Hace siete años, con la ayuda del
cohete Zenit-3F con el bloque de refuerzo
Frigate-FB , quizás el proyecto científico más productivo en la historia moderna de la cosmonáutica rusa, el telescopio
Radio Astron , se puso en órbita. La historia de este proyecto y el proceso de su trabajo serán discutidos hoy.
Historia del proyecto
En
1965, tres científicos soviéticos (Kardashev, Matveenko y Sholomitsky) propusieron el concepto de
radio interferometría con bases ultralargas en las que los radiotelescopios espaciados a largas distancias permiten el trabajo conjunto para obtener una resolución correspondiente a la distancia entre ellos. Los primeros experimentos en esta dirección se llevaron a cabo con telescopios terrestres, pero solo con la eliminación de uno de los telescopios al espacio, este método permitiría obtener resultados realmente sorprendentes. El primer "colapso de la pluma" en esta dirección fue el observatorio de radio
KRT-10 que operaba en la estación de Salyut de julio a agosto de 1979. Por primera vez, se llevaron a cabo experimentos similares con el telescopio terrestre
RT-70 de 70 metros. Y ya en
1980, se decidió construir 6 radiotelescopios espaciales, entre los cuales se encontraba el proyecto Spektr-R, que más tarde recibió el nombre de RadioAstron.
A principios de la década de 1990, se crearon las primeras copias de prueba de los receptores de radiotelescopio, las primeras pruebas del espejo se llevaron a cabo en 1994, y
en 2003 las primeras pruebas del prototipo del telescopio espacial se llevaron a cabo en el Observatorio de Radioastronomía de Pushchino, que, debido a retrasos en el lanzamiento, posteriormente se decidió modificar significativamente . Las pruebas de la versión final de RadioAstron se llevaron a cabo a principios de 2011.
Transporte del telescopio a Baikonur.Diseño de aparatos y objetivos científicos.
RadioAstron
tiene una masa de 3.660 kg, de los cuales 2.600 kg son equipos científicos, de los cuales 1.500 kg, a su vez, recaen en la antena principal de 10 metros. El dispositivo fue desarrollado en la ONG que lleva el nombre Lavochkina,
basado en el módulo de servicio Navigator, uno de los primeros ejemplos de su uso fue la serie
Electro-L de satélites hidrometeorológicos. La carcasa del dispositivo es un prisma de 8 lados, en el lado externo del cual está instalado el equipo de oficina, una antena está instalada en la parte superior, que consiste en un bloque central de 3 metros y 27 pétalos que se abren después de la extracción, y en el lado inferior había un soporte para el bloque de refuerzo. El trabajo a una longitud de onda de aproximadamente 1 cm imponía grandes exigencias sobre la precisión de fabricación y el mecanismo de apertura del telescopio, ya que la superficie del telescopio debería tener un orden de magnitud mayor precisión que la longitud de onda a la que opera. Es decir, un espejo de 10 metros durante su funcionamiento no debe desviarse de su forma ideal en más de aproximadamente 1 mm.
La comunicación con el radiotelescopio se realiza a través de una antena direccional de banda X de 1,5 metros que funciona a una frecuencia de 17 GHz. La velocidad de transferencia de datos científicos es de 144 Mbps. RadioAstron se controla a través de estaciones de comunicación espacial en
Bear Lakes y
Ussuriysk , y los datos científicos se transmiten a través de la
antena de radio de 22 metros
del Observatorio de Astronomía de Radio Pushchino y a través de una antena de 43 metros en Green Bank, EE. UU. (Se conectó al proyecto en septiembre de 2013 años, permitiendo duplicar el tiempo de observación). Utiliza paneles solares de 2608 W para alimentar el telescopio, mientras que se requieren 980 W para el funcionamiento de los sistemas de oficina, y se requieren 1200 vatios para el equipo científico (que funciona aproximadamente el
20% del tiempo total), por lo que el sistema de suministro de energía tiene un margen significativo. El radiotelescopio tiene 4 receptores que funcionan a temperaturas
de -175 a -125 ºC y que tienen las siguientes características:
| Longitud de onda, cm | 92 | 18 años | 6.2 | 1.2-1.6 |
|---|
| Frecuencia, MHz | 316-332 | 1636-1692 | 4804-4860 | 18372-25132 |
| Resolución, microsegundos | 540 | 106 | 37 | 7 7 |
* La resolución del telescopio espacial Hubble y los mejores telescopios terrestres para comparación es de aproximadamente 100 microsegundos.Para garantizar el funcionamiento de un instrumento tan preciso, se requieren definiciones muy precisas de sus parámetros de órbita: para que RadioAstron funcione en sus longitudes de onda más cortas, su velocidad debe determinarse con una precisión de más de 2 cm / s, la aceleración con una precisión de al menos . 10
-7 m / s
2, y conocer la distancia con una precisión de menos de 500 m utilizado para este propósito como cinco métodos: método radiométrico para la medición de velocidad y distancia, el método de determinación de la velocidad Doppler y métodos interferométricos se lleva a cabo S a través de antenas de radio terrestres; así como la ubicación del láser y los métodos ópticos para determinar la posición de las estrellas de fondo.
Entre los participantes del proyecto del lado ruso, además de la empresa matriz de la ONG que lleva el nombre A Lavochkina asistieron ACC FIAN, OKB "Mars", ZAO "Vremya Ch" y muchas otras organizaciones. Además, hay una notable
participación internacional en el proyecto: por ejemplo, se fabricó un amplificador receptor de 92 cm en India, 18 cm en Australia y 1,3 cm en los EE. UU. Dado que el telescopio pasa a través de los cinturones de radiación durante su funcionamiento, también se decidió instalar un complejo de plasma magnético Plasma-F para medir parámetros de plasma y partículas cargadas individuales de cinturones de radiación y medio interplanetario con una resolución de tiempo récord (hasta 32 microsegundos ), y también diseñado para estudiar la turbulencia en estos entornos.
El complejo Plasma-F consta de dos dispositivos: un monitor de viento solar rápido (BMSV) diseñado para medir la distribución de energía, el vector de flujo, la velocidad de transporte, la temperatura y la concentración de iones (IKI RAS, Instituto de Física Atmosférica de la
Academia de Ciencias de la República Checa y la
Universidad Charles participaron en su creación
en Praga , República Checa); y un monitor de flujos de iones energéticos (MEP) diseñado para detectar iones con energías de 30 keV a 3 MeV y electrones con una energía de 30-350 keV (fue creado en el Instituto de Física Experimental de la
SAN en Kosice, Eslovaquia). El proyecto también requería una muy alta precisión de resolución de tiempo, por lo que se instaló un par de relojes atómicos domésticos con una precisión de
10-14 (esto corresponde a una salida de reloj de 1 segundo en más de 3 millones de años). Además, se instaló un reloj de rubidio fabricado en Suiza como sistema de respaldo para determinar la hora. En total, científicos
de 20 países trabajaron en la creación de equipos científicos para RadioAstron (puede ver una lista completa de los participantes
aquí ).
Dado que este telescopio recibió la resolución más alta entre todos los telescopios modernos, su programa científico principal preveía la observación de los objetos más compactos del Universo: estrellas de neutrones,
cuásares y nubes de gas interestelar (los llamados
megamasers emisores de
radio en el rango de radio según el principio del láser).
Lanzamiento y resultados científicos
El telescopio en la posición plegada y abierta durante las pruebas en tierra. Proceso de apertura del telescopioEl telescopio fue lanzado el 18 de julio de 2011 a las 6.31 hora de Moscú en una órbita altamente elíptica de 600x330,000 km con una inclinación de 51.3 ° y un período de aproximadamente 9 días (durante la operación, su órbita cambia gradualmente bajo la influencia de la gravedad de la luna). El telescopio se abrió la noche del
22 al 23 de
julio y debería haber tomado solo 10 minutos, pero los pétalos de la antena no se colocaron sobre las abrazaderas en el primer intento, por lo que se decidió desplegar el telescopio para que el mecanismo de apertura se calentara uniformemente bajo la luz solar, después de lo cual el segundo intento, Pasó el día 23, terminó con éxito. El 25 de julio, se realizó la primera inclusión del complejo Plasma-F. Los principales relojes atómicos tampoco funcionaron bien la primera vez, por lo que se decidió cambiar a los de respaldo de inmediato. El telescopio vio la "primera luz" el 27 de septiembre de 2011: estas fueron observaciones del remanente de supernova Cassiopeia A y Júpiter, y el 14 y 15 de noviembre se obtuvieron los primeros datos científicos: se tomó el púlsar B0531 + 21 (ubicado en la nebulosa del Cangrejo), cuásares 0016 + 0731 y 0212 + 735; así como el maser W3 (OH) en la constelación de Cassiopeia.
Primeras observaciones ...
... y los primeros resultados científicos.Las pruebas de tres receptores de longitudes de onda más largas pasaron sin complicaciones, pero con el inicio del trabajo en el rango más corto de 1.3 cm, tuve que esperar
unos seis meses por razones independientes de Radio Astron: a diferencia del telescopio espacial, sus contrapartes terrestres tienen la oportunidad de trabajar fuertemente en este rango dependía del clima (más precisamente, del contenido de vapor de agua en la atmósfera). Y además de esto, el reloj atómico también se estrelló con el telescopio estadounidense, que funcionaba en ese momento junto con Radio Astron, por lo que los primeros resultados científicos a esta longitud de onda se obtuvieron solo después de
6 intentos y ya junto con otro telescopio, un radiotelescopio de 100 metros en
Effelsberg , Alemania. Pero a pesar de esto, el aparato comenzó su programa científico temprano
el 10 de diciembre , y el principal en
julio de 2013, y a fines de 2012 el telescopio cambió a aceptar solicitudes para
una competencia abierta (solo los científicos de los países que participan en el proyecto podrían participar en la primera etapa ) en el que una vez al año cualquiera puede participar. Como resultado, todas las solicitudes recibidas son evaluadas por el consejo de científicos, después de lo cual el propio
Nikolai Kardashev (quien estuvo a la vanguardia de este proyecto) decide qué solicitudes serán aceptadas para el trabajo.
Una foto del núcleo de la galaxia NGC 1275 Perseo A cuando se ve desde un telescopio terrestre y Radio Astron.En el primer año de operación, se realizaron más de 100 observaciones de radio interferometría, con una duración total de más de 200 horas. Entre los objetos observados se encontraban 29 quásares, 9 púlsares y 6 másers. Al comienzo de las observaciones, se llevaron a cabo con una base pequeña (la distancia entre los telescopios) y aumentaron gradualmente al máximo: en las observaciones del cuásar 3C273 de
enero de 2013, el primer récord mundial de resolución angular se estableció en la base de 8,1 diámetros terrestres: ascendió a 27 microsegundos de arco (teniendo en cuenta la distancia al objeto, su tamaño estaba limitado "desde arriba" con un diámetro de 0.3 años luz). Ya en 2013, mucho antes de que el proyecto alcanzara su capacidad máxima, se descubrió que la
temperatura de brillo de la sustancia en los quasar jets en el rango de radio es de 10 trillones de grados, que
es 100 veces mayor que el límite de las teorías que existían en ese momento. El 14 de febrero de 2014, Radio Astron recibió un resultado original que no estaba relacionado con la ciencia de ninguna manera: se incluyó en el Libro Guinness de los Récords como el telescopio en órbita más grande del mundo.
Además, la resolución máxima del telescopio también continuó aumentando: en 2015, Radio Astron observó el cuásar
OJ287 (el segundo agujero negro más grande actualmente abierto por una persona con una masa de 18 mil millones de masas solares alrededor del cual gira otro agujero negro con una masa de "solo" 140 millones masa del Sol) recibió una resolución de 14 microsegundos. En 2016, este registro se mejoró a un indicador de
11 microsegundos durante la observación de una nube de vapor de agua con un radio de 80 distancias desde la Tierra hasta el Sol a una distancia de 20 millones de años luz (estas observaciones permitieron establecer que tales
"maestros espaciales" tienen tamaños muy compactos) .
Otro ejemplo de comparación de las resoluciones de la red terrestre de telescopios y Radio Astron es disparar blazar 0836 + 710.RadioAstron también hizo un descubrimiento inesperado para todos: descubrió la llamada
dispersión subestructural , que consiste en el hecho de que el gas interestelar refracta la emisión de radio de estructuras compactas, creando varios "puntos" separados en lugar de una fuente de señal. Este efecto nos permite estudiar no solo el objeto observado en las ondas de radio, sino también el medio ubicado entre nosotros. Sin embargo, este fenómeno también crea problemas, ya que dificulta ver el objeto observado con todos los detalles. Por lo tanto, en 2016, los científicos desarrollaron un método de
reconstrucción de
imágenes , que debería permitirle ver las fuentes de radiación detrás de las nubes de gas y polvo interestelar, como un agujero negro supermasivo ubicado en el centro de nuestra galaxia y sus estrellas circundantes.
El telescopio también se usa en muchos otros estudios científicos que requieren observaciones con una resolución particularmente alta, y sus relojes atómicos se usaron en un
experimento para confirmar la teoría general de la relatividad en términos del fenómeno de dilatación del tiempo en un objeto en movimiento. Todavía no se han procesado todos los datos, pero la teoría ya se ha confirmado con una precisión del 0,01% (esto corresponde a la precisión de la misión
Gravity Probe A ), y después de procesar todos los datos, la precisión del experimento debería aumentar en un orden de magnitud. En 2017, el aparato se
quedó sin hidrógeno neutro para el funcionamiento de sus relojes atómicos, por lo que los científicos tuvieron que cambiar a otros dos métodos de sincronización: el estándar de frecuencia de rubidio y el "circuito cerrado": el segundo modo resultó ser más preciso y consiste en enviar un telescopio una señal de referencia a una frecuencia de 7 GHz, que se envía de vuelta a una frecuencia de 8 GHz. Debido a esto, es posible compensar los retrasos en la transmisión de la señal, que cambian debido a la falta de homogeneidad de la atmósfera, y lograr la precisión necesaria en la sincronización de las observaciones. El experimento para probar la teoría de la relatividad ya se había completado en ese momento, por lo que la pérdida de un reloj atómico no amenaza de ninguna manera el programa científico del telescopio.
Una de las tomas recientes de RadioAstron: el núcleo de la galaxia activa BL Lizards ubicada en 900 millones de sv. años de nosotrosEn total, durante los primeros 5 años de trabajo, se realizaron
más de 5 mil experimentos científicos. Durante el último programa científico, se recibieron
más de 100 solicitudes para trabajar con el dispositivo y se realizaron alrededor de 500 observaciones, lo que demuestra que el interés de los científicos en el proyecto no está disminuyendo, sino que incluso está aumentando. Durante el programa científico de 2017-2018, durante las observaciones del megamaser NGC 4258, junto con el telescopio en Medicin (Italia), Radio Astron
logró acercarse a su límite teórico de rendimiento, alcanzando una resolución de 8 microsegundos de arco. La aceptación de las solicitudes para el próximo programa de observación (que ya es el sexto consecutivo) comenzó el 22 de diciembre de 2017 y duró un mes estándar (
aquí hay una lista de los estudios que ganaron el concurso). Durante el trabajo de RadioAstron, observatorios de casi todo el mundo, incluidos Europa, Estados Unidos, China, Japón, Australia, Sudáfrica e incluso Corea del Sur, participaron en observaciones interferométricas con él.
Y ahora pasaremos a las preguntas al participante directo del proyecto:
Alexander Plavin, investigador del Laboratorio de Radioastronomía Extragaláctica del Centro Espacial de Astronomía del Instituto de Física de Lebedev y del Laboratorio de Investigación de Objetos Relativistas del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, responde preguntas.¿Qué observatorios y países participan en observaciones interferométricas con Radio Astron?Casi todos los telescopios grandes del mundo participaron al menos una vez en observaciones junto con Radio Astron, hasta ~ 40 telescopios simultáneamente. Muchos países y varios continentes: Europa / Asia, América, África, Australia. Entre las antenas rotativas más grandes del mundo con un diámetro de 100 metros, observadas regularmente, en Green Bank (EE. UU.) Y Effelsberg (Alemania), así como en muchos otros telescopios.
¿Se utilizan poderes informáticos extranjeros para procesar y comparar los resultados de las observaciones interferométricas?En general, los principales recursos informáticos son la correlación de datos de una estación terrestre y de un telescopio espacial. De forma regular, la correlación se lleva a cabo en Moscú (ACC FIAN) y en Bonn (Max-Planck-Institut für Radioastronomie), y se utiliza un software diferente: se realizaron pruebas especiales para coordinar los resultados. Además, a pesar de que no se trata exactamente de "potencia informática", la contribución del Observatorio del Banco Verde (EE. UU.) Es importante. Allí, se instaló un equipo especial de transmisión y recepción que le permite conectarse al satélite incluso cuando no es visible desde el territorio de Rusia (una estación de comunicación en Pushchino, cerca de Moscú).
¿Cuántas aplicaciones para trabajar con un telescopio exceden sus capacidades? ¿Cómo se distribuye el tiempo entre las organizaciones científicas nacionales y extranjeras?A pesar del hecho de que algunos programas a largo plazo para la revisión y monitoreo de núcleos galácticos activos se han completado recientemente, el volumen de solicitudes presentadas aún excede las capacidades del telescopio. Al distribuir el tiempo entre aplicaciones, no importa de qué país sea el autor principal: como para la mayoría de los telescopios del mundo, el tiempo se proporciona de acuerdo con una competencia general abierta. Esto permite utilizar el tiempo de instrumentos tan caros desde el punto de vista científico de manera más efectiva que si hubiera restricciones de país. Además, en términos generales, es imposible separar las solicitudes de las "organizaciones nacionales y extranjeras", ya que son enviadas por un equipo arbitrario de autores, que generalmente incluye científicos de diferentes países.
Spectrum-RG (Spectrum-X-ray Gamma)El lanzamiento de Millimetron se pospuso durante mucho tiempo debido a una reducción en el presupuesto de Roscosmos, pero recientemente comenzaron a hablar nuevamente sobre la reanudación de la construcción del tercer radiotelescopio RT-70 en la meseta de Suff. ¿Hay algún otro proyecto de radioastronomía en desarrollo ahora?Relativamente pronto, en la primavera de 2019, se planea lanzar el próximo satélite de la serie Spectrum: Spektr-RG, es decir, rayos X Gamma. Se ubicará cerca del punto L2 de Lagrange, es decir, mucho más lejos que RadioAstron: casi 2 millones de km en comparación con 350 mil km. , .
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17 2017 )
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Referencias
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