قبل سبع سنوات ، بمساعدة
صاروخ Zenit-3F مع كتلة الداعم
Frigate-FB ، ربما تم إطلاق المشروع العلمي الأكثر إنتاجية في التاريخ الحديث للملاحة الفضائية الروسية ، تلسكوب
راديو أسترون ، إلى المدار. سيتم مناقشة تاريخ هذا المشروع وعمله اليوم.
تاريخ المشروع
في عام
1965 ، اقترح ثلاثة علماء سوفييتيين (كارداشيف وماتفينكو وشولوميتسكي) مفهوم
قياس التداخل الراديوي بقواعد طويلة جدًا حيث تسمح التلسكوبات الراديوية المتباعدة عبر مسافات طويلة بالعمل المشترك للحصول على دقة تتوافق مع المسافة بينهما. أجريت التجارب الأولى في هذا الاتجاه باستخدام مقاريب أرضية ، ولكن فقط بإزالة أحد المقاريب إلى الفضاء ، ستسمح هذه الطريقة بالحصول على نتائج مذهلة حقًا. كان "انهيار القلم" الأول في هذا الاتجاه هو المرصد الراديوي
KRT-10 الذي يعمل في محطة ساليوت من يوليو إلى أغسطس 1979. وللمرة الأولى ، أجريت تجارب مماثلة مع التلسكوب الأرضي 70 متر
RT-70 . وفي عام
1980 ، تقرر بناء 6 تلسكوبات لاسلكية فضائية ، من بينها مشروع Spektr-R ، الذي حصل لاحقًا على اسم RadioAstron.
في أوائل التسعينات ، تم إنشاء النسخ التجريبية الأولى من أجهزة استقبال التلسكوب الراديوي ، وفي عام 1994 تم إجراء الاختبارات الأولى للمرآة ، وفي
عام 2003 تم إجراء الاختبارات الأولى للنموذج الأولي للتلسكوب الفضائي في مرصد Pushchino Radio Astronomy ، والذي تقرر ، بسبب التأخير في الإطلاق ، في وقت لاحق تحسينه بشكل كبير . تم إجراء اختبارات النسخة النهائية من RadioAstron في بداية عام 2011.
نقل التلسكوب إلى بايكونورتصميم الجهاز والأهداف العلمية
تبلغ كتلة RadioAstron 3،660 كجم ، منها 2،600 كجم هي المعدات العلمية ، منها 1500 كجم تقع بدورها على الهوائي الرئيسي البالغ طوله 10 أمتار. تم تطوير الجهاز في المنظمة غير الحكومية المسماة بعد Lavochkina ،
استنادًا إلى وحدة خدمة Navigator ، كان أحد الأمثلة الأولى على استخدامه هو سلسلة
Electro-L للأقمار الصناعية للأرصاد الجوية. غلاف الجهاز عبارة عن منشور من 8 جوانب ، على الجانب الخارجي يوجد به معدات مكتبية مثبتة ، وهوائي مثبت في الأعلى ، يتكون من كتلة صلبة مركزية 3 أمتار و 27 بتلة تفتح بعد الإزالة ، وعلى الجانب السفلي كان هناك جبل على كتلة الداعم. فرض العمل على طول موجة يبلغ حوالي 1 سم متطلبات كبيرة على دقة التصنيع وآلية فتح التلسكوب ، حيث يجب أن يكون لسطح التلسكوب دقة أكبر من الطول الموجي الذي يعمل فيه. أي أن المرآة التي يبلغ طولها 10 أمتار أثناء عملها يجب ألا تنحرف عن شكلها المثالي بأكثر من 1 ملم.
يتم الاتصال مع التلسكوب الراديوي عبر هوائي X-band بطول 1.5 متر يعمل بتردد 17 جيجا هرتز. معدل نقل البيانات العلمية هو 144 ميجابت في الثانية. يتم التحكم في RadioAstron من خلال محطات الاتصالات الفضائية في
Bear Lakes و
Ussuriysk ، ويتم نقل البيانات العلمية من خلال
هوائي الراديو الذي يبلغ طوله 22 مترًا
من مرصد Pushchino Radio Astronomy ، ومن خلال هوائي بطول 43 مترًا في Green Bank ، الولايات المتحدة الأمريكية (تم توصيله بالمشروع في سبتمبر 2013 سنوات ، مما يسمح لمضاعفة وقت المراقبة). تستخدم الألواح الشمسية 2608 واط لتشغيل التلسكوب ، بينما يلزم 980 واط لتشغيل الأنظمة المكتبية ، و 1200 واط مطلوبة للمعدات العلمية (التي تعمل حوالي
20٪ من الوقت الإجمالي) ، وبالتالي فإن نظام تزويد الطاقة بهامش كبير. يحتوي التلسكوب الراديوي على 4 أجهزة استقبال تعمل في درجات حرارة تتراوح
من -175 إلى -125 درجة مئوية ولها الخصائص التالية:
| الطول الموجي ، سم | 92 | 18 | 6.2 | 1.2-1.6 |
|---|
| التردد ، ميغاهرتز | 316-332 | 1636-1692 | 4804-4860 | 18372-25132 |
| الدقة ، ميكروثانية | 540 | 106 | 37 | 7 |
* تبلغ دقة تلسكوب هابل الفضائي وأفضل المقاريب الأرضية للمقارنة حوالي 100 ميكروثانية.من أجل ضمان تشغيل هذه الأداة الدقيقة ، كانت هناك حاجة إلى تعريفات دقيقة للغاية لمعلمات مدارها: لكي تعمل RadioAstron في أقصر موجات موجية ، يجب تحديد سرعتها بدقة تزيد عن 2 سم / ثانية ، والتسارع بدقة لا تقل عن 10
-7 م / ث
2، ومعرفة المسافة مع دقة أقل من 500 متر يستخدم لهذا الغرض إلى خمسة طرق: طريقة الإشعاعي لقياس السرعة والمسافة، طريقة دوبلر سرعة تحديد وسائل قياس التداخل ونفذت ق عبر هوائيات الراديو الأرضية؛ وكذلك موقع الليزر والطرق البصرية لتحديد موقع نجوم الخلفية.
من بين المشاركين في المشروع من الجانب الروسي ، بالإضافة إلى المؤسسة الأم للمنظمة غير الحكومية المسماة بعد وحضر لافوتشكينا كل من ACC FIAN و OKB “Mars” و ZAO “Vremya Ch” والعديد من المنظمات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، هناك
مشاركة دولية ملحوظة في المشروع: على سبيل المثال ، تم تصنيع مضخم استقبال 92 سم في الهند ، و 18 سم في أستراليا ، و 1.3 سم في الولايات المتحدة الأمريكية. بما أن التلسكوب يمر عبر أحزمة الإشعاع أثناء تشغيله ، فقد تقرر أيضًا تركيب مركب بلازما- F مغناطيسي بلازما لقياس معلمات البلازما وجزيئات أحزمة الإشعاع الفردية والوسيط بين الكواكب بدقة قياسية (حتى 32 ميكروثانية) ) ، ومصممة أيضًا لدراسة الاضطرابات في هذه البيئات.
يتكون مجمع Plasma-F من جهازين: مراقب سريع للرياح الشمسية (BMSV) مصمم لقياس توزيع الطاقة ، ناقل التدفق ، سرعة النقل ، درجة الحرارة وتركيز الأيونات (IKI RAS ، معهد الفيزياء الجوية التابع
لأكاديمية العلوم في جمهورية التشيك وجامعة تشارلز شارك في إنشائه
في براغ ، الجمهورية التشيكية) ؛ ورصد تدفقات الأيونات النشطة (MEP) المصممة للكشف عن أيونات ذات طاقات من 30 كيلو فولت إلى 3 ميجا إلكترون وإلكترونات بطاقة 30-350 كيلو فولت (تم إنشاؤها في معهد الفيزياء التجريبية لشبكة
SAN في كوسيتش ، سلوفاكيا). يتطلب المشروع أيضًا دقة عالية جدًا في دقة الوقت ، لذلك تم تثبيت زوج من الساعات الذرية المحلية بدقة 10-14 على التلسكوب (وهذا يتوافق مع مغادرة الساعة لمدة ثانية واحدة في أكثر من 3 ملايين سنة). بالإضافة إلى ذلك ، تم تثبيت ساعة الروبيديوم المصنوعة في سويسرا كنظام احتياطي لتحديد الوقت. في المجموع ، عمل علماء
من 20 دولة على إنشاء أجهزة علمية لراديو أسترون (يمكن رؤية قائمة كاملة بالمشاركين
هنا ).
نظرًا لأن هذا التلسكوب حصل على أعلى دقة بين جميع التلسكوبات الحديثة ، فقد قدم برنامجه العلمي الرئيسي لمراقبة الأجسام الأكثر تكاملاً في الكون: النجوم النيوترونية ،
والكوازارات والسحب من الغاز بين النجوم (ما يسمى
بقاذفات الراديو في النطاق الراديوي وفقًا لمبدأ الليزر).
الإطلاق والنتائج العلمية
التلسكوب في الوضع المطوي والمفتوح أثناء اختبارات الأرض عملية فتح التلسكوبتم إطلاق التلسكوب في 18 يوليو 2011 في الساعة 6.31 بتوقيت موسكو في مدار إهليلجي عالي يبلغ 600x330.000 كم بميل 51.3 درجة وفترة حوالي 9 أيام (أثناء التشغيل ، يتغير مداره تدريجيًا تحت تأثير جاذبية القمر). تم فتح التلسكوب ليلة
22-23 يوليو وكان يجب أن يستغرق 10 دقائق فقط ، لكن بتلات الهوائي لم تقف على المشابك في المحاولة الأولى ، لذلك تقرر نشر التلسكوب بحيث يتم تسخين آلية الفتح بالتساوي تحت أشعة الشمس ، وبعد ذلك المحاولة الثانية ، أمضى يوم 23 ، انتهى بنجاح. في 25 يوليو ، تم إجراء أول إدراج لمركب Plasma-F. كما أن الساعات الذرية الرئيسية لم تعمل بشكل صحيح في المرة الأولى ، لذلك تقرر التحول إلى الساعات الاحتياطية على الفور. شهد التلسكوب "الضوء الأول" في 27 سبتمبر 2011 - كانت هذه ملاحظات من بقايا المستعر الأعظم كاسيوبيا أ والمشتري ، وتم استلام البيانات العلمية الأولى بالفعل في 14 و 15 نوفمبر: تم أخذ النجم النابض B0531 + 21 (الموجود في سديم السرطان) ، النجوم الزائفة 0016 + 0731 و 0212 + 735 ؛ وكذلك الماسح W3 (OH) في كوكبة كاسيوبيا.
الملاحظات الأولى ...
... والنتائج العلمية الأولى.مرت اختبارات ثلاثة أجهزة استقبال ذات أطوال موجية أطول دون مضاعفات ، ولكن مع بدء العمل في أقصر مدى 1.3 سم ، اضطررت إلى الانتظار
حوالي ستة أشهر لأسباب مستقلة عن راديو أسترون: على عكس التلسكوب الفضائي ، فإن نظرائه الأرض لديهم الفرصة للعمل في هذا النطاق بقوة يعتمد على الطقس (بشكل أدق ، على محتوى بخار الماء في الغلاف الجوي). بالإضافة إلى ذلك ، تحطمت الساعة الذرية أيضًا مع التلسكوب الأمريكي ، الذي كان يعمل في ذلك الوقت جنبًا إلى جنب مع راديو أسترون ، لذلك تم الحصول على النتائج العلمية الأولى في هذا الطول الموجي فقط بعد
6 محاولات و بالفعل مع تلسكوب آخر - تلسكوب لاسلكي 100 متر في
إيفلسبرغ ، ألمانيا. ولكن على الرغم من ذلك ، بدأ الجهاز برنامجه العلمي المبكر
في 10 ديسمبر ، والبرنامج الرئيسي في
يوليو 2013 ، وفي نهاية عام 2012 ، تحول التلسكوب إلى قبول طلبات
المنافسة المفتوحة (فقط العلماء من الدول المشاركة في المشروع يمكنهم المشاركة في المرحلة الأولى ) التي يمكن لأي شخص المشاركة فيها مرة في السنة. ونتيجة لذلك ، يتم تقييم جميع الطلبات المستلمة بمشورة العلماء ، وبعد ذلك يقرر
نيكولاي كارداشيف نفسه (الذي كان في طليعة هذا المشروع) التطبيقات التي سيتم قبولها للعمل.
لقطة من قلب المجرة NGC 1275 Perseus A عند عرضها من تلسكوب أرضي وراديو أسترون.في السنة الأولى من التشغيل ، تم إجراء أكثر من 100 رصد تداخل لاسلكي ، بمدة إجمالية تزيد عن 200 ساعة. وكان من بين الأشياء التي لوحظت 29 كوازار و 9 النجوم النابضة و 6 الماسرات. في بداية الملاحظات ، تم تنفيذها بقاعدة صغيرة (المسافة بين التلسكوبات) وزادت تدريجيًا إلى الحد الأقصى: في ملاحظات الكوازار 3C273 في
يناير 2013 ، تم تسجيل أول رقم قياسي عالمي للزاوية على قاعدة 8.1 أقطار الأرض - بلغ 27 ميكروثانية من القوس (مع مراعاة المسافة إلى الجسم ، كان حجمه محدودًا "من الأعلى" بقطر 0.3 سنة ضوئية). بالفعل في عام 2013 ، قبل وقت طويل من وصول المشروع إلى سعته الكاملة ، وجد أن
درجة حرارة سطوع المادة في نفاثات الكوازار في نطاق الراديو هي 10 تريليون درجة - وهو أعلى
100 مرة من الحد من النظريات الموجودة في ذلك الوقت. في 14 فبراير 2014 ، تلقت راديو أسترون نتيجة أصلية لا تتعلق بالعلوم بأي شكل من الأشكال - تم تضمينها في موسوعة جينيس للأرقام القياسية باعتبارها أكبر تلسكوب مداري في العالم.
علاوة على ذلك ، استمر الحد الأقصى من دقة التلسكوب في الزيادة أيضًا: في عام 2015 ، لاحظ راديو أسترون الكوازار
OJ287 (ثاني أكبر ثقب أسود مفتوح حاليًا بواسطة شخص لديه كتلة من 18 مليار كتلة شمسية تدور حولها ثقب أسود آخر بكتلة 140 مليون فقط كتلة الشمس) استبانت 14 ميكروثانية. في عام 2016 ، تم تحسين هذا السجل ليصبح مؤشرًا على
11 ميكروثانية أثناء ملاحظة سحابة بخار الماء التي يبلغ نصف قطرها 80 مسافة من الأرض إلى الشمس على مسافة 20 مليون سنة ضوئية (جعلت هذه الملاحظات من الممكن إثبات أن مثل هذه
"الماسرات الفضائية" لها أحجام صغيرة جدًا) .
مثال آخر لمقارنة قرارات شبكة التلسكوبات الأرضية وراديو أسترون هو إطلاق blazar 0836 + 710.كما حقق RadioAstron اكتشافًا غير متوقع للجميع: فقد اكتشف ما يسمى
الانتثار تحت البني ، والذي يتألف من حقيقة أن الغاز بين النجوم يكسر الانبعاث الراديوي للهياكل المدمجة ، مما يخلق عدة "نقاط" منفصلة بدلاً من مصدر إشارة واحد. يسمح لنا هذا التأثير بدراسة ليس فقط الجسم المرصود في موجات الراديو ، ولكن أيضًا الوسط الموجود بيننا. ومع ذلك ، فإن هذه الظاهرة تخلق أيضًا مشاكل ، حيث تجعل من الصعب رؤية الكائن المرصود في جميع التفاصيل. لذلك ، في عام 2016 ، طور العلماء طريقة
لإعادة بناء الصورة ، والتي يجب أن تسمح لك بمشاهدة مصادر الإشعاع وراء السحب من الغاز والغبار بين النجوم ، مثل الثقب الأسود الهائل الموجود في مركز مجرتنا والنجوم المحيطة بها.
يستخدم التلسكوب أيضًا في العديد من الدراسات العلمية الأخرى التي تتطلب ملاحظات بدقة عالية بشكل خاص ، واستخدمت ساعاته الذرية في
تجربة لتأكيد النظرية النسبية العامة من حيث ظاهرة تمدد الوقت في جسم متحرك. لم تتم معالجة جميع البيانات حتى الآن ، ولكن تم تأكيد النظرية بالفعل بدقة 0.01 ٪ (وهذا يتوافق مع دقة مهمة
Gravity Probe A ) ، وبعد معالجة جميع البيانات ، يجب أن تزيد دقة التجربة بترتيب من الحجم. في عام 2017 ،
نفد الجهاز
من الهيدروجين المحايد لتشغيل ساعاته الذرية ، لذا اضطر العلماء إلى التحول إلى طريقتين تزامنيتين أخريين: معيار تردد الروبيديوم و "الحلقة المغلقة" - اتضح أن الوضع الثاني أكثر دقة ، ويتكون من إرسال تلسكوب إشارة مرجعية بتردد 7 جيجاهرتز ، يتم إرسالها عند تردد 8 جيجاهرتز. ونتيجة لذلك ، من الممكن تعويض التأخيرات في إرسال الإشارات ، التي تتغير بسبب عدم تجانس الغلاف الجوي ، وتحقيق الدقة اللازمة في تزامن عمليات المراقبة. كانت تجربة اختبار نظرية النسبية قد اكتملت بالفعل في ذلك الوقت ، لذا فإن فقدان الساعة الذرية لا يهدد بأي شكل من الأشكال البرنامج العلمي للتلسكوب.
واحدة من اللقطات الأخيرة لـ RadioAstron: جوهر المجرة النشطة BL Lizards التي تقع في 900 مليون سيفرت. سنوات منافي المجموع ، على مدى السنوات الخمس الأولى من العمل ، تم إجراء
أكثر من 5 آلاف تجربة علمية. خلال البرنامج العلمي الأخير ، تم تلقي
أكثر من 100 تطبيق للعمل مع الجهاز وتم إجراء حوالي 500 ملاحظة ، مما يدل على أن اهتمام العلماء بالمشروع لا يتناقص ، بل يزداد. خلال البرنامج العلمي لعام 2017-2018 ، خلال ملاحظات megamaser NGC 4258 ، جنبًا إلى جنب مع التلسكوب في Medicin (إيطاليا) ،
تمكن راديو Astron
من الاقتراب من حده النظري للأداء ، حيث وصل إلى دقة 8 ميكروثانية من القوس. بدأ قبول الطلبات لبرنامج المراقبة التالي (وهو بالفعل السادس على التوالي) في 22 ديسمبر 2017 واستمر لمدة شهر قياسي (
هنا قائمة بالدراسات التي فازت بالمسابقة). خلال عمل RadioAstron ، شاركت مراصد من جميع أنحاء العالم تقريبًا ، بما في ذلك أوروبا والولايات المتحدة والصين واليابان وأستراليا وجنوب إفريقيا وحتى كوريا الجنوبية ، في عمليات المراقبة المتداخلة معها.
والآن سننتقل إلى الأسئلة للمشارك المباشر في المشروع:
ألكسندر بلافين ، باحث في مختبر علم الفلك الراديوي خارج المجرة في مركز الفضاء الفلكي التابع لمعهد ليبيديف الفيزيائي ومختبر أبحاث الأجسام النسبية في معهد موسكو للفيزياء والتكنولوجيا ، يجيب على الأسئلة.ما المراصد والبلدان التي تشارك في عمليات المراقبة المتداخلة مع راديو أسترون؟شاركت جميع التلسكوبات الكبيرة تقريبًا في العالم مرة واحدة على الأقل في عمليات المراقبة مع راديو Astron ، حتى 40 تلسكوبًا في وقت واحد. العديد من البلدان والقارات العديدة: أوروبا / آسيا ، أمريكا ، أفريقيا ، أستراليا. من بين الهوائيات الدوارة التي تتم ملاحظتها بانتظام ، على سبيل المثال ، أكبر الهوائيات الدوارة في العالم بقطر 100 متر - في Green Bank (الولايات المتحدة الأمريكية) و Effelsberg (ألمانيا) ، بالإضافة إلى العديد من التلسكوبات الأخرى.
هل تُستخدم قوى الحوسبة الأجنبية لمعالجة ومقارنة نتائج المراقبة المتداخلة؟بشكل عام ، فإن موارد الحوسبة الرئيسية هي ارتباط البيانات من محطة أرضية ومن تلسكوب فضائي. على أساس منتظم ، يتم الارتباط في موسكو (ACC FIAN) وفي بون (Max-Planck-Institut für Radioastronomie) ، ويتم استخدام برامج مختلفة - تم إجراء اختبار خاص لتنسيق النتائج. أيضا ، على الرغم من حقيقة أن هذه ليست "قوة حاسوبية" بالضبط ، فإن مساهمة مرصد البنك الأخضر (الولايات المتحدة الأمريكية) مهمة. هناك ، تم تركيب معدات إرسال واستقبال خاصة تسمح لك بالاتصال بالقمر الصناعي حتى عندما لا يكون مرئيًا من أراضي روسيا (محطة اتصالات في Pushchino ، بالقرب من موسكو).
كم عدد التطبيقات للعمل مع التلسكوب تفوق قدراته؟ كيف يتم توزيع الوقت بين المنظمات العلمية المحلية والأجنبية؟على الرغم من حقيقة أن بعض البرامج طويلة المدى لمراجعة ومراقبة النوى المجرية النشطة قد اكتملت مؤخرًا ، إلا أن حجم الطلبات المقدمة لا يزال يتجاوز قدرات التلسكوب. عند توزيع الوقت بين التطبيقات ، لا يهم البلد الذي ينتمي إليه المؤلف الرئيسي: بالنسبة لمعظم المقاريب حول العالم ، يتم توفير الوقت وفقًا لمنافسة عامة مفتوحة. وهذا يجعل من الممكن استخدام وقت هذه الأدوات باهظة الثمن من وجهة النظر العلمية بشكل أكثر فعالية مما لو كانت هناك قيود على البلد. أيضًا ، بشكل عام ، من المستحيل فصل الطلبات عن "المنظمات المحلية والأجنبية" ، حيث يتم تقديمها من فريق تعسفي من المؤلفين ، والذي عادة ما يشمل علماء من دول مختلفة.
Spectrum-RG (جاما الأشعة السينية الطيفية)تم تأجيل إطلاق Millimetron لفترة طويلة بسبب انخفاض ميزانية Roscosmos ، ولكن في الآونة الأخيرة بدأوا مرة أخرى في الحديث عن استئناف بناء التلسكوب الراديوي RT-70 الثالث على هضبة Suff - هل هناك أي مشاريع فلكية راديوية أخرى قيد التطوير الآن؟قريبًا نسبيًا ، في ربيع عام 2019 ، من المخطط إطلاق القمر الصناعي التالي من سلسلة Spectrum - Spektr-RG ، أي أشعة إكس غاما. وستقع بالقرب من نقطة لاغرانج L2 ، أي أبعد بكثير من راديو أسترون: حوالي 2 مليون كيلومتر مقارنة بـ 350 ألف كيلومتر.
تم التخطيط للملاحظات طويلة المدى في نطاق الأشعة السينية للحصول على خريطة للسماء بأكملها ، بالإضافة إلى مراقبة تفصيلية للمجرات الفردية.
Spektr-M (Millimetron)مرة أخرى ، بفضل ألكسندر بلافين للإجابات المقدمة ، ولكن هنا يمكنك رؤية مقابلته السابقة.مشروع المستقبل
تم تمديد مهمة التلسكوب بالفعل عدة مرات: حتى يوليو 2015 ، نهاية عام 2018 ، والآن (بعد تصحيح المدار التالي ، الذي حدث في 17 يوليو 2017 ، مطلوب حتى لا تدخل RadioAstron في ظل الأرض لعدة ساعات ولا تترك بدون ألواح شمسية) تم تمديد عمل الجهاز حتى نهاية عام 2019 .« , , » — .
تطور مدار التلسكوب تحت تأثير القمرنظرًا للدقة العالية للانطلاق إلى المدار ، لا يعاني راديو أسترون من مشاكل في إمدادات الوقود: في السنة الأولى من التشغيل ، تم إنفاق 10.3 كجم فقط من 287 كجم من إجمالي كتلة الوقود على متن الطائرة. بالإضافة إلى ذلك ، يسمح المدار المحدد خصيصًا للجهاز بتوفير كبير في الوقود: تم إجراء تصحيحات المدار فقط في مارس 2012 ويوليو 2017 . حتى الآن ، بعد 7 سنوات ، لا يزال لديه 70 ٪ من كتلة الوقود الأولية ، لذلك فإن وقت تشغيل RadioAstron محدود الآن فقط من خلال عمر أنظمتها الموجودة على متنها ، والتي يصعب التنبؤ بها.المراجع
.
3- 5-, « »