной схеме и самый большой оптический телескоп в Евразии. Диаметр его главного зеркала — 6 метров.
Телескоп был спроектирован и изготовлен на Ленинградском оптико-механическом объединении. Только на подготовку проекта и изготовление деталей ушло шесть лет. Для сборки телескопа было выстроено здание высотой с 15-этажный дом, а сам телескоп получился высотой в 42 метра. Зеркало было изготовлено на Лыткаринском заводе оптического стекла. Стекло варили при температуре 1600°C и остужали в течение 736 суток. Затем заготовку зеркала (бланк) шлифовали и полировали в течение трех лет.
В 24-х метрах над зеркалом находится черный цилиндр — это стакан, или кабина, первичного фокуса.
В первые годы работы телескопа в ней сидели астрономы и делали снимки космических объектов на стеклянные пластинки. Работа была непростая: пока шла съемка небесного объекта с большой выдержкой, ученым приходилось сидеть абсолютно неподвижно в течение многих часов. Выдержка могла доходить до 7 часов. В наше время в кабине наблюдатели не сидят, здесь стоит специальная светоприемная аппаратура, сигнал от которой по оптоволокну поступает на компьютер астронома.
Наблюдения на оптическом телескопе проходят только ночью. Аппаратура меняется в зависимости от того, какие космические объекты нужно наблюдать: звезды нашей Галактики, газовые и пылевые туманности или галактики, которые находятся от нас на расстояниях миллионов световых лет.
РАТАН-600 — самый большой в России радиотелескоп с замкнутой кольцевой антенной переменного профиля. С его помощью ученые наблюдают за Солнцем, звездами, галактиками, кометами и другими небесными телами.
Впервые он был запущен в июле 1974 года.
Телескоп напоминает огромный круглый стадион диаметром 600 метров. Здесь расположены несколько кабин облучателей, которые двигаются по рельсам, плоская антенна и конусный облучатель, в настоящее время использующийся в качестве экскурсионной галереи.
Круговая антенна состоит из 895 алюминиевых щитов, которые отражают радиосигнал наблюдаемого космического источника (звезды, галактики или Солнца) на облучатель. Телескоп можно настраивать на нужную точку неба, меняя угол наклона щитов и позицию облучателя.
Найти планеты в лучах звезд
Все телескопы Специальной астрофизической обсерватории РАН работают по заранее составленной программе наблюдений. Астрофизики с их помощью изучают эволюцию и химический состав звезд, межзвездную среду и Солнце, анализируют процессы, происходившие в ранней Вселенной.
В обсерватории постоянно создаются новые, более совершенные приборы для астрономических наблюдений.
Так, сотрудниками лаборатории спектроскопии и фотометрии внегалактических объектов был создан ряд инструментов для изучения галактик, звезд, межзвездной и межгалактической среды. Один из этих приборов — многорежимный фокальный редуктор первичного фокуса 6-м телескопа SCORPIO. С его помощью можно получать снимки космических объектов и их спектры.
В лаборатории релятивистской астрофизики САО РАН был создан многоцветный панорамный фотометр-поляриметр с высоким временным разрешением. Прибор позволяет исследовать оптические пульсары, гамма-всплески в оптическом диапазоне, вести поиск одиночных черных дыр, изучать быструю переменность рентгеновских двойных источников космического излучения.
Относительно недавно на БТА был установлен новый спектрограф, созданный по последнему слову техники. Он позволяет с большой точностью измерять лучевые скорости звезд — то есть скорость, с которой звезда то удаляется от нас, то приближается из-за вращения вокруг общего центра масс с планетой.
Оптоволоконный эшелле-спектрограф высокого спектрального разрешения для БТА — один из немногих приборов мирового уровня в своем классе. Ученые САО РАН с его помощью начали изучать экзопланеты — планеты, вращающиеся вокруг других звезд. Обнаружить их довольно сложно, так как яркие звезды «затмевают» экзопланеты своим сиянием. Исследованием экзопланет занимается группа ученых во главе с директором САО РАН Геннадием Валявиным.
В САО РАН создан комплекс роботизированных телескопов с зеркалами диаметром 50 см. Они предназначены для поиска транзитов экзопланет (прохождение экзопланеты по диску звезды, в некотором роде аналогичное солнечному затмению, когда Луна проходит по диску Солнца). Таким способом можно обнаружить новые экзопланеты и другие субзвездные объекты, например, коричневые карлики, белые карлики и т.д. Также на робот-телескопах наблюдают галактики.
Для наблюдений на радиотелескопе РАТАН-600 приемники космического излучения также постоянно модернизируются, и создаются новые инструменты, например, способные более качественно бороться с помехами.
Работы выполнены при поддержке двух проектов Российского научного фонда, компьютерная обработка данных выполняется за счет гранта Минобрнауки России. Также при поддержке министерства проходят наблюдения на телескопах САО РАН.
Экскурсии по звездам
Посетить Большой телескоп альтазимутальный и радиотелескоп РАТАН-600 и услышать больше о научных проектах ученых, связанных с космосом, может любой желающий. Экскурсии на БТА и на РАТАН-600 проводятся каждый день и рассчитаны на людей любого возраста.
Туристы, прибывающие в обсерваторию, могут пройтись по галерее и увидеть фотографии строительства телескопа, его составных частей и научного оборудования, изображения космических объектов — звезд, галактик, черных дыр, планетарных туманностей, остатков взрыва сверхновых, нейтронных звезд, шаровых и рассеянных скоплений.
Одна из комнат галереи — это бывшая операторская, там находится пульт управления телескопом, который в настоящее время является музейным экспонатом.
Сотрудники САО РАН проводят для туристов научно-популярные лекции о космических объектах, которые наблюдаются в нашей Галактике и во Вселенной. На РАТАНе туристам рассказывают также об исследованиях Солнца.
В обсерватории есть гостиницы, где могут останавливаться туристические группы. В академгородке находится уникальный музей истории и культуры древних алан. В четырех километрах от академгородка расположено древнее аланское городище. Так что туристы могут «окунуться» не только в астрономию, но и в историю.
В планетарии демонстрируются полнокупольные фильмы, которые дополняют информацию, полученную на экскурсии. Фильмы рассчитаны на самую разную аудиторию. Есть фильм для детей — «Два стеклышка. Удивительный телескоп», который рассказывает о том, как был создан телескоп, и как развивалась наука астрономия. Другие фильмы, например, «Солнце и жизнь Земли», «Звездное небо и основы сферической астрономии», были созданы Ассоциацией планетариев России в рамках грантового направления «Поддержка проектов в области науки, образования и просвещения».
Более подробная информация об экскурсиях представлена на сайте: https://www.sao.ru/excursion/
В заключение отметим, что астрономия — это мировоззренческая наука. Она дает пищу для ума: человек начинает ощущать связь с космосом, понимать свое место во Вселенной. Одной из основных задач экскурсовода является объяснение роли фундаментальной науки в жизни общества. Ведь, как твердо убежден доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник САО РАН Сергей Фабрика, «фундаментальная наука сегодня — это техника завтра».
Самый большой в мире радиотелескоп еще более мощный и чувствительный
Фото Дэвида Паркера, 1997/Science Photo Library 450 футов ниже структуры, поддерживающей купол, в которой находится система отражателей, используемых для фокусировки радиоволн, принимаемых тарелкой телескопа. Это самый большой в мире радиотелескоп с одной тарелкой и самый мощный радар.
АРЕСИБО, Пуэрто-Рико. Пятилетняя модернизация самого чувствительного в мире радио- и радиолокационного телескопа в обсерватории Аресибо стоимостью 27 миллионов долларов будет посвящена в субботу, 14 июня, с Нилом Лейном, директором Национального научного фонда Педро Росселло.
, губернатор Пуэрто-Рико, Карлос Ромеро-Барселло, постоянный представитель Пуэрто-Рико в Конгрессе США, и Хантер Роулингс, президент Корнельского университета, помогая открыть новую эру радиоастрономии.
Телескоп, крупнейший в мире радиотелескоп с одной антенной (305 метров или 1000 футов) и самый мощный в мире радар, готов предоставить ученым подробную информацию об экзотических объектах в далекой Вселенной, детальные исследования комет и объектов внутри Солнечная система и новая информация о верхних слоях атмосферы Земли.
Модернизация, начатая в 1992 году, включает новую систему фокусировки радиосигналов с использованием системы грегорианских отражателей; новый, более мощный радиолокационный передатчик мощностью 1 млн. ватт; и наземный экран из стальной сетки высотой 50 футов для уменьшения помех от земли. Объект, управляемый Национальным центром астрономии и ионосферы Корнельского университета (NAIC) в рамках соглашения о сотрудничестве с NSF, был модернизирован за счет средств NSF и НАСА.
«Мы в Национальном научном фонде в восторге от того, что американские ученые смогут извлечь выгоду из существования этого необычного нового объекта, чтобы значительно улучшить наше понимание многих частей Вселенной, в которой мы живем», — сказал Хью Ван Хорн, директор Отделения астрономических наук Национального научного фонда.
«Модернизация, по сути, дает нам совершенно новое оборудование и новую возможность заниматься великой наукой, — сказал Хантер Ролингс, президент Корнельского университета. «Проект был чрезвычайно сложным мероприятием, которое требовало очень тщательной инженерии, и мы с нетерпением ждем возможности обратить этот могущественный глаз или ухо на вселенную».
Помимо Лейна, Росселло, Ромеро-Барселло, Роулингса и Ван Хорна, которые должны выступить на церемонии открытия, которая начнется в 11:00 в обсерватории, выступают: Даниэль Р. Альтшулер, директор обсерватории Аресибо; Пол Голдсмит, директор NAIC и профессор астрономии Корнелла; Роберт Дикман, координатор отдела радиоастрономических средств NSF; Кармен Пантойя, Смитсоновская астрофизическая обсерватория; Дональд Кэмпбелл, заместитель директора NAIC и профессор астрономии Корнелла; Гарольд Тейсс, главный инженер в отставке Управления космической связи НАСА; и Джозеф Тейлор, Принстонский университет.
Фото Дэвида Паркера, 1997 г./Science Photo Library
Центр для посетителей и образования Fundacion Angel Ramos расположен на вершине холма с видом на рефлекторную тарелку высотой 1000 футов в обсерватории Аресибо, Пуэрто-Рико. В центре есть экспонаты, актовый зал, переговорные, офисные помещения и смотровая площадка, с которой открывается захватывающий вид на радиотелескоп. Слева на высоте 450 футов над рефлекторной тарелкой подвешена конструкция, поддерживающая купол, в котором находится система отражателей, используемых для фокусировки радиоволн, улавливаемых 1000-футовой тарелкой телескопа.
Обсерватория Аресибо — это радио-/радиолокационный телескоп, который использует электромагнитное излучение или радиоволны для изучения явлений, происходящих на высоте 3 километра (около 2 миль) над Землей в верхних слоях атмосферы, или экзотических космических объектов, светящихся многими миллиардами световых лучей. лет назад, на краю известной вселенной.
Модернизация — вторая с момента постройки объекта в 1963 году — позволит ученым за один час сделать то, что раньше занимало 10 часов.
Чувствительность улучшится примерно в 20 раз для исследований Солнечной системы и примерно в три-четыре раза для исследований далеких галактик. Кроме того, доступно больше радиочастот с повышенной чувствительностью на всех частотах. Астрономы смогут «наблюдать» сигналы дальше и, таким образом, в более далеком прошлом, чем когда-либо прежде. Диапазон частот телескопа и, следовательно, его чувствительность, ранее составлявшие от 50 МГц до 3000 МГц, теперь увеличиваются до 10 000 МГц.
«Ученые стремятся использовать этот новый инструмент для различных исследований, — сказал Пол Голдсмит. «Мы будем смотреть на то, как формируются галактики и как рождаются звезды, на более слабые пульсары, спутники других миров и динамику верхних слоев атмосферы с большей пропускной способностью, большей ясностью, лучшим разрешением и большей чувствительностью, чем когда-либо прежде».
Модернизация находилась в стадии планирования, проектирования и строительства с начала 1980-х годов. За это время в нем приняли участие многие люди как из NAIC и Корнелла, так и из других учреждений в Соединенных Штатах и за рубежом.
«На протяжении долгого времени прилагались огромные усилия, чтобы воплотить первоначальную идею системы григорианских отражателей в реальность, которую вы видите сегодня», — сказал Дональд Кэмпбелл.
Неизменной при обновлении является фирменная отражательная тарелка Аресибо. Тарелка длиной 305 метров (1000 футов) не похожа ни на одну другую. В большинстве радиотелескопов используется параболическая антенна, которую можно направлять в любом направлении. Антенна Аресибо имеет сферическую форму и остается неподвижной, но фокусирующим устройством, подвешенным над тарелкой, можно управлять. Таким образом, сигналы могут быть захвачены с большей части неба.
Радиотелескоп улавливает и передает излучение в радиодиапазоне, в отличие от оптических телескопов, которые улавливают световые волны. Так что облака, дымка, даже дневной свет не мешают радиоастрономии. Большая тарелка — первичный рефлектор — это самая большая в мире антенна с одной тарелкой. Он улавливает эти электромагнитные волны и отражает их вторичному отражателю, заключенному в подвешенный над ним купол, который, в свою очередь, концентрирует их в фокусе.
После усиления сигналы по оптоволоконным кабелям передаются в операционный центр, где происходит дальнейшая обработка и регистрация данных.
Улучшения помогают Аресибо изучать все области. Три основные области внимания Аресибо — это наука об атмосфере, исследования солнечной системы и исследования нашей галактики и Вселенной. Во внегалактических исследованиях астрономы, изучающие крупномасштабную структуру Вселенной, имеют значительно улучшенную способность измерять скорости и массы галактик, что, в свою очередь, может дать ключ к разгадке «недостающей материи» Вселенной.
При изучении Солнечной системы кометы и околоземные астероиды можно изучать гораздо более подробно с помощью усовершенствованной радиолокационной системы. За пределами Солнечной системы становится доступным все большее число пульсаров, а с повышением чувствительности можно найти новые планеты, если они есть. Аресибо хорошо подходит для изучения химии звездообразования. Новые звезды формируются из холодных облаков пыли и газа, которые не излучают видимого излучения, но молекулярный материал испускает излучение в радиодиапазоне в самых холодных регионах галактики.
При изучении атмосферы динамика верхних слоев атмосферы может быть изучена более подробно. Исследования ионосферы, области земной атмосферы на высоте более 30 миль (50 км), состоящей из ионов — атомов, потерявших один или несколько электронов в результате солнечного ультрафиолетового излучения, — важны для понимания химии атмосферы Земли. верхние слои атмосферы, включая полярные сияния, грозы, молнии, космический мусор и метеориты.
ALMA — Самый большой в мире радиотелескоп — Взгляд в начало времен
2316
-й Собрание Общества
12 апреля 2013 г., 20:00
Аудитория Пауэлла в Cosmos Club
Взгляд в начало времен
Альберто Д. Болатто
Кафедра астрономии
Университет Мэриленда, Колледж-Парк
Видео
Вы также можете посмотреть это видео на YouTube-канале PSW Science 9.
0003
О лекции
13 марта 2013 года на севере Чили состоялось открытие самого мощного телескопа для миллиметровых и субмиллиметровых волн. Названный ALMA («душа» по-испански), массив состоит из 66 параболических радиотарелок исключительной точности, которые вместе работают как интерферометр, образуя эквивалент телескопа диаметром в несколько километров. Это продукт всемирного сотрудничества, расположенный высоко на плато Атакама, на высоте 5000 метров над уровнем моря, в одном из самых засушливых мест на Земле, где атмосфера прозрачна для очень высокочастотных радиоволн. Эти волны позволяют нам проникать сквозь пелену пыли вокруг только что образовавшихся звезд, наблюдать за галактиками в очень ранней Вселенной и обнаруживать молекулы в межзвездном пространстве. Обладая чувствительностью и разрешением более чем на порядок лучше, чем его предшественники, ALMA позволит сделать качественный скачок в нашем понимании процессов, которые формируют звезды и планетарные системы, галактики и, в конечном счете, Вселенную.
В этом докладе я опишу прибор, лежащую в его основе технологию, некоторые из первых научных результатов и вероятные научные прорывы, которые будут сделаны с его использованием.
О спикере
АЛЬБЕРТО ДАНИЭЛЬ БОЛАТТО родился в Монтевидео, Уругвай. Он изучал электротехнику и астрономию в Universidad de la República, получив Licenciado en Astronomía, занимаясь исследованиями кометной динамики и гравитационного микролинзирования. В 1993 году он стал научным сотрудником Президентского университета Бостонского университета, где получил степень доктора философии. в астрономии, работая с Джеймсом М. Джексоном в субмиллиметровой астрономии. Он четыре раза ездил на исследовательскую станцию Южного полюса, работая над AST/RO (антарктическим субмиллиметровым телескопом и удаленной обсерваторией), и каждый раз проводил на льду около месяца. Он был научным сотрудником с докторской степенью, а затем астрономом-исследователем в Калифорнийском университете в Беркли, где он занимался разработкой инструментов (построение комбинированного массива для исследований в области астрономии миллиметрового диапазона, CARMA) и внегалактическими науками.
С 2007 года он является профессором кафедры астрономии Мэрилендского университета. Он является стипендиатом NSF CAREER Fellow, стипендиатом Коттрелла и стипендиатом Гумбольдта, обладателем медали за службу в Антарктике, а также заместителем председателя (Северная Америка) Научного консультативного комитета ALMA. У Альберто и его жены Лилианы трое замечательных детей, и они очень заняты.
Протокол
Президент Джон Ингерсолл объявил 2316-е собрание открытым в 20:24 12 апреля 2013 года в аудитории Пауэлла клуба «Космос». Г-н Ингерсолл объявил порядок работы и представил трех новых членов Общества, включая докладчика вечера. Г-н Ингерсолл также отметил кончину давнего члена Теда Рокуэлла и выразил соболезнования его семье и друзьям от имени Генерального комитета.
Протокол 2315-го собрания зачитан и утвержден.
Затем г-н Ингерсолл представил докладчика г-на Альберто Болатто из Университета Мэриленда. Г-н Болатто выступил с докладом «ALMA — Самый большой в мире радиотелескоп: взгляд в начало времени»
Г-н Болатто начал с описания Вселенной с точки зрения космолога, где обычная материя и энергия потенциально составляют менее 5 % Вселенной.
По его словам, темная материя не имеет каких-либо известных электромагнитных взаимодействий, но некоторые теории предполагают, что она состоит из слабо взаимодействующих массивных частиц, не являющихся частью современной стандартной модели. Следовательно, темная материя может оказывать огромное влияние на крупномасштабную структуру Вселенной, которая, как показали исследования, полна массивных стен, пузырей и волокон многих галактик.
Г-н Болатто затем описал моделирование, в котором множеству галактических частиц позволено двигаться под действием гравитационных взаимодействий из почти однородных начальных условий, о чем свидетельствует наблюдаемое космическое фоновое излучение. По его словам, по прошествии смоделированного времени огромные группы галактик разрываются и в конечном итоге коллапсируют в нитевидную структуру, напоминающую наблюдаемую Вселенную. Однако результаты моделирования трудно сравнивать с наблюдениями, и они демонстрируют значительные различия в распределении массы, что подразумевает необходимость лучшего понимания процесса аккреции массы.
Г-н Болатто объяснил, что Атакамская Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка (ALMA) исключительно хорошо подходит для получения информации об этих переходах структуры массы, фокусируясь на ранних процессах звездообразования. Считается, что аккреция барионов в ранние гравитационные ямы приводит к образованию молекулярного газа, который приводит к образованию звезд и, в конечном итоге, планет в качестве побочного продукта, а затем это приводит к образованию галактик и крупномасштабных структур галактик. По его словам, ALMA способна тщательно наблюдать почти за каждым этапом этого процесса со своего 5000-метрового участка на сухой равнине Чайнантор в пустыне Атакама на севере Чили.
Г-н Болатто отметил, что пустыня Атакама является самой засушливой на Земле, обеспечивая захватывающую прозрачность атмосферы на более высоких частотах, которые в первую очередь интересуют ALMA. теоретически потребовалась отражающая тарелка диаметром почти два километра. Таким образом, ALMA представляет собой не одну параболическую тарелку, а массив множества антенн, действующих как парный радиоинтерферометр.
Каждый из 129По его словам, 1 пара антенн аналогична эксперименту Юнга с двумя щелями, создающему интерференционную картину, в которой информация о фазе дает информацию о местоположении источника, а информация об амплитуде косвенно дает информацию о форме источника.
Г-н Болатто продолжил описание каждой антенны, состоящей из отражающей тарелки диаметром двенадцать метров с точностью поверхности 25 микрон и криогенного приемника, сверхпроводники которого должны охлаждаться до 4К. Рядом с антеннами находится коррелятор, суперкомпьютер специального назначения со 134 миллионами процессоров и производительностью 17 000 терафлопс, который преобразует необработанные данные о парных помехах в единое наблюдение. Общая стоимость инструмента в 1,4 миллиарда долларов, поддерживаемая международным партнерством двадцати стран, делает ALMA самым дорогим наземным телескопом в эксплуатации.
Затем г-н Болатто представил несколько многообещающих научных результатов первого года работы ALMA.
Диск обломков вокруг звезды Фомальгаут, ранее отображавшийся оптически с использованием рассеянного света, наблюдался непосредственно с помощью теплового излучения пыли в кольце. Наблюдаемая тонкость кольца предполагает, что должны присутствовать планеты-шепарды определенной массы для поддержания структуры кольца, механика, аналогичная лунам-шепардам, ответственным за кольца Сатурна. По его словам, еще один косвенный метод обнаружения планет включал выявление возмущающих масс, ответственных за ранее ненаблюдавшиеся динамические стримеры из газового кольца вокруг звезды.
Г-н Болатто продолжил описывать, как ALMA обнаружила простой сахар в спектре протозвезды, первый раз, когда сахар был обнаружен в космосе и, возможно, ключевая веха в понимании космической химии, связанной с формированием биологических молекул. Кроме того, наблюдения за соседней галактикой со вспышкой звездообразования позволили понять перенос массы от галактического ядра через ветры молекулярного газа, приводимые в движение сверхновыми.
Наконец, наблюдения за неопознанными яркими объектами, обнаруженными во время предыдущего исследования телескопа Южного полюса, выявили отличительные признаки гравитационного линзирования на космологических расстояниях, что указывает на увеличение числа массивных галактик, которые, по оценкам, образовались в начале истории Вселенной.
В заключение г-н Болатто отметил, что ALMA добилась многих многообещающих результатов, поскольку строительство завершено менее чем на четверть. Он считает, что ALMA изменит наше понимание Вселенной и особенно процесса звездообразования, что сделает этот период фантастическим временем для астрономических открытий. Кроме того, он задался вопросом, не начала ли астрономия миллиметрового диапазона переходить к новому режиму, когда сбор огромных объемов данных позволяет астрономам создавать более общие теории о природе и процессах во Вселенной.
На этом он закончил свое выступление, и мистер Ингерсолл предложил вопросы.
Кто-то задавался вопросом, как ALMA будет сравниваться с запланированным космическим телескопом Джеймса Уэбба.
Г-н Болатто отметил, что JWST фокусируется на инфракрасных сигналах с немного более короткими длинами волн, чем у ALMA, что делает ее очень взаимодополняющей обсерваторией.
Другой вопрос касался того, какая новая обсерватория может быть запланирована после завершения строительства ALMA. Г-н Болатто пояснил, что замена обсерватории пока не планируется, но бюджет ALMA будет финансировать текущие технические усовершенствования для повышения производительности обсерватории с течением времени.
После периода вопросов и ответов г-н Ингерсолл поблагодарил спикера, сделал обычное объявление и пригласил гостей подать заявку на членство. В 21:50 президент Джон Ингерсолл перенес 2316-е собрание на час общения.
Посещаемость: 61
Погода: Пасмурно
Температура: 18°C
С уважением,
Джастин Стиматце,
Секретарь записи
Абсолютно массивный китайский радиотелескоп FAST
теперь полностью готов к работе : ScienceAlert
Самый большой и самый чувствительный радиотелескоп в мире официально открыт для работы, сообщает Синьхуа, официальное государственное СМИ Китая.
Радиотелескоп FAST впервые увидел свет в 2016 году, но с тех пор он проходит испытания и ввод в эксплуатацию.
FAST означает сферический телескоп с пятисотметровой апертурой. Прозвище FAST — Тяньян, что означает «Око Неба» или «Око Неба». Он построен в естественной впадине в Гуйчжоу, на юго-западе Китая.
Среди прочего, его научные цели — изучение пульсаров. FAST уже обнаружил два из них в августе 2017 г.
Название FAST не совсем точное. Хотя он имеет диаметр 500 метров (1640 футов), в любой момент времени используется только 300 метров. Телескоп активен и может меняться так, чтобы на приемнике был сфокусирован один 300-метровый сегмент.
Согласно Синьхуа, все технические показатели FAST соответствуют или превышают запланированные уровни. FAST — это мощный радиотелескоп, и ученые считают, что он сделает несколько крупных открытий, особенно в первые пару лет своего существования.
Научные цели FAST включают:
- Крупномасштабное исследование нейтрального водорода
- Наблюдения за пульсарами
- Ведущая международная сеть интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI)
- Обнаружение межзвездных молекул
- Обнаружение сигналов межзвездной связи
- Временная матрица Pulsar
FAST также проведет два обзора неба, которые займут около пяти лет.
Чтобы проанализировать все эти данные, потребуется еще десять лет. Тем не менее, в рабочем графике телескопа есть место для гибкости, чтобы преследовать любые неожиданности, которые возникают.
Исследования займут около половины времени наблюдения телескопа, оставив место для таких целей, как поиск экзопланет с магнитными полями, которые, вероятно, имеют решающее значение для жизни.
Возможности FAST уже известны астрономам. Телескоп обнаружил два новых пульсара в августе 2017 года. Фактически, всего за два года телескоп обнаружил 102 пульсара.
Синьхуа отмечает в своем пресс-релизе, что это больше, чем общее количество пульсаров, открытых исследователями в США и Европе за тот же период времени.
Чувствительность FAST позволяет измерять время пульсаров примерно в 50 раз точнее, чем раньше. С помощью FAST исследователи впервые смогут измерять чрезвычайно низкочастотные гравитационные волны наногерцового диапазона.
С точки зрения охвата неба FAST — это огромный шаг вперед для радиоастрономии.
Он в четыре раза расширил объем космического диапазона, который могут эффективно исследовать радиотелескопы.
Это скачок, и это означает, что «ученые могут открыть больше неизвестных звезд, космических явлений и законов Вселенной или даже обнаружить внеземную жизнь», — сказал Ли Кэцзя, ученый из Института астрономии и астрофизики Кавли в Пекине. Университет.
Китай никогда не уклоняется от грандиозных заявлений о своих достижениях, но в этом случае FAST может оказаться поистине революционным.
FAST был завершен в 2016 году, через двадцать лет после того, как он был впервые предложен. Его строительство обошлось примерно в 170 миллионов долларов США. Он находится в ведении Китайской национальной астрономической обсерватории, входящей в состав Китайской академии наук.
Китай намерен разрешить международным исследователям использовать объект, отражая то, как другие астрономические объекты используются по всему миру. К настоящему моменту FAST уже использовали почти десять ученых из других стран.
FAST заменил предыдущий крупнейший в мире радиотелескоп, обсерваторию Аресибо в Пуэрто-Рико. Оба телескопа представляют собой большие параболические тарелки, и оба могут одновременно использовать только часть своей площади.
Но FAST не просто больше, он работает иначе и более гибок. В то время как Arecibo имеет фиксированную форму, FAST может менять форму своей поверхности. FAST похож на сегментированный зеркальный телескоп. Его поверхность состоит из почти 4500 отдельных панелей. На нижней стороне находится более 2200 лебедок, которые могут формировать поверхность, образуя параболу, направленную в разные части неба.
БЫСТРАЯ тарелка также значительно глубже, чем Аресибо, что дает более широкое поле зрения.
Аресибо может использовать всю свою поверхность, чтобы наблюдать за чем-то прямо над головой, но это бывает редко. Объекты обычно не находятся в зените и наблюдаются под углом и имеют площадь поверхности всего около 221 метра в диаметре. Апертура FAST диаметром 300 метров является значительным преимуществом.