لقطة للسماء المرصعة بالنجوم "GLEAM" مصنوعة في نطاق موجات الراديو 70-230 ميجاهرتز. في وسط الصورة درب التبانة ، وعلى الجانبين - حوالي 300 ألف مجرة أخرى.يمتلك التلسكوب الراديوي الراديوي الفضائية
Astron حاليًا أكبر دقة زاوية بين جميع التلسكوبات ، وربما يكون أيضًا أنجح مشروع علمي لرواد الفضاء الروس بدون طيار.
أذونات راديو Astron كافية لتمييز الأقمار الصناعية على جانبي IEO المتقابلة من Proxima Centauri أو لتمييز إشارات جسمين في نهايات مدار الأرض عن الطرف الآخر من مجرتنا.سنتحدث اليوم عن الجانب التقني من عمل RadioAstron مع ألكسندر بلافين ، الباحث في
مختبر علم الفلك الراديوي خارج المجراة في مركز الفضاء لعلم الفلك التابع
لمعهد ليبيديف للفيزياء
ومختبر أبحاث الكائنات النسبية في MIPT.
تستخدم التلسكوبات الراديوية للتواصل مع راديو أسترون.ما هو متوسط إنتاج RadioAstron للبيانات العلمية يوميًا؟ ما حجم المساحات المستخدمة لتخزينها ومعالجتها؟باختصار ، ثم مباشرة من القمر الصناعي - حوالي 100 غيغابايت في اليوم ، من جميع التلسكوبات التي تعمل معًا - حوالي 5 تيرابايت. للمعالجة ، يتم استخدام مجموعة واحدة TFlop / s لكل وحدة معالجة مركزية ؛ للتخزين ، فإن إجمالي محركات الأقراص الصلبة والأشرطة التي تشغل غرفة واحدة بشكل أساسي.
بمزيد من التفاصيل: أثناء عمليات المراقبة المباشرة من القمر الصناعي ، يوجد دفق من البيانات العلمية بسرعة 128 ميجابت / ثانية + بيانات إضافية و + هامش. وتحقق هذه السرعة بثبات لأي موقع قمر صناعي في المدار - من 600 كم إلى 340 ألف كم. ومع ذلك ، في معظم الأحيان لا يلاحظ التلسكوب أي شيء. هناك ثلاثة أسباب رئيسية لذلك:
1) مقياس التداخل الراديوي ليس هوائيًا واحدًا ، بل عدة تلسكوبات راديوية تعمل بشكل مشترك ومتزامن. لذلك ، بالإضافة إلى القمر الصناعي الطائر Spektr-R ، هناك حاجة إلى هوائيات أرضية ، كلما كان أكبر (من حيث الحجم والكمية) كان ذلك أفضل. وبناءً على ذلك ، يجب أن تكرس هذه التلسكوبات وقتها للتعاون ، ولديها برامج مراقبة أخرى. وتحتاج إلى اختيار الوقت الذي يكون فيه الجسم المرئي مرئيًا من القمر الصناعي (هذه مشكلة صغيرة بالطبع) ومن جميع التلسكوبات المشاركة - وتدور الأرض.
2) يتم استقبال البيانات من راديو أسترون فقط من خلال واحد من هوائيين على الأرض: في
Pushchino (منطقة موسكو) وفي
Green Bank (الولايات المتحدة الأمريكية). وبناءً على ذلك ، يجب أن يكون القمر الصناعي مرئيًا من إحدى هذه المحطات طوال فترة المراقبة ، ويكون مرتفعًا جدًا فوق الأفق.
3) لم يتم تصميم معدات الاستقبال والإرسال على متن الطائرة لساعات طويلة من التشغيل المتواصل - إنها ترتفع درجة الحرارة ، سواء مباشرة من عملها أو من الشمس ، إذا سقطت على الجهاز في الاتجاه المناسب. في معظم الحالات ، لا يحد هذا من الملاحظات بشكل أساسي ، ولكن يحدث أن هناك حاجة إلى تقصير أو إلغاء جلسة معينة بسبب القيود الفنية من هذا النوع.
يتم الحصول على معظم البيانات من التلسكوبات الراديوية الأرضية التي تعمل معًا. والحقيقة هي أن الحساسية الفعالة لنظام التشغيل المشترك بأكمله (مقياس التداخل الراديوي) تزداد مع حساسية التلسكوبات الفردية ، لذلك يتم تسجيل البيانات من المحطات الأرضية في أوسع نطاق ، وبالتالي ، مع تيار كبير. عادة - بضع جيجابت / ثانية من تلسكوب واحد ، والذي يعمل في وقت واحد حتى بضع عشرات من وقت الجلسة - حتى عدة ساعات. تقع جميع هذه البيانات بطرق مختلفة (قنوات الإنترنت المخصصة خصيصًا ، وإرسال محركات الأقراص الصلبة عن طريق البريد ، وحتى نقل محركات الأقراص الصلبة إلى الاتجاه الصحيح من قبل الموظفين) في أقسام معالجة الارتباط: القسم الرئيسي في FIAN ACC في موسكو ، أيضًا في بون (ألمانيا).
الآن الكمية الإجمالية للبيانات هي pet5 بيتابايت ، يتم تخزينها بدءًا من التجارب الأولى ، ولا يتم التخطيط للحذف. على الرغم من حقيقة أن البيانات التي تتم معالجتها على جهاز الارتباط فقط هي التي تُستخدم مباشرةً (والتي ، في الواقع ، تستخرج الإشارة من المصدر ، وهي نفسها لجميع التلسكوبات ، من التداخل ، والتي تختلف في كل مكان) ولها أوامر بحجم أصغر حجمًا ، يمكن استخدام البيانات الخام الأصلية و في بعض الأحيان يتم استخدامها للمعالجة ، إذا تم تحسين / إصلاح شيء ما في الخوارزميات ، أو تم الحصول على معلومات أكثر دقة حول مدار القمر الصناعي. يتم تخزين البيانات على أقراص وأشرطة (أرشيف) ، وتشغل غرفة واحدة في الواقع. للمعالجة ، يتم استخدام مجموعة CPU بسعة إجمالية تبلغ حوالي 1 TFlop / s ، ≈100 نوى. هذا يكفي مع هامش: للملاحظة النموذجية ، يحدث الارتباط عدة مرات أسرع من الوقت الحقيقي ، مما يسمح لك بمقارنة المعلمات المختلفة بأمان وتأثيرها على النتيجة.
تصميم الجهازتوجد RadioAstron في مدار مطول للغاية: بقدر ما أفهم ، بالإضافة إلى إمكانية إجراء الملاحظات بهذه الطريقة في مجموعة واسعة من الظروف ، لا يزال هذا يسمح في معظم الوقت باستخدام الألواح الموضوعة في روسيا للتواصل؟بشكل عام ، لا يرتبط استطالة المدار واستخدام الهوائيات الروسية بشكل خاص بأي شكل من الأشكال - الأرض تدور. علاوة على ذلك ، يمكن تنفيذ استقبال البيانات بنفس القدر من النجاح من خلال أي من محطتي التتبع - واحدة في روسيا والولايات المتحدة. في كلتا الحالتين ، تم توريد معدات خاصة بشكل خاص ، سواء في الإرسال أو الإرسال.
يوفر استطالة المدار مزايا مختلفة:
- يعطي زوج من المقاريب الراديوية الموجودة في أماكن ثابتة قياس نقطة واحدة فقط في منطقة الترددات المكانية (تحويل فورييه من الصورة المرصودة) ؛ مع الأخذ بعين الاعتبار دوران الأرض ، يتم الحصول على قوس من القطع الناقص. كلما تم قياس المزيد من هذه النقاط / الأقواس (وبالنسبة لأكبر قدر ممكن من المسافات) ، كان ذلك أفضل لاستعادة الصورة. لذلك ، يسمح لك مدار ممدود بقياس الترددات المكانية ليس فقط على شكل بيضاوي واحد متمركز في الأرض ، لأنه سيكون لمدار دائري ، ولكن على مسافات متنوعة - من عدة آلاف من الكيلومترات (مسافات أصغر تغطيها فقط أزواج من التلسكوبات الموجودة على الأرض) بحد أقصى 300 + ألف كيلومتر ، وإن كان ذلك في اتجاه واحد فقط. غالبًا ما يتم استخدام مثل هذه الفرصة - يتم ملاحظة المصدر نفسه على مسافة كبيرة من القمر الصناعي ، وعندما يقترب منا.
- بمساعدة القمر الصناعي ، يتم أيضًا حل المشكلات العلمية الأخرى التي لا تتعلق بعلم الفلك الراديوي. على سبيل المثال ، يحتوي على أدق معايير الهيدروجين التي تم إطلاقها على الإطلاق في الفضاء (الساعات الذرية) ، مما يجعل من الممكن التحقق بأعلى دقة من وجود انحرافات عن الوقت الذي تنبأت به النسبية العامة (حتى لا توجد اختلافات). لهذا من المهم أن المدار ممدود للغاية.
أغلى مقراب أرضي في عصرنا (السعر 2 2 مليار دولار) هو SKA أو "مجموعة هوائي الكيلومتر المربع". في بداية العام الماضي ، تم تجميع أول عينة هوائي تتكون منها ، وسيبدأ بناء هذا العام.بالنسبة إلى 3 من أصل 4 ، يشير نطاق تشغيل RadioAston إلى تردد تشغيل واحد محدد: هل تتغير سرعة التلسكوب الراديوي باستمرار أثناء حركته في المدار المستخدم كنوع من "مُعدِّل التردد"؟إن سرعة القمر الصناعي منخفضة للغاية بالنسبة إلى سرعة الضوء بحيث لا تعطي أي فائدة للملاحظات - يتغير التردد بواسطة أجزاء صغيرة من النسبة المئوية. على الرغم من ، بالطبع ، هو تأثير دوبلر الذي يستخدم لقياس الدقة العالية لسرعة الجهاز - خطأ في الترتيب بالملليمتر في الثانية.
في هذا المبنى غير الواضح ، وُلد راديو أسترون. جولة صور مفصلة في مرصد Pushchino راديو علم الفلك متاح هنا .كم من الوقت الإجمالي تمكن راديو أسترون من التحميل تقريبًا؟في الواقع ، يتم الآن تنفيذ الملاحظات المباشرة حوالي 20 ٪ من الوقت ، دون مراعاة الإجراءات الفنية المختلفة: تفريغ اتجاه الحذافة ، وتسخين وتبريد أجهزة الاستقبال ، وإرسال الأوامر وتشخيص تشغيل جميع العقد ، والمحاذاة (توضيح الاتجاه) ، إلخ.
راديو المدارأسترون وأحزمة إشعاعيةيجب أن يقضي راديو Astron معظم الوقت خارج المجال المغناطيسي للأرض ويمر ما يقرب من 100 مرة في السنة من خلال أحزمة الإشعاع: هل الإشعاع المتراكم بواسطة الألواح الشمسية والإلكترونيات عاملاً مقيدًا لاستمرار تشغيله ، أم أن مدة خدمته محدودة بسبب موارد الحذافات التي تتحكم في موقعها / عامل آخر ؟؟؟ هل هناك أي تقديرات لمقدار ما يمكنه القيام به حتى الآن؟بالمناسبة ، بالتحديد بسبب المرور عبر حزام الإشعاع ، اتضح أنه من المفيد وضع أدوات مختلفة على أجهزة استشعار الجسيمات المشحونة بالقمر الصناعي للتحقيق المنتظم في مثل هذه البيئة من الأرض.
يمكن أن يقتصر وقت التشغيل على أي جهاز - حتى الإلكترونيات ، حتى الحذافة. تفشل العقد المختلفة تدريجياً ، وهو أمر متوقع - كانت الحياة المخطط لها 5 سنوات ، وراديو أسترون يطير بالفعل 6.5. ولكن من الممكن في الوقت الحالي تنفيذ (وإجراء) جميع أنواع الملاحظات تقريبًا ، دون خسائر كبيرة. من الأخير ، في صيف عام 2017 ، انتهى الهيدروجين لمعيار الهيدروجين (الساعات الذرية) على متن الطائرة ، لذلك يتم الآن إجراء الملاحظات في وضع التزامن مع الأرض. لا يوجد خطأ في ذلك - في الواقع ، كانت هذه الطريقة التي تم التخطيط لها في الأصل لجميع الملاحظات على الإطلاق. كان معيار الهيدروجين أشبه بالمعدات التجريبية ، ولكن تبين أنه يعمل دون أي مشاكل ويوفر الثبات العالي المطلوب للسفر. وفقا لذلك ، تم استخدامه للملاحظات لمدة 6 سنوات. من بين أمور أخرى ، هو أكثر ملاءمة من الناحية التنظيمية: على سبيل المثال ، الإشعاع من الأرض غير مطلوب ولا يحتاج إلى تنسيق.
هناك أيضًا عُقد تم حجزها في الأصل 2-3 مرات ، و 1-2 من هذه النسخ معطلة. على سبيل المثال ، الحذافات التي تدور وتدور الجهاز - الآن سرعة الدوران القابلة للتحقيق أقل بكثير من تلك التي كانت ممكنة في بداية العمل ، لكنها لا تزال ضمن الحدود المحسوبة. هناك شيء ما فقد بعض وظائفه - على سبيل المثال ، أحد الاستقطابات في بعض النطاقات غير متوفر للملاحظة.
كل ما سبق لا يتعارض مع مراقبة الطلبات وقبولها - الخصائص الرئيسية طبيعية. لا أحد يتعهد بالتنبؤ ببقية وقت العمل ، لأنه يكاد يكون من المستحيل تحديد متى تفشل أي عقدة حيوية تبقى في نسخة واحدة.
في منتصف عام 2016 ، أكملت راديو أسترون مهمتها الرئيسية لمدة 5 سنوات وشرعت في مهمة موسعة.ما هي أكبر الاكتشافات العلمية لراديو أسترون في الوقت الحالي؟أود أن أسلط الضوء على أهم الأشياء:
- اكتشاف أن تأثير التشتت الإشعاعي على الوسط النجمي لا يتكون فقط من "الضبابية" المتوقعة للصورة ، ولكن تظهر أيضًا تفاصيل صغيرة ، مثل "التموجات". من ناحية ، جعل هذا من الممكن أن نرى مع RadioAstron أشياء مختلفة مثل النجوم النابضة التي لن تكون مرئية لولا ذلك (مقياس التداخل غير حساس بشكل أساسي لبنية ممتدة / منتشرة موحدة) ، ومن ناحية أخرى ، يجب أن يؤخذ هذا التأثير في الاعتبار ، على سبيل المثال ، عند العمل مع
Event Horizon Telescope ، الذي يحاول أن يرى ظل الثقب الأسود في مركز مجرتنا. في الواقع ، نحن وفريق EHT نعمل عن كثب على هذه القضايا.
- الكشف عن السطوع العالي للغاية في مراكز المجرات النشطة. كان يعتقد في السابق (ليس فقط من الملاحظات - هناك نظريات فيزيائية معقولة تنبأت بذلك) أنها مرتبة من حيث الحجم أو اثنين أقل حيوية ، وبالتالي ، فإن هذا الاكتشاف يكمل فهمنا لهذه الأشياء بشكل كبير ، وقد تم دحض بعض الافتراضات للنظريات.
"من خلال استخدام الصور عالية الدقة مباشرة ، تمكنا من التحقيق لأول مرة في البنية الداخلية للطائرات (الانبعاثات) من المجرات النشطة ، وأجهزة الليزر الليزرية في أقراص الغبار في مجرتنا ، وأكثر من ذلك بكثير.
مزايا استخدام قياس التداخل باستخدام مثال لزوج من مقاريب 8 أمتار من مجمع VLT .يتمتع راديو Astron بدقة أعلى عدة مرات من التلسكوبات الراديوية الأرضية: هل كان من الممكن اكتشاف أي أنظمة ثنائية أو بصرية ثنائية للمصادر اللاسلكية بهذه الطريقة؟عند نفس الطول الموجي ، تكون الدقة أكبر بعشر مرات: نقارن قطر الأرض بـ 12 ألف كم و 340 ألف كم من المدار. على الرغم من عدم وجود اكتشافات محددة للأنظمة الثنائية على RadioAstron ، في الواقع ، حتى وقت قريب ، لم يكن هناك من يشارك في هذه المهمة - لا توجد أيدي كافية. هناك توقعات بأنه سيكون من الممكن العثور على شيء مثل هذا بناءً على بيانات المراقبة الموجودة.
مقارنة بين الصور في الأطياف المرئية والأشعة تحت الحمراء
لسديم النسر : هنا يمكنك أن ترى بوضوح كيف يسمح لك الطول الموجي الكبير بالنظر في
السحابة الجزيئية .
يشار الآن إلى أن الصين ستضع في المدار اثنين من أجهزتها على غرار راديو أسترون: هل هناك أي خطط يتم النظر فيها لاستكمال عمل التلسكوب الخاص بنا لإطلاق جهاز جديد بخصائص أفضل أو بالفعل في المدار الشمسي؟المشروع الصيني ليس "أفضل" من راديو أسترون ، إنه مختلف قليلاً فقط: إنه يستهدف نطاقات التردد الأعلى للموجات ، 8 و 22 و 43 جيجا هرتز. وبالمقارنة ، يعمل راديو أسترون بتردد 0.3 ، 1.6 ، 5 ، 22 جيجا هرتز - وهذا يعني ، تطابق نطاق واحد فقط. تنبعث أجسام مختلفة بترددات مختلفة ، كما تختلف خصائص الوسط النجمي ، وبالتالي فإن البيانات العلمية لهذه المشاريع تكمل بعضها البعض بشكل جيد.
ليس هناك جدوى من وضع مقياس التداخل الراديوي في المدار الشمسي إذا تم ملاحظته جنبًا إلى جنب مع المقاريب الأرضية - بالإضافة إلى المشاكل الواضحة لتحديد الدقة العالية لموقعه ، ما كتبته أعلاه يلعب دورًا هنا - من المستحسن جدًا أن يكون هناك تغطية كثيفة لمنطقة التردد المكاني بالقياسات. وإذا كان هوائي واحد على مسافة حوالي 1 AU ، وجميع التلسكوبات الأخرى على الأرض ، فإن الفوائد تكون أقل بكثير.
المستقبل القريب هو تلسكوب Spectrum-RG الجاهز تقريبًا (أشعة X-ray) ، والذي من المقرر إطلاقه في بداية عام 2019. هذا هو مشروع التلسكوب الفضائي بالأشعة السينية الوحيد في العالم للسنوات القادمة ، وهو أيضًا (مثل RadioAstron ، Spektr-R) سيقدم تحسينات ملحوظة في المراقبة مقارنة بالأجهزة الحالية.
شكرا جزيلا لألكسندر بلافين للمقابلة. إذا كنت تريد أيضًا أن تشكره أو تطرح عليه أسئلتك ، فإليك لقبه: chersanya