Tecnologías, perspectivas y esperanzas de Radio Astron

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© polit.ru

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- La pregunta es buena y correcta. El problema es que la respuesta a ella caracteriza al respondedor en mayor medida que el proyecto en sí. Por lo tanto, es algo difícil para mí. Pero, ¿por qué no tratamos de tener cuidado, por un lado, para no ser acusados ​​de excesiva "música pop", pero por otro lado cerca del tema. Los intentos de mapear el centro de nuestra galaxia y restaurar su verdadera imagen, este es un potencial obvio para el Premio Nobel. Si tenemos éxito ... Si al menos en algún momento se otorga el Premio Nobel por el descubrimiento más directo o menos indirecto de un agujero negro ... la llamada "sombra del agujero negro", como un círculo o media luna a una distancia de varios horizontes de eventos de un agujero negro, predigo que esto se hará sin tener en cuenta El efecto de la subestructura del punto de dispersión que descubrimos es simplemente imposible.Por lo tanto, ya sea que Radio Astron tenga o no el Premio Nobel, nuestra contribución al Premio Nobel en este tema está obligada a participar. Y ya está incluido en el sentido de que todas las publicaciones de los últimos 1-2 años sobre este tema necesariamente están discutiendo este efecto, teniendo en cuenta, analizándolo.

Si hablamos del premio para nosotros, llevamos a cabo el experimento correspondiente en septiembre de 2015. El mapeo del centro de nuestra galaxia a una longitud de onda de 1.3 centímetros se llevó a cabo utilizando un radiotelescopio espacial y unas veinte antenas en la Tierra: estadounidense, australiana, coreana y china. Si tenemos éxito, después de restaurar la verdadera imagen del centro de la galaxia, para obtener información sobre la sombra de un agujero negro, entonces este es obviamente el potencial para el Premio Nobel.


Modelado de varias opciones para la imagen de un agujero negro.

- Eso es, de hecho, ¿puedes ver un agujero negro? Al menos lo que puedes ver en él.

- Sí, esto es lo que dijo el gerente del proyecto Nikolay Semenovich Kardashev antes del lanzamiento. Fui más conservador en las predicciones ... Principalmente, traté de evaluar la lista mínima "garantizada" de resultados que RadioAstron puede dar. Nikolai Semenovich siempre observa los problemas de manera amplia y, a menudo, con su genio, no le temo a la palabra, puede predecir cosas que, para muchos otros, parecen demasiado audaces. Dijo antes del lanzamiento de Spectra-R al espacio que Radio Astron vería agujeros negros.

Intentamos hacer esto mientras observamos el centro de la galaxia en la constelación de Virgo (Virgo A o M 87). Técnicamente, tenemos esa oportunidad con una órbita existente y un receptor en funcionamiento en la longitud de onda más corta de 1.3 centímetros. Deberíamos haber tenido suerte en el sentido de que las condiciones para la absorción (a veces también llamada autoabsorción sincrotrón) y la dispersión de la radiación deberían haber sido lo suficientemente suaves como para ver la sombra de un agujero negro. Falló Es posible que debido a la autoabsorción sincrotrón. Está claro dónde moverse: a olas más cortas, en las que estos efectos son más débiles.


M 87 en el rodaje del telescopio espacial Hubble. El chorro relativista del centro de la galaxia (c) NASA es claramente visible

En el centro de la galaxia, no iban a funcionar, porque sabían sobre la dispersión en nubes densas. Nuestro descubrimiento del efecto de dispersión de la subestructura nos dio la esperanza de restaurar la verdadera imagen del centro de la galaxia teniendo en cuenta este efecto. Quizás tengamos éxito. Este será un resultado cercano al nivel del Premio Nobel ... Nuevamente, si eres optimista, si tenemos suerte. Estamos trabajando en esta dirección, los primeros resultados son positivos, increíblemente interesantes y ya se han publicado una gran cantidad de artículos sobre este tema. En cualquier caso, RadioAstron avanzó significativamente la ciencia mundial en esta dirección, incluso si el premio no nos fue otorgado.
(Enlaces: uno , dos , tres , cuatro , cinco. Todas las publicaciones sobre el proyecto RadioAstron: aquí ).


Modelando la variabilidad de la subestructura de dispersión de refracción para un anillo para comprender qué esperar para una "sombra de agujero negro". El movimiento aparente está asociado con el movimiento de la nube turbulenta frente al anillo. (c) Michael Johnson (Harvard CfA).

En cuanto a otras áreas, es más difícil de predecir. Hay muchos resultados interesantes sobre los cuásares, sin embargo, en la medida en que tengan potencial para el Premio Nobel, es bastante difícil para mí juzgar, estaré ordenado aquí.

- ¿Qué crees, los datos de Radio Astron, los resultados de su trabajo tendrán de alguna manera un ajuste significativo o influencia en el cambio en la imagen cosmológica moderna del Universo?

- Para ser realista, es poco probable. Las tareas cosmológicas no confrontaron el proyecto RadioAstron. Quizás la única dirección que podría contribuir potencialmente a la comprensión de la energía oscura es el estudio de los megamasers [ nubes de estrellas en otras galaxias ] debido a la posibilidad de una estimación independiente de las distancias a ellos.

- De vuelta a la tierra. Usted mencionó la participación de científicos chinos en el proyecto. Construyeron un nuevo telescopio. ¿Participará en el programa RadioAstron?



- Sin lugar a dudas, cuando comienza a funcionar en el modo de interferometría con bases extralargas (VLBI), puede convertirse en un elemento del interferómetro de tierra y espacio, y definitivamente lo utilizaremos en el proyecto RadioAstron. No tengo absolutamente ninguna duda. Trabajamos con todos los radiotelescopios más grandes del mundo que realizan experimentos en astrofísica VLBI. Radio Astron no impone ningún requisito especial a los telescopios terrestres para funcionar en su propio modo. Además, hablando de China, tenemos un memorando de entendimiento entre el Centro Espacial Astro del Instituto Físico Lebedev y el Observatorio de Shanghai. Obviamente, cualquier radiotelescopio estará honorablemente político y científicamente interesado en participar en observaciones con Radio Astron. Nunca ha habido proyectos de esta clase en radioastronomía espacial en centímetros y decímetros, y en el futuro cercano, desafortunadamente,No se espera Por ejemplo, fue nuestro éxito lo que llevó al hecho de que, desafortunadamente, el proyecto chino del interferómetro del espacio terrestre no sucedió; esta es mi lectura de la situación. La Agencia Espacial China no lo apoyó. Somos la única posibilidad de que los telescopios terrestres participen en tales experimentos en los próximos años. Y espero que el telescopio FAST, un telescopio de 500 metros, introduzca un modo de observación interferométrica lo antes posible para poder trabajar con Radio Astron. Hay muchos ejemplos de telescopios que comenzaron a funcionar con nosotros recién construidos y lanzados. Por ejemplo, un telescopio de 65 metros con una superficie activa cerca de Shanghai, un telescopio de 64 metros con una superficie activa en Cerdeña. Inmediatamente después de regresar al servicio, el telescopio número 32, restaurado por colegas letones, comenzó a trabajar con nosotros en Irben.Por ejemplo, fue nuestro éxito lo que llevó al hecho de que, desafortunadamente, el proyecto chino del interferómetro del espacio terrestre no sucedió; esta es mi lectura de la situación. La Agencia Espacial China no lo apoyó. Somos la única posibilidad de que los telescopios terrestres participen en tales experimentos en los próximos años. Y espero que el telescopio FAST, un telescopio de 500 metros, introduzca un modo de observación interferométrica lo antes posible para poder trabajar con Radio Astron. Hay muchos ejemplos de telescopios que comenzaron a funcionar con nosotros recién construidos y lanzados. Por ejemplo, un telescopio de 65 metros con una superficie activa cerca de Shanghai, un telescopio de 64 metros con una superficie activa en Cerdeña. 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Inmediatamente después de regresar al servicio, el telescopio número 32, restaurado por colegas letones, comenzó a trabajar con nosotros en Irben.Fue nuestro éxito lo que llevó al hecho de que, desafortunadamente, el proyecto chino del interferómetro de espacio-tierra no sucedió; esta es mi lectura de la situación. La Agencia Espacial China no lo apoyó. Somos la única posibilidad de que los telescopios terrestres participen en tales experimentos en los próximos años. Y espero que el telescopio FAST, un telescopio de 500 metros, introduzca un modo de observación interferométrica lo antes posible para poder trabajar con Radio Astron. Hay muchos ejemplos de telescopios que comenzaron a funcionar con nosotros recién construidos y lanzados. Por ejemplo, un telescopio de 65 metros con una superficie activa cerca de Shanghai, un telescopio de 64 metros con una superficie activa en Cerdeña. 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FAST () () Fast.bao.ac.cn

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- Por supuesto que lo prometen. Aquí hay una situación tan hermosa: la sensibilidad del interferómetro es igual a la raíz del producto de las sensibilidades de los dos telescopios que lo forman. No puede lanzar una placa de 500 metros al espacio, en el espacio no puede enfriar los amplificadores a temperaturas muy bajas durante muchos años ... O bien se enfría por un corto tiempo, o envía receptores "calientes". Tenemos un telescopio espacial de 10 metros, es el telescopio más grande en el espacio, incluso tenemos un certificado del Libro Guinness de los Récords. Los receptores en Radio Astron se enfrían pasivamente. Si tiene un telescopio más grande en la Tierra, le brinda la oportunidad de mejorar la sensibilidad del interferómetro en su conjunto. Hoy, el telescopio más grande que funciona con el nuestro es el análogo FAST de 300 metros, la antena de Arecibo en Puerto Rico, EE. UU. Arecibo entiendenos complementamos perfectamente, por lo tanto, las observaciones con RadioAstron para el telescopio de Arecibo son una de las principales prioridades. Tenemos la oportunidad de estudiar señales cósmicas más débiles, una mayor cantidad de objetos más lejos, así como efectos más sutiles, incluido el efecto de la subestructura del punto de dispersión y mucho más.

- Creo que muchos estarán interesados ​​en dónde y cómo se lleva a cabo el procesamiento de los datos recibidos por Radio Astron. ¿Qué capacidades?

- Sí, hablemos de eso. Durante el procesamiento, ocurre lo siguiente. Supongamos que estamos realizando un experimento típico de Radio Astron. Por lo general, operan de 3 a 30 radiotelescopios en la Tierra, así como el telescopio espacial Spectrum-R. Al mismo tiempo, hasta los estándares de frecuencia de hidrógeno, se realizan observaciones. [El estándar de frecuencia de hidrógeno son los relojes atómicos ultraprecisos: aprox.] En consecuencia, los telescopios terrestres registran los datos en su lugar. La nave espacial se descarga en tiempo real a la Tierra a través de estaciones de rastreo y recolección en Pushchino (región de Moscú) y Green Bank (West Virginia, EE. UU.). Luego, estos datos se reducen al centro de correlación de la manera electrónica habitual, es decir, se transmiten a través de Internet. Canales dedicados, de hecho.

El primer paso de procesamiento es el llamado "procesamiento de correlación". Se lleva a cabo en uno de los tres correlacionadores. Estos son grupos de computadoras con cien o dos núcleos. Se utilizan para correlacionar todos los flujos de datos grabados desde cada telescopio entre sí. Como resultado, si se simplifica mucho, a la salida obtenemos el valor del coeficiente de correlación dependiendo del tiempo entre cada par de telescopios.


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El segundo paso ya es el "procesamiento posterior a la correlación", cuando eliminamos y corregimos todos los efectos que el sistema de medición, el interferómetro y la atmósfera de la Tierra, introdujo en los datos. Compensamos el retraso de fase de la señal en cada telescopio. La fase también se deteriora, pasando a través de la atmósfera, la ionosfera, la troposfera de la Tierra ... Relojes imperfectos en cada telescopio, retrasos en la electrónica. Esto es completamente normal, no hay problema, este es un experimento real. Algo perfecto ocurre solo en el papel, pero en la vida necesitas calibrar todos estos efectos. Traducimos la amplitud de las unidades internas de la electrónica utilizada a las unidades físicas. En la salida, obtenemos una señal compleja con amplitud y fase corregida, o, hablando correctamente, calibrada. Este es el segundo paso de procesamiento.

El siguiente es el análisis de los datos según el experimento que realizamos. Hay muy diferentes tipos de análisis. Si está construyendo una imagen de un cuásar, este es el llamado "mapeo híbrido". Del conjunto de datos recibidos, restauramos la imagen del objeto. El análisis espectral se puede llevar a cabo si está involucrado en espectroscopía, estudia un maser, respectivamente, está buscando una línea espectral en los datos. Comprometido en púlsares: necesita extraer impulsos de todo el flujo de datos. Este es el último paso. Llamaremos "análisis posterior a la correlación".

Ahora donde están detenidos. Como dije, el primer paso, la correlación, se lleva a cabo en tres correlacionadores. Uno se encuentra en Moscú en el Centro Espacial Astro LPI. Este es el correlacionador principal del proyecto RadioAstron. Procesa alrededor del 85% de los datos. El 15% restante se correlaciona en Bonn, en el Instituto Max Planck de Radioastronomía y en el Instituto Conjunto de VLBI en Europa, Países Bajos. Estos tres correlacionadores son diferentes, el hardware, los programas de correlación son diferentes. Uno de nuestros orgullos es que las salidas de estos correlacionadores coinciden. Si procesa los mismos datos experimentales en estas tres supercomputadoras, el resultado será exactamente el mismo. Esto es genial Naturalmente, fue extremadamente importante durante el primer año asegurarse de que todos estuviéramos de acuerdo entre nosotros y el análisis de datos independiente,dando lo mismo, ¿no es felicidad? Esto, ya sabes, cómo convergen los financieros con el crédito.

El procesamiento y análisis posterior a la correlación es llevado a cabo por los grupos de investigación del proyecto, que incluyen coautores de una veintena de países del mundo. Algunas de sus tareas requieren supercomputadoras, algunas estaciones de trabajo bastante potentes, otras se pueden hacer en una computadora portátil.

- En su opinión, ¿cuánto tiempo más puede funcionar RadioAstron?

-Una pregunta frecuente, si yo fuera político, dije: "Sobre la base de la decisión de la comisión estatal, la Agencia Espacial Rusa extendió el proyecto RadioAstron hasta finales de 2018". La verdadera verdad La decisión se tomó en la primavera de 2016. En cuanto a las capacidades técnicas ... Sí, vemos la degradación de los equipos a bordo. Sin embargo, nosotros y la ONG de Lavochkin todos los sistemas están duplicados o triplicados. Algunos hoy se han quedado en una o dos copias. Desde el comienzo del lanzamiento del proyecto espacial al espacio, vivimos con el entendimiento de que hoy puede ser nuestro último día, o tal vez viviremos por muchos años más.


"Spectrum-R" en el taller de montaje (c) NPO Lavochkina

- Con respecto a la degradación. ¿Podemos decir que las enfermedades infantiles han pasado y ahora todo funciona como de costumbre?

- Esto podríamos decirlo en el primer año de vuelo. Hubo enfermedades infantiles, tanto en la Tierra como en el espacio. Puedo decirte la fecha en que terminamos con la última enfermedad grave de la infancia. 15 de marzo de 2012. Desde entonces, hemos estado trabajando normalmente en todos los modos. Cuatro rangos de longitud de onda, intensidad total y polarización, masers, púlsares, quásares: todos estos son modos diferentes. Modo multifrecuencia en un amplio rango de 18 a 25 GHz.

Trabajando en el modo normal, sucede que algunos equipos fallan. NPO Lavochkina cambia a sistemas de repuesto o resuelve el problema. Hoy, las características del aparato Spectrum-R y su capacidad para resolver problemas científicos están aproximadamente al mismo nivel que en la primavera de 2012, cuando entramos en modo de combate completo. Tenemos ciertas limitaciones nuevas. Por ejemplo, la situación con gyrodynes . Pero hasta ahora, nada ha afectado significativamente la capacidad de continuar la implementación del programa científico, que se forma cada año sobre la base de una convocatoria abierta de propuestas.

- Una pregunta bastante poppy: ¿Podemos encontrar alienígenas con la ayuda de Radio Astron?

- Se pueden encontrar extraterrestres, como entiendes con gafas, si aterrizan al lado de tu casa y entran a tu departamento. En consecuencia, podemos. Por ejemplo, si vemos un "milagro cósmico" que no puede explicarse por ninguna ley moderna de la física.

- Si utilizamos el Radio Astron desde cualquier distancia observada la Tierra, ¿podríamos determinar su cierto comportamiento anormal? Incluido en el rango de radio. Si pudieran, ¿a qué distancia?

- No creo que necesites RadioAstron para esto, ya que la Tierra es muy pequeña y en cualquier caso parecería un punto. En este sentido, necesita un telescopio muy grande y, en consecuencia, sensible, como el mismo FASTa. Es uno de los prototipos de la matriz de kilómetros cuadrados (un proyecto de telescopio con una superficie colectora del tamaño de un kilómetro cuadrado). SKA se encuentra actualmente en construcción en el hemisferio sur, parte en África, parte en Australia. De hecho, si construyes un enorme telescopio muy sensible, entonces puedes registrar la emisión de moléculas orgánicas de planetas distantes. En consecuencia, la vida, aunque no es razonable. Esta tarea se enfrenta a muchos telescopios terrestres. El mismo espacio Millimetron que estamos desarrollando tendrá la resolución angular necesaria para ver la sombra de un agujero negro, funcionará a altas frecuencias,para vencer el problema de la adquisición. Y, por otro lado, tendrá una alta sensibilidad y funcionará en frecuencias de radio que nos permitirán estudiar la radiación de las moléculas orgánicas.

- Mi pregunta no era tanto sobre la materia orgánica, sino sobre nuestras actividades comerciales. Por ejemplo, radares y similares.

- El Spectrum-R en sí, un espejo de 10 metros en el espacio, es difícil de competir con la sensibilidad de los telescopios terrestres para resolver este problema. En cuanto a la interferometría ... Suponga que encuentra algún candidato sospechoso que necesita investigar con una resolución angular extrema, mientras que la sensibilidad del interferómetro es suficiente. Entonces RadioAstron puede conectarse y encontrar anomalías. Verás, la pregunta amapola es una respuesta parcialmente amapola. Sí, si vemos anomalías, podemos descubrir extraterrestres. Hasta ahora, no vemos tales anomalías en el Universo.

- Comenzaste a responder una pregunta que aún no he hecho sobre Millimetron y sobre las perspectivas de la radioastronomía rusa en los próximos años. ¿Qué esperas esperar? ¿Qué trabajo se está realizando actualmente para el futuro?


El proyecto del radiotelescopio espacial "Spectrum-M" (Millimetron) (c) ACC LPI

- ¿Estamos hablando solo del espacio o de la Tierra también?

-Tal vez sobre la Tierra, estamos hablando de ciencia en principio.

-Bien. Comenzaré desde la tierra. Durante el año pasado, un grupo de trabajo interdepartamental de expertos recolectó y analizó propuestas para el desarrollo de infraestructura astronómica terrestre (telescopios) en Rusia. Se trataba de construir nuevos o completar el trabajo de construcción comenzado. Las discusiones se llevaron a cabo de manera amplia y abierta. Un grupo de expertos formuló recomendaciones con calificaciones y las presentó a las autoridades ejecutivas relevantes de Rusia. En cuanto a la radioastronomía, un proyecto internacional y dos rusos llegaron a la final. Proyecto internacional - Participación de Rusia en la matriz de kilómetros cuadrados(SKA) La recomendación fue la siguiente: SKA es importante, excelente, la participación en este proyecto es el futuro de nuestro país. Al mismo tiempo, se recomendó la participación de Rusia en SKA después de una decisión positiva de participar en el Observatorio Europeo Austral (ESO). La razón es simple: la cantidad de astrónomos rusos que pueden usar los recursos de ESO es mucho mayor que la de los que pueden usar SKA.

Entre los proyectos rusos en el campo de la radioastronomía, se observan dos. El primero es la finalización de la construcción en la meseta de Suffa en Uzbekistán de un espejo de superficie activa de 70 metros.


Construcción enlatada de un radiotelescopio en la meseta de Suffa (Uzbekistán). (c) A. Zharkov

II - construcción de un nuevo tipo de radiotelescopio digital de onda larga basado en la experiencia del Observatorio Pushchino.

¿Por qué se seleccionaron estos proyectos, junto con la modernización del RATAN-600 en el SAO RAS? Ahora, las ondas largas y cortas han recibido un gran impulso gracias a la introducción de métodos digitales de radioastronomía y al desarrollo de tecnología. Y con respecto a las ondas cortas, el ejemplo más serio de los últimos avances es el interferómetro ALMA ubicado en Chile. Long Waves - LOFAR en los Países Bajos.

Millimetron, en este sentido, es un paso similar en la dinámica del desarrollo de la astronomía milimétrica y submilimétrica. Millimetron puede ampliar las capacidades modernas disponibles gracias a ALMA. Esto último se observa solo en ciertos rangos de frecuencia debido a la opacidad parcial de la atmósfera. Millimetron, estando en el espacio, gana. Puede observar en toda la gama de milímetros y submilímetros. Su sensibilidad aumentará debido al escudo térmico y al enfriamiento activo de la superficie del espejo.


Una maqueta del escudo térmico Millimetron en el taller de ensamblaje de ISS Reshetnev (s) ISS Reshetnev / ORKK

Al mismo tiempo, el Millimetron, como interferómetro de tierra-espacio, proporcionará una resolución angular absolutamente más allá del rango, minimizando los problemas de dispersión y autoabsorción de radiación. Este es el siguiente paso después de Radio Astron.

En cuanto a las olas largas, se sabe mucho sobre LOFAR . Rusia está rezagada hasta ahora. No participamos en LOFAR, pero la radioastronomía de onda larga es extremadamente interesante. Nosotros, los radioastrónomos, pudimos superar dos problemas. Uno es el problema asociado con la ionosfera y con una dispersión terrible, que en realidad estropea la fase de la emisión de radio entrante. Y por otro lado hay pesadillas. Las nuevas tecnologías para la limpieza de interferencias se desarrollan e implementan activamente, lo que nos permite limpiar los datos de la interferencia en modo automático, perdiendo aproximadamente el 10% de los datos.

También puede mencionar que, a propuesta del Instituto de Investigación Espacial, estamos discutiendo la posibilidad de construir un radiotelescopio de onda ultra larga en la luna. Si Rusia, por supuesto, irá a la luna.

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Source: https://habr.com/ru/post/es396777/