Содержание
Самый большой радиотелескоп снял место посадки Apollo 15 / Хабр
… и не увидел лунный модуль. Два месяца, как астрофизики мира простились с легендарным телескопом Arecibo, который долгое время обладал самой большой «тарелкой». Китайцы сделали «тарелку» ещё больше, но американцы тем временем модернизировали свои оставшиеся телескопы, и подняли их характеристику в четыре раза.
Трехсотметровая антенна Arecibo долгое время оставалась непревзойденной по площади — это важное преимущество для «прослушивания» очень удаленных и слабых источников радиоизлучения. Но для науки этот телескоп служил не только как «ухо», но и как «голос» — радаром, зондирующим объекты Солнечной системы. В этой роли Arecibo работал в паре с другими радиотелескопами, в последние годы часто с Green Bank Telescope. Телескоп Green Bank меньше — диаметр антенны 100 м, зато она поворотная, в отличие от Arecibo, и для таких тарелок — это бесспорный рекорд.
Диаметр антенны влияет не только на чувствительность телескопа, но и на его разрешающую способность, то, что фотографы называют резкость.
Разрешающая способность — это показатель насколько мелкие объекты или минимальное расстояние между ними способен рассмотреть телескоп. Разрешение зависит от двух параметров: диаметра телескопа и длины волны излучения, в котором ведется наблюдение. Так, для одинаковых по размеру телескопов, наблюдение на длине радиоволны 6 мм разрешение будет в 10 тыс раз хуже чем в наблюдении видимого света. То есть чтобы сравниться с 10-сантиметровым любительским телескопом, радиотелескоп должен иметь диаметр 1 километр.
К счастью, радиоастрономы догадались, как обойти это ограничение, если использовать несколько радиотелескопов на расстоянии. Один из способов — интерферометрия, когда объединяются данные от нескольких телескопов. Тогда диаметром считается расстояние между наиболее удаленными телескопами в общей системе. Например антенный массив ALMA состоит из 66 антенн и имеет общий диаметр 16 км, а 27 антенн VLA — диаметр 36 км.
Кстати, VLA вместе c Arecibo снималась в фильме «Контакт».
Если данные с телескопов снимать не аналоговым, а цифровым методом, то можно значительно расширить границы.
По сути телескопы можно расставить по всей Земле и тогда диаметр условного телескопа будет ограничиваться только диаметром планеты. Эта технология называется непроизносимым термином радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой. Впервые она была теоретически обоснована в СССР при участии Николая Кардашева, и под его же руководством был создан проект «РадиоАстрон» — космический радиотелескоп.
«РадиоАстрон» обладал тарелкой всего в 10 м, но объединяя работу с наземными станциями, позволял создавать радиотелескоп диаметром до десятков и сотен тысяч километров. С российским космическим телескопом работали практически все крупные наземные радиообсерватории, включая Arecibo, но американцы пошли своим путем. Они создали наземную сеть 25-метровых радиотелескопов VLBA, которая раскинулась на 9,5 тыс км от Гавайев до Карибского моря.
Российский аналог «Квазар-КВО» состоит из трех 32-метровых антенн и разнесен на расстояние 4,5 тыс км, на одной из его станций мне удалось однажды побывать.
Обычно сеть VLBA работает на приём астрофизических сигналов отдельно от Green Bank или Arecibo, а эти две обсерватории использовали другую технологию улучшения изображения — бистатическая визуализация. Похожую технологию используют авиационные или космические радары, зондирующие земную поверхность — SAR: Arecibo работал как гигантский радиопрожектор, «освещая» пролетавшие астероиды, Луну, Меркурий и спутники Юпитера, а стометровая антенна Green Bank принимала отраженные лучи. За счет разницы расположения между «освещающим» и принимающим телескопом качество картинки получалось лучше, чем если бы работал один одновременно и на излучение и на прием. Фактически тут действует тот же принцип, что и в интерферометрии — расстояние между двумя радиотелескопами определяют разрешающую способность как диаметр одного. В случае пары Arecibo-Green Bank — это 2,5 тыс. км, которые давали разрешение на Луне около 20 м, что в три раза лучше телескопа Hubble.
К сожалению, бистатический радар Arecibo-Green Bank дальше Юпитера не добивал, т.
к. вращение Земли уводило из «прицела» Arecibo далекие тела пока туда летел сигнал. Но и этого хватало более чем. Главным открытием этой технологии стало открытие водяного льда на Меркурии.
И «закрытие» льда на Луне.
Также Arecibo много работал в наблюдении пролетающих околоземных астероидов.
А потом он разрушился.
К счастью, ученые «подстелили соломку» и смогли установить мощный передатчик на стометровый Green Bank. Теперь он будет «прожектором», и за счет своей поворотной системы и большей мощности передатчика сможет добивать не только до Юпитера, но и до Урана и Нептуна. Принимать же данные будет наземная сеть VLBA.
Новая система Green Bank-VLBA провела первые испытания и телескопы обратили взор к месту посадки Apollo 15 в лунных Аппенинах. Разрешение этой панорамы около 5 м на пиксель.
Разрешающая способность нового снимка примерно в четыре раза превосходит лунную съемку прежней пары Arecibo-Green Bank.
Авторы съемки не уточнили удалось ли им увидеть какие-либо следы пребывания человека в рассмотренной местности, поэтому пришлось самому сравнить результаты радарной съемки и спутниковой.
Первое, что бросается в глаза — светлые пятна радарного снимка не всегда совпадают с оптическим. Это логично, т.к. яркое отражение в радиолучах дают дробленые камни, т.е. эти пятна — следы разбросанной породы вокруг молодых метеоритных кратеров. А вот ни тропинки, вытоптанные астронавтами, ни оставшаяся ступень лунного модуля в радиодиапазоне не видны. В разрешении 5 м, модуль должен занимать два пикселя, и если бы он обладал более ярким отражением радиоволн, то был бы виден.
Судя по всему, панели экранно-вакуумной теплоизоляции и противометеоритной защиты такой же хороший поглотитель и рассеиватель радиолучей, что и окружающий реголит. Хотя возможно и другое объяснение — алгоритм обработки данных мог «съесть» два ярких пикселя, решив, что это просто шум.
Для сравнения, в видимом диапазоне, на снимках пятиметрового разрешения от японского аппарата Kaguya темное пятно на месте лунного модуля видно благодаря контрасту с окружающим грунтом. Можно даже рассмотреть отрезок наиболее вытоптанного грунта в северо-западном направлении от места прилунения.
Место посадки Apollo 15 со спутника Kaguya
Ранее в эту же долину заглядывал и космический телескоп Hubble. Но у него разрешение всего 60 м, потому сумел рассмотреть лишь смутные признаки посадки — чуть более светлое «гало» разогнанной ракетными двигателями пыли.
Сравнение снимка телескопа Hubble (слева) и спутника LRO (справа).
Самые качественные, на сегодня, спутниковые снимки места посадки Apollo 15 доступны благодаря американскому аппарату LRO. Тут уже видны и тропинки, и следы ровера, и сам ровер, и оставленное оборудование, и мусор. Разрешение этого кадра в десять раз лучше японского — 0,5 м.
Место посадки Apollo 15 со спутника LRO
При увеличении мощности передатчика на телескопе Green Bank, возможно, качество лунных панорам ещё возрастет, хотя вряд ли они снова будут смотреть на Apollo. В Солнечной системе много других целей, интересных астрофизикам и планетологам.
С радиотелескопами и местами посадок американцев на Луну известен другой курьез. В конце 70-х гг в Советском Союзе построили большой наземный радиотелескоп РАТАН-600.
Для испытания астрономы направили его на Луну, и с удивлением обнаружили пять ярких источников радиоизлучения на поверхности. Оказалось, что это шли телеметрические данные с блоков приборов ALSEP, которые оставили американские астронавты. Они питались от радиоизотопных термоэлектрических генераторов и могли проработать ещё десятилетия. Но ученые NASA к тому времени уже утратили интерес к Луне, и погасили ALSEP вскоре после обнаружения советскими радиоастрономами.
Границы Солнечной системы, сигналы «Вояджера», самый мощный компьютер в мире
Зонд «Вояджер» и телескоп «Аресибо»
8 июня были опубликованы результаты многолетних исследований китайского радиотелескопа FAST. Они касаются повторяющихся радиосигналов, исходящих от загадочного источника, находящегося в глубине одной из самых старых и далёких галактик. Чтобы понять, почему именно радиотелескопы занимаются этим и почему именно китайские учёные впереди планеты всей, нужно сказать несколько слов о принципах работы радиотелескопов и о китайской космической программе.
Фото © Qu Honglun / China News Service via Getty Images
Радиотелескопы изучают координаты источников, пространственную структуру галактик, интенсивность излучения космических объектов, их спектр и уровень поляризации. Если обратиться к простым аналогиям, это сверхгигантская тарелка, которая засекает даже слабые радиосигналы. Он незаменим, если речь идёт о поиске нейтронных звёзд. Первые подобные машины появились ещё в 30-х годах прошлого века. Но эпоха гигантов началась в 60-х, когда появился 305-метровый «Аресибо». Когда в 90-х китайцы проектировали свой FAST, они ориентировались на «Аресибо», но пошли гораздо дальше. Во-первых, у китайцев более мощный отражатель, а угол обзора, чувствительность и фокусное расстояние почти в два раза больше, во-вторых, FAST, в отличие от статичного «Аресибо», регулируется системой гидравлических приводов, что значительно расширяет его возможности. Забавно, что гейм-дизайнеры по-своему обыграли историю с «Аресибо» и FAST. В шутере Battlefield 4, вышедшем в 2013 году, действие происходит в Китае, при этом на одной из мультиплеерных карт в точности воспроизведён «Аресибо».
Самый лучший день для науки: Давно покинувший Солнечную систему «Вояджер» встревожил учёных внезапным сообщением
FAST — самый большой радиотелескоп в мире
Справедливости ради следует уточнить, что «Аресибо» разрабатывали лет пять, строили три года, а все последующие десятилетия модернизировали, тогда как на создание гиганта FAST ушло 22 года, из них пять — только на строительство. Проектирование концепта, изучение технологий, ожидание технологического прорыва — на всё это нужно время.
Китайскому бюджету FAST обошёлся в 185 млн долларов, и неудивительно, что в первые годы эксплуатации Китайская академия наук отдавала предпочтение местным астрономам. И только когда открытия FAST потребовали уточнений и без зарубежных коллег было уже не обойтись, КНР включила зелёный свет исследователям из других стран. Примечательно, что в 2020 году «Аресибо» развалился (с 2010-го на него урезали финансирование, и это стало приговором), и вскоре FAST был официально пущен в эксплуатацию, хотя по факту работал на полную катушку с 2016 года.
Символизм ситуации в том, что с 2010 года китайцы взяли курс на звание главной астрофизической державы, и FAST — олицетворение их амбиций.
С помощью FAST изучают формирование и эволюцию галактик, свойства тёмной материи, а также объекты эпохи ионизации — между 550 и 800 млн лет после Большого взрыва. Он считается самым большим в мире радиотелескопом с 500-метровой заполненной апертурой (сплошной антенной). Стоит отметить, что самый большой в мире радиотелескоп с незаполненной апертурой, 576-метровый РАТАН-600, сделан в России и достоин отдельного разговора.
Как в «Интерстелларе»: «Очень большой телескоп» заснял огромное нечто в созвездии Ориона
Почему Китай называют Поднебесной
Телескоп назвали FAST не только потому, что это аббревиатура Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope, но и потому что он и вправду быстрый — в пять раз быстрее, чем «Аресибо». Перенастройка аппарата осуществляется при помощи робототехники, и такой уровень автоматизации позволяет назвать его полноценной небесной обсерваторией.
Вот уж действительно, небесная техника для Поднебесной.
Телескоп FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope)
Фото © Li Jin / VCG via Getty Images
Радиоэлектронная часть — венец конструкции. Это девять мощнейших ретрансляторов плюс отдельный 19-лучевой приёмник на линии нейтрального водорода. В мире телескопов FAST сравнивают с самым мощным компьютером в мире — если бы он стоял на земле и занимался вычислениями, равных ему по объёму данных, скорее всего, не нашлось.
FAST — настоящий охотник за нейтронными звёздами. По состоянию на май 2021 года китайской командой учёных зафиксировано свыше двухсот пульсаров и им подобных объектов, и речь идёт именно о подтверждённых. То, что FAST, — лаборатория по изучению законов физики, действующих в экстремальных для материи условиях, не новость, а данность. Интригует второе направление, по которому обсерватория двигается с 2019 года. Это те самые «загадочные сигналы из космоса». Тут-то и задействуются все радиоресурсы телескопа на полную мощь.
Диапазон частот телескопа FAST варьируется от 70 МГц до 3 ГГц. Предел «Аресибо» составлял 300 МГц.
Очень странные дела, или Китайский «Мандалорец»
«Небесный глаз Китая» очень чувствителен — любая бытовая техника может создать нежелательные помехи. Для космической науки это принципиальный момент — как-то американские астрофизики, работавшие с радиотелескопом «Паркс», на протяжении почти 20 лет изучали «странные сигналы», пока не выяснилось, что это всего лишь радиоволны, исходящие от микроволновки, в которой они разогревали свои сэндвичи.
Телескоп FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope)
Фото © Li Jin / VCG via Getty Images
В КНР, чтобы избежать погрешностей, поступили почти по-военному. FAST «поселили» в одном из отдалённых горных ущелий уезда Пинтан Цяньнань-Буи-Мяоского автономного округа провинции Гуйчжоу. Из-за того что его пришлось разместить так далеко, учёные стали называть FAST «Мандалорцем»: в честь героя сериала, который всегда сторонился шумных мест.
В радиусе 10 км от телескопа действует режим радиомолчания — под запретом строительство любых других объектов. В ходе проектирования FAST около девяти тысяч жителей провинции Гуйчжоу, проживавших в радиусе пяти км от будущей обсерватории, были переселены оттуда от греха подальше.
Странный сигнал из космоса: в поисках инопланетной жизни
20 мая 2019 года FAST зарегистрировал уникальный повторяющийся радиовсплеск, который внесли в картотеку под шифром FRB 190520. Подобные всплески можно фиксировать тысячами ежедневно, было бы подходящее оборудование. Сейчас даже FAST или его коллега — южноафриканский радиоинтерферометр Square Kilometre Array на такое не способны. Но большинство радиовсплесков случается единожды, появляется из ниоткуда, взрывается и уходят в вечность. FRB 190520B — совсем другое дело. Он периодически повторяется.
Когда учёные его хорошенько изучили, то выяснили, что сигнал поступает с окраин очень старой карликовой галактики, расположенной на расстоянии почти четырёх млрд световых лет от Земли.
Между мощными всплесками источник производит более слабое радиоизлучение. Исходя из этого можно с уверенностью сказать, что сигналы идут от компактного постоянного радиоисточника, природа которого пока не известна. Китайские учёные сделали вывод, что радиоисточник сформировался совсем недавно и находится в очень сложной плазменной среде.
С помощью радиотелескопа FAST международная группа под руководством астрономов Национальной астрономической обсерватории Китайской академии наук обнаружила активный повторяющийся быстрый радиовсплеск под названием FRB 20190520B.
Фото © Sun Zifa / China News Service via Getty Images
Ещё два года назад в КНР запустили амбициозную программу по поиску внеземного разума с использованием FAST. Для этого Китай даже включился в международную программу SETI 1959 года по поиску внеземных цивилизаций и возможному вступлению с ними в контакт.
В 2012 году, к примеру, в рамках SETI засветился телескоп «Кеплер», поймавший загадочные сигналы, исходящие от экзопланеты KOI 817, находящейся в 941,36 световых года от Земли.
Но у FAST совсем другие масштабы и амбиции. Конечно, тут уже идёт речь о коллаборации КНР c обсерваторией Very Large Array в Нью-Мексико и японским телескопом Subaru. В команду также входит астрофизик Кейси Лоу из Калифорнийского технологического института, именно он указал на идентичность зафиксированных сигналов друг другу. По последним данным, расстояние до сигнала может на самом деле составлять 8–9,5 млрд световых лет либо плотность плазмы вокруг источника чрезвычайно велика. Пока у учёных два варианта трактовки: либо на задворках старой галактики находится уникальный магнетар, то есть сильно намагниченная нейтронная звезда, либо инопланетный разум посылает Земле сигналы. Если американцы уже отчаялись связаться с другими цивилизациями (только «Вояджер» ещё подаёт какую-то надежду, но он вскоре может навсегда отключиться), то китайцы только входят во вкус.
Переполох в стиле «Вояджера»: Телескоп ALMA взбудоражил учёных неожиданными данными
Фото © Li Jin / VCG via Getty Images
Примет ли FAST инопланетные сигналы как «Вояджер»?
Да, примет, мощности хватает
Нет, не примет, и «Вояджер» тоже ничего не принимал
Свой вариант в комментарии
Евгений Жуков
- Статьи
- телескопы
- Вселенная
- Наука и Технологии
Комментариев: 4
Для комментирования авторизуйтесь!
Самые большие радиотелескопы в мире
Самые большие радиотелескопы в мире используются профессиональными радиоастрономами, и часто вы также можете их посетить.
Радиотелескопы — это необычные инструменты, оснащенные гигантскими параболическими или другими антеннами, предназначенные для работы в качестве одиночных инструментов или интерферометров. Они используются для изучения объектов во Вселенной на частотах радиоволн, но часто также используются для спутниковой связи или изучения атмосферы Земли. Здесь у вас есть список с некоторыми из крупнейших радиотелескопов в мире и краткое описание каждого инструмента.
Very Large Array — VLA (США)
Вероятно, один из самых известных радиотелескопов в мире благодаря таким фильмам, как «Контакт». система.
Крупнейшие радиотелескопы: VLA (Источник: Алекс Савелло)
Аресибо (Пуэрто-Рико)
До 2016 года это была самая большая параболическая антенна в мире благодаря ее диаметру 305 метров. Антенна размещена в естественном углублении в земле и не имеет крепления: радиотелескоп может указывать на разные области неба, перемещая центральный рупор.
Крупнейшие радиотелескопы: Аресибо (Источник: Обсерватория Аресибо)
GBT (США)
Радиотелескоп Роберта К.
Берда Грин-Бэнк имеет параболическую антенну с асимметричной поверхностью и внеосевое освещение. В Грин-Бэнке есть и другие крупные радиотелескопы, например, 43-метровый с экваториальной монтировкой.
Крупнейшие радиотелескопы: GBT (Источник: NRAO/AUI/NSF)
Атакама Большая миллиметровая/субмиллиметровая антенная решетка – ALMA (Чили)
Радиотелескоп ALMA включает в себя множество параболических антенн диаметром 7 и 12 метров, которые были установлены в пустыне Атакама в Чили на высоте около 5 000 метров над уровнем моря. Таким образом, он будет изучать также высокие радиочастоты, обычно блокируемые атмосферой.
Крупнейшие радиотелескопы: ALMA (Источник: NRAO/AUI/NSF)
FAST (Китай)
Сферический радиотелескоп с пятисотметровой апертурой (FAST)) — радиотелескоп, расположенный на юго-западе Китая. Он состоит из фиксированной антенны диаметром 500 м, построенной в естественной нише ландшафта, и является крупнейшим в мире радиотелескопом с заполненной апертурой.
Крупнейшие радиотелескопы: FAST (Кредит LIU XU)
Эффельсберг (Германия)
Благодаря огромной параболической антенне диаметром 100 метров это один из крупнейших радиотелескопов в мире. Этот радиотелескоп весит 3200 тонн и совершает полный оборот на 360 градусов за 12 минут.
Крупнейшие радиотелескопы: Эффельсберг (Фото CEphoto, Уве Аранас)
Медицина (Италия)
Рядом с Болоньей находятся два радиотелескопа: «Северный Крест», состоящий из антенной решетки в двух перпендикулярных плечах, и Параболическая антенна диаметром 32 метра, которая также используется в интерферометрических наблюдениях.
Крупнейшие радиотелескопы: Medicina (Источники: Филиппо Брадашиа)
Радиотелескоп Сардинии (Италия)
Этот радиотелескоп, построенный в 35 км от Кальяри, использует параболическую антенну диаметром 64 метра, спроектированную с высокой точностью (одну из лучших нескольких радиотелескопов мира) для возможности записи на высоких частотах (до 100 ГГц).
Крупнейшие радиотелескопы: СТО (Источник: INAF)
Радиотелескоп Ловелла (Англия)
Благодаря антенне диаметром 76 метров этот инструмент является одним из крупнейших в мире радиотелескопов с подвижным рефлектором. Он расположен в Jodrell Bank (Англия) и является частью английской интерферометрической системы MERLIN.
Крупнейшие радиотелескопы: Ловелл (Источники: Майк Пил; Центр астрофизики Джодрелл Бэнк, Манчестерский университет) параболическая антенна. Помимо радиоастрономии, он также использовался для сбора передач Аполлона-11 с Луны.
Крупнейшие радиотелескопы: Parkes (Источники: Стивен Уэст)
Решетка в квадратных километрах — SKA
В настоящее время изучается. Она использует сеть из тысяч антенн, установленных как в Австралии, так и в Южной Африке. Комбинируя записанные сигналы, можно будет получить площадь сбора, эквивалентную площади параболической антенны площадью 1 кв. км.
Крупнейшие радиотелескопы: SKA (Кредиты: Организация SKA)
Китай открывает крупнейший в мире радиотелескоп для международных ученых
На этой фотографии показан сферический телескоп с 500-метровой апертурой в провинции Гуйчжоу на юго-западе Китая.
(Изображение предоставлено НАО/FAST)
После краха исторической обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико Китай открыл крупнейший радиотелескоп в мире для международных ученых.
В Пинтане, провинция Гуйчжоу, стоит сферический телескоп с пятисотметровой апертурой (FAST), самый большой радиотелескоп в мире, превосходящий обсерваторию Аресибо, которая была самой большой в мире в течение 53 лет до строительства. FAST был завершен в 2016 году. После двух отказов кабелей в начале этого года радиотелескоп Аресибо рухнул в ноябре года, навсегда закрыв обсерваторию. Теперь FAST открывает свои двери для астрономов со всего мира.
«Наш научный комитет стремится сделать FAST все более открытым для международного сообщества», — сказал новостному агентству AFP Ван Цимин, главный инспектор центра эксплуатации и разработки FAST во время посещения телескопа , сообщает французский новостной сайт AFP. .
Связанный: Потеря гигантской тарелки Аресибо делает людей более уязвимыми для космических камней
Согласно отчету, в следующем (2021) году Китай будет принимать запросы от иностранных ученых, желающих использовать этот инструмент для своих исследований.
Благодаря своей массивной тарелке диаметром 1600 футов (500 метров) FAST не только больше, чем ныне разрушенный телескоп Аресибо, но и в три раза более чувствителен. FAST, который начал полноценную работу в январе этого года, также окружен 3-мильной (5-километровой) зоной «радиомолчания», в которой мобильные телефоны и компьютеры запрещены.
«Нас очень вдохновила его [Аресибо] структура, которую мы постепенно улучшали для создания нашего телескопа, — сказал Цимин.
Радиотелескопы, такие как FAST, используют антенны и радиоприемники для обнаружения радиоволн от источников радиоизлучения в космосе, таких как звезды, галактики и черные дыры. Эти инструменты также можно использовать для отправки радиосигналов и даже отражения радиоизлучения от объектов Солнечной системы (например, планет), чтобы увидеть, какая информация может вернуться обратно.
Исследователи могут использовать FAST не только для исследования Вселенной, но и для изучения инопланетных миров , определения того, находятся ли они в «зоне Златовласки » возле своей родительской звезды, а также для поиска инопланетной жизни.
Известно, что в 1974 году в Аресибо ученые, работающие над поиском внеземного разума, или SETI, , отправили межзвездное радиосообщение в шаровое скопление M13 в надежде получить подтверждение разумной внеземной жизни. Сообщение было написано в соавторстве с астрономом и научным коммуникатором Карлом Саганом, что помогло популяризировать Аресибо и радиоастрономию в целом.
Напишите Челси Год по адресу [email protected] или подпишитесь на ее Twitter @chelsea_gohd. Следите за нами в Твиттере @Spacedotcom и на Facebook.
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Челси «Фоксанна» Год присоединилась к Space.com в 2018 году и сейчас является старшим писателем, пишущим обо всем, от изменения климата до планетарной науки и пилотируемых космических полетов, как в статьях, так и в видео на камеру.