Technologies, perspectives et espoirs de Radio Astron

Spizer. © NASA

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© polit.ru

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- La question est bonne et correcte. Le problème est que la réponse à celle-ci caractérise le répondant plus que le projet lui-même. C'est donc un peu difficile pour moi. Mais pourquoi n'essayons-nous pas d'être prudents d'une part, afin de ne pas être accusés de «musique pop» excessive, mais d'autre part proches du sujet. Les tentatives de cartographier le centre de notre galaxie et de restaurer sa véritable image, c'est un potentiel évident pour le prix Nobel. Si nous réussissons ... Si au moins un jour le prix Nobel est décerné pour la découverte la plus directe ou la moins indirecte d'un trou noir ... la soi-disant "ombre du trou noir" - un tel cercle ou croissant à une distance de plusieurs horizons d'événements d'un trou noir - je prédis que cela se fera sans tenir compte L'effet de la sous-structure du spot de diffusion que nous avons découvert est tout simplement impossible.Par conséquent, que Radio Astron ait ou non le prix Nobel, notre contribution au prix Nobel sur cette question est obligée de participer. Et il est déjà inclus dans le sens où toutes les publications des 1-2 dernières années sur ce sujet discutent nécessairement de cet effet, en tenant compte, en l'analysant.

Si nous parlons du prix pour nous, alors nous avons mené l'expérience correspondante en septembre 2015. La cartographie du centre de notre galaxie à une longueur d'onde de 1,3 centimètres a été réalisée à l'aide d'un radiotélescope spatial et d'une vingtaine d'antennes sur Terre - américaine, australienne, coréenne, chinoise. Si nous parvenons, après avoir restauré la véritable image du centre de la Galaxie, à obtenir des informations sur l'ombre d'un trou noir, c'est évidemment le potentiel pour le prix Nobel.


Modélisation de différentes options pour l'image d'un trou noir.

- Autrement dit, vous pouvez voir un trou noir? Au moins ce que vous pouvez y voir.

- Oui, c'est ce que le chef de projet Nikolay Semenovich Kardashev a dit avant le lancement. J'étais plus conservateur dans les prédictions ... Surtout, j'ai essayé d'évaluer la liste minimale "garantie" de résultats que RadioAstron est capable de donner. Nikolai Semenovich regarde toujours les problèmes de manière large et, souvent, avec son génie, je n'ai pas peur du mot, il peut prédire des choses qui, pour beaucoup d'autres, semblent trop audacieuses. Il a déclaré avant le lancement de Spectra-R dans l'espace que Radio Astron verrait des trous noirs.

Nous avons essayé de le faire en observant le centre de la galaxie dans la constellation de la Vierge (Vierge A ou M 87). Techniquement, nous avons une telle opportunité avec une orbite existante et un récepteur qui fonctionne à la longueur d'onde la plus courte de 1,3 cm. Nous aurions dû être chanceux en ce sens que les conditions d'absorption (parfois aussi appelées auto-absorption synchrotron) et la diffusion des rayonnements auraient dû être suffisamment douces pour voir l'ombre d'un trou noir. Échec. Il est possible qu'en raison de l'auto-absorption synchrotron. Il est clair où se déplacer - vers des vagues plus courtes, où ces effets sont plus faibles.


M 87 dans le tournage du télescope spatial Hubble. Le jet relativiste du centre de la galaxie (c) NASA est clairement visible

Au centre de la galaxie, ils n'allaient pas travailler, car ils connaissaient la dispersion dans les nuages ​​denses. Notre découverte de l'effet de sous-structure de diffusion nous a donné l'espoir de restaurer la véritable image du centre de la Galaxie en tenant compte de cet effet. Peut-être que nous réussirons. Ce sera un résultat proche du niveau du prix Nobel ... Encore une fois, si vous êtes optimiste, si nous avons de la chance. Nous travaillons dans ce sens, les premiers résultats sont positifs, incroyablement intéressants et un grand nombre d'articles sur ce sujet ont déjà été publiés. En tout cas, RadioAstron a considérablement avancé la science mondiale dans cette direction, même si le prix ne nous est pas allé.
(Liens: un , deux , trois , quatre , cinq. Toutes les publications sur le projet RadioAstron: ici ).


Modéliser la variabilité de la sous-structure de diffusion de la réfraction pour un anneau afin de comprendre à quoi s'attendre pour une «ombre de trou noir». Le mouvement apparent est associé au mouvement du nuage turbulent devant l'anneau. (c) Michael Johnson (Harvard CfA).

Quant aux autres domaines, il est plus difficile à prévoir. Il y a beaucoup de résultats intéressants sur les quasars, cependant, dans la mesure où ils ont un potentiel pour le prix Nobel, c'est assez difficile pour moi de juger, je serai bien ici.

- Que pensez-vous, les données de Radio Astron, les résultats de ses travaux auront en quelque sorte un ajustement significatif ou une influence sur le changement dans l'image cosmologique moderne de l'Univers?

- Pour être réaliste, c'est peu probable. Les tâches cosmologiques n'ont pas été confrontées au projet RadioAstron. La seule direction qui pourrait potentiellement contribuer à la compréhension de l'énergie sombre est peut-être l'étude des mégamasers [ nuages ​​d'étoiles dans d'autres galaxies ] en raison de la possibilité d'une estimation indépendante des distances qui les séparent .

- Retour sur Terre. Vous avez mentionné la participation de scientifiques chinois au projet. Ils ont construit un nouveau télescope. Sera-t-il impliqué dans le programme RadioAstron?



- Sans aucun doute, quand il commence à fonctionner en mode interférométrie avec des bases extra-longues (VLBI), il peut devenir un élément de l'interféromètre sol-espace, et nous allons certainement l'utiliser dans le projet RadioAstron. Je n’ai absolument aucun doute. Nous travaillons avec tous les plus grands radiotélescopes du monde qui mènent des expériences sur l'astrophysique VLBI. Radio Astron n'impose aucune exigence particulière aux télescopes au sol pour fonctionner selon son propre mode. De plus, en ce qui concerne la Chine, nous avons un protocole d'accord entre l'Astro Space Center de l'Institut physique de Lebedev et l'Observatoire de Shanghai. De toute évidence, tout radiotélescope sera honorablement politiquement et scientifiquement intéressé à participer à des observations avec Radio Astron. Il n'y a jamais eu de projets de cette classe en radioastronomie spatiale en centimètres et en décimètres, et dans un avenir proche, malheureusement,pas prévu. Par exemple, c'est notre succès qui a conduit au fait que le projet chinois d'interféromètre sol-espace, malheureusement, n'a pas eu lieu - c'est ma lecture de la situation. L'Agence spatiale chinoise ne l'a pas soutenu. Nous sommes la seule chance des télescopes au sol de participer à de telles expériences dans les années à venir. Et j'espère que le télescope FAST - un télescope de 500 mètres - introduira un mode d'observation interférométrique dès que possible afin de travailler avec Radio Astron. Il existe de nombreux exemples de télescopes qui ont commencé à fonctionner avec nous en cours de construction et de lancement. Par exemple, un télescope de 65 mètres avec une surface active près de Shanghai, un télescope de 64 mètres avec une surface active en Sardaigne. Immédiatement après la remise en service, le 32e télescope, restauré par des collègues lettons, a commencé à travailler avec nous à Irben.Par exemple, c'est notre succès qui a conduit au fait que le projet chinois d'interféromètre sol-espace, malheureusement, n'a pas eu lieu - c'est ma lecture de la situation. L'Agence spatiale chinoise ne l'a pas soutenu. Nous sommes la seule chance des télescopes au sol de participer à de telles expériences dans les années à venir. Et j'espère que le télescope FAST - un télescope de 500 mètres - introduira un mode d'observation interférométrique dès que possible afin de travailler avec Radio Astron. Il existe de nombreux exemples de télescopes qui ont commencé à fonctionner avec nous en cours de construction et de lancement. Par exemple, un télescope de 65 mètres avec une surface active près de Shanghai, un télescope de 64 mètres avec une surface active en Sardaigne. 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FAST () () Fast.bao.ac.cn

— FAST ?

- Bien sûr, ils le promettent. Voici une si belle situation: la sensibilité de l'interféromètre est égale à la racine du produit de la sensibilité des deux télescopes qui le forment. Vous ne pouvez pas lancer une plaque de 500 mètres dans l'espace, dans l'espace vous ne pouvez pas refroidir des amplificateurs à très basse température pendant de nombreuses années ... Soit vous refroidissez pendant une courte période, soit vous envoyez des récepteurs «chauds». Nous avons un télescope spatial de 10 mètres, c'est le plus grand télescope spatial, nous avons même un certificat du Livre Guinness des Records. Les récepteurs de Radio Astron sont refroidis passivement. Si vous avez un télescope plus grand sur Terre, cela vous donne la possibilité d'améliorer la sensibilité de l'interféromètre dans son ensemble. Aujourd'hui, le plus grand télescope qui fonctionne avec le nôtre est l'analogue FAST de 300 mètres, l'antenne Arecibo à Puerto Rico, aux États-Unis. Arecibo comprendnous nous complétons parfaitement, donc les observations avec RadioAstron pour le télescope Arecibo sont l'une des plus hautes priorités. Nous avons l'occasion d'étudier des signaux cosmiques plus faibles, un plus grand nombre d'objets plus loin, ainsi que des effets plus subtils, y compris l'effet de la sous-structure du spot de diffusion et bien plus encore.

- Je pense que beaucoup seront intéressés par où et comment se déroule le traitement des données reçues par Radio Astron. Quelles capacités?

- Oui, parlons-en. Pendant le traitement, les événements suivants se produisent. Supposons que nous menons une expérience typique de Radio Astron. Habituellement, de 3 à 30 radiotélescopes fonctionnent sur Terre, ainsi que le télescope spatial Spectrum-R. Dans le même temps, jusqu'aux normes de fréquence de l'hydrogène, des observations sont faites. [La norme de fréquence de l'hydrogène est des horloges atomiques ultra-précises - env.] En conséquence, les télescopes au sol enregistrent les données en place. Le vaisseau spatial se jette en temps réel sur Terre via des stations de suivi et de collecte à Pushchino (région de Moscou) et Green Bank (Virginie-Occidentale, États-Unis). Ces données sont ensuite réduites au centre de corrélation de la manière électronique habituelle, c'est-à-dire transmises sur Internet. Des canaux dédiés, en fait.

La première étape de traitement est ce que l'on appelle le «traitement de corrélation». Elle est réalisée sur l'un des trois corrélateurs. Ce sont des clusters d'ordinateurs avec cent ou deux cœurs. Ils sont utilisés pour corréler tous les flux de données enregistrés à partir de chaque télescope les uns avec les autres. En conséquence, si très simplifié, en sortie on obtient la valeur du coefficient de corrélation en fonction du temps entre chaque paire de télescopes.


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La deuxième étape est déjà le «traitement post-corrélation», lorsque nous supprimons et corrigeons tous les effets que le système de mesure - l'interféromètre et l'atmosphère terrestre - ont introduits dans les données. Nous compensons le retard de phase du signal à chaque télescope. La phase se détériore également, passant à travers l'atmosphère, l'ionosphère, la troposphère de la Terre ... Horloges imparfaites sur chaque télescope, retards dans l'électronique. C'est tout à fait normal, il n'y a pas de problème, c'est une vraie expérience. Quelque chose de parfait ne se produit que sur le papier, mais dans la vie, vous devez calibrer tous ces effets. Nous traduisons l'amplitude des unités internes de l'électronique utilisée en unités physiques. En sortie, nous obtenons un signal complexe avec une amplitude et une phase corrigées ou, à proprement parler, calibrées. Il s'agit de la deuxième étape de traitement.

Ensuite, l'analyse des données dépend de l'expérience que nous avons menée. Il existe des types d'analyse très différents. Si vous construisez une image d'un quasar, c'est ce que l'on appelle la "cartographie hybride". A partir de l'ensemble des données reçues, nous restaurons l'image de l'objet. L'analyse spectrale peut être effectuée si vous êtes impliqué dans la spectroscopie, étudiez un maser, respectivement, vous recherchez une ligne spectrale dans les données. Engagé dans des pulsars - vous devez extraire les impulsions de l'ensemble du flux de données. Ceci est la dernière étape. Nous appellerons "analyse post-corrélation".

Maintenant, où sont-ils détenus? Comme je l'ai dit, la première étape - la corrélation - s'effectue sur trois corrélateurs. L'un est situé à Moscou au LPI Astro Space Center. Il s'agit du principal corrélateur du projet RadioAstron. Il traite environ 85% des données. Les 15% restants sont corrélés à Bonn, au Max Planck Institute for Radio Astronomy et au Joint Institute for VLBI en Europe, aux Pays-Bas. Ces trois corrélateurs sont différents, le matériel, les programmes de corrélation sont différents. L'une de nos fiertés est que les sorties de ces corrélateurs coïncident. Si vous traitez les mêmes données expérimentales sur ces trois super-ordinateurs, le résultat sera exactement le même. C'est très cool. Naturellement, il était extrêmement important au cours de la première année de s'assurer que nous sommes tous d'accord les uns avec les autres et que l'analyse des données indépendante,donner la même chose - n'est-ce pas le bonheur? .. Voilà, vous savez, comment convergent les débiteurs avec le crédit.

Le traitement et l'analyse de post-corrélation sont effectués par les groupes de recherche du projet, qui comprennent des co-auteurs d'une vingtaine de pays du monde. Certaines de leurs tâches nécessitent des super-ordinateurs, certains postes de travail assez puissants, certains peuvent être effectués sur un ordinateur portable.

- Selon vous, combien de temps RadioAstron peut-il encore fonctionner?

-Une question fréquente, si j'étais un politicien, j'ai dit: "Sur la base de la décision de la commission d'État, l'Agence spatiale russe a prolongé le projet RadioAstron jusqu'à la fin de 2018." La vraie vérité. La décision a été prise au printemps 2016. Quant aux capacités techniques ... Oui, on voit la dégradation des équipements à bord. Cependant, nous et l’ONG Lavochkin, tous les systèmes sont dupliqués ou triplés. Certains sont restés aujourd'hui en un ou deux exemplaires. Dès le début du lancement du projet spatial dans l'espace, nous vivons avec l'idée qu'aujourd'hui peut être notre dernier jour, ou peut-être que nous vivrons encore de nombreuses années.


"Spectrum-R" dans l'atelier de montage (c) NPO Lavochkina

- Concernant la dégradation. Peut-on dire que les maladies infantiles sont passées, et maintenant tout fonctionne comme d'habitude?

- On pourrait dire cela au cours de la première année de vol. Il y avait des maladies infantiles, à la fois sur Terre et dans l'espace. Je peux vous dire la date à laquelle nous avons fini avec la dernière maladie infantile grave. 15 mars 2012. Depuis lors, nous travaillons normalement dans tous les modes. Quatre gammes de longueurs d'onde, intensité totale et polarisation, masers, pulsars, quasars - ce sont tous des modes différents. Mode multifréquence dans une large plage de 18 à 25 GHz.

En fonctionnement normal, il arrive que certains équipements tombent en panne. NPO Lavochkina passe à des systèmes de rechange ou résout le problème. Aujourd'hui, les caractéristiques de l'appareil Spectrum-R et sa capacité à résoudre des problèmes scientifiques sont à peu près au même niveau qu'au printemps 2012, lorsque nous sommes entrés en mode de combat à part entière. Nous avons certaines nouvelles limitations. Par exemple, la situation avec les gyrodynes . Mais jusqu'à présent, rien n'a significativement affecté la capacité à poursuivre la mise en œuvre du programme scientifique, qui se forme chaque année sur la base d'un appel à propositions ouvert.

- Une question assez coquelicot: pouvons-nous trouver des extraterrestres avec l'aide de Radio Astron?

- Les étrangers peuvent être trouvés, comme vous le comprenez avec des lunettes, s'ils atterrissent à côté de votre maison et entrent dans votre appartement. En conséquence, nous pouvons. Par exemple, si nous voyons un «miracle cosmique» qui ne peut être expliqué par aucune loi moderne de la physique.

- Si nous utilisons le Radio Astron à n'importe quelle distance observée de la Terre, pourrions-nous déterminer son certain comportement anormal? Y compris dans la portée radio. S'ils le pouvaient, à quelle distance?

- Je ne pense pas que vous ayez besoin de RadioAstron pour cela, car la Terre est très petite et ressemblerait en tout cas à un point. En ce sens, vous avez besoin d'un télescope très grand et, par conséquent, sensible, comme le même FASTa. Il est l'un des prototypes du Square Kilometer Array (un projet de télescope avec une surface de collecte de la taille d'un kilomètre carré). SKA est actuellement en construction dans l'hémisphère sud, en partie en Afrique, en partie en Australie. En fait, si vous construisez un énorme télescope très très sensible, vous pouvez enregistrer l'émission de molécules organiques à partir de planètes éloignées. En conséquence, la vie, bien que non raisonnable. Cette tâche est confrontée à de nombreux télescopes au sol. Le même espace Millimetron que nous développons aura la résolution angulaire nécessaire pour voir l'ombre d'un trou noir, il fonctionnera à hautes fréquences,pour vaincre le problème de prise de contrôle. Et d'autre part, il aura une sensibilité élevée et fonctionnera aux radiofréquences qui nous permettront d'étudier le rayonnement des molécules organiques.

- Ma question ne portait pas tant sur la matière organique que sur nos activités commerciales. Par exemple, les radars et similaires.

- Le Spectrum-R lui-même, un miroir de 10 mètres dans l'espace, est difficile à rivaliser avec la sensibilité des télescopes au sol pour résoudre ce problème. Quant à l'interférométrie ... Supposons que vous trouviez un candidat suspect que vous devez étudier avec une résolution angulaire extrême, alors que la sensibilité de l'interféromètre est suffisante. RadioAstron peut alors se connecter et trouver des anomalies. Vous voyez, la question du pavot est une réponse partiellement pavot. Oui, si nous voyons des anomalies, nous pouvons découvrir des extraterrestres. Jusqu'à présent, nous ne voyons pas de telles anomalies dans l'Univers.

- Vous avez commencé à répondre à une question que je n'ai pas encore posée sur Millimetron et sur les perspectives de la radioastronomie russe dans les années à venir. À quoi vous attendez-vous? Quels travaux sont actuellement en cours pour l'avenir?


Le projet du radiotélescope spatial "Spectrum-M" (Millimetron) (c) ACC LPI

- Parlons -nous seulement de l'espace ou de la Terre aussi?

-Peut-être sur la Terre, nous parlons de la science en principe.

-Bon. Je vais partir de la terre. Au cours de l'année écoulée, un groupe de travail interministériel d'experts a recueilli et analysé des propositions pour le développement d'une infrastructure astronomique au sol (télescopes) dans la Fédération de Russie. Il s'agissait d'en construire de nouveaux ou de terminer les travaux de construction commencés. Les discussions se sont déroulées largement et ouvertement. Un groupe d'experts a formulé des recommandations avec des notes et les a soumises aux autorités exécutives compétentes de la Russie. Quant à la radioastronomie, un projet international et deux russes ont atteint la finale. Projet international - Participation de la Russie au Square Kilometer Array(SKA). La recommandation était la suivante: SKA est important, super, la participation à ce projet est l'avenir de notre pays. Dans le même temps, la participation de la Russie à SKA a été recommandée après une décision positive de participer à l'Observatoire européen austral (ESO). La raison est simple - le nombre d'astronomes russes qui peuvent utiliser les ressources ESO est beaucoup plus que ceux qui peuvent utiliser SKA.

Parmi les projets russes dans le domaine de la radioastronomie, deux sont notés. Le premier est l'achèvement de la construction sur le plateau de Suffa en Ouzbékistan d'un miroir de surface actif de 70 mètres.


Construction d'un radiotélescope en conserve sur le plateau de Suffa (Ouzbékistan). c) A. Zharkov

II - construction d'un nouveau type de radiotélescope numérique à ondes longues basé sur l'expérience de l'Observatoire Pushchino.

Pourquoi ces projets ont-ils été sélectionnés, avec la modernisation du RATAN-600 au SAO RAS? Désormais, les ondes longues et courtes ont reçu un sérieux coup de pouce grâce à l'introduction des méthodes numériques de radioastronomie et au développement de la technologie. Et en ce qui concerne les ondes courtes, l'exemple le plus sérieux des dernières avancées est l'interféromètre ALMA situé au Chili. Long Waves - LOFAR aux Pays-Bas.

Le millimétron, en ce sens, est une étape similaire dans la dynamique du développement de l'astronomie millimétrique et submillimétrique. Millimetron peut étendre les capacités modernes disponibles grâce à ALMA. Ce dernier n'est observé que dans certaines gammes de fréquences en raison de l'opacité partielle de l'atmosphère. Millimetron, étant dans l'espace, gagne. Il peut observer dans toute la gamme des millimètres et des submillimètres. Sa sensibilité sera augmentée en raison de l'écran thermique et du refroidissement actif de la surface du miroir.


Une maquette du bouclier thermique Millimetron dans l'atelier de montage de l'ISS Reshetnev (s) ISS Reshetnev / ORKK

En même temps, le Millimetron, en tant qu'interféromètre sol-espace, fournira absolument au-delà de la plage de résolution angulaire tout en minimisant les problèmes de diffusion et d'auto-absorption des rayonnements. C'est la prochaine étape après Radio Astron.

Quant aux longues vagues, on sait beaucoup de choses sur LOFAR . Jusqu'à présent, la Russie est en retard. Nous ne participons pas au LOFAR, mais la radioastronomie à grande longueur d'onde est extrêmement intéressante. Nous, les radioastronomes, avons pu surmonter deux problèmes. L'un est le problème associé à l'ionosphère et à la terrible diffusion, gâchant en fait la phase de l'émission radio entrante. Et d'autre part, il y a des cauchemars. De nouvelles technologies de nettoyage des interférences sont activement développées et mises en œuvre, ce qui nous permet de nettoyer les données des interférences en mode automatique, perdant environ 10% des données.

Vous pouvez également mentionner que, sur proposition de l'Institut de recherche spatiale, nous discutons de la possibilité de construire un radiotélescope à ondes ultra-longues sur la Lune. Si la Russie, bien sûr, ira sur la lune.

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Source: https://habr.com/ru/post/fr396777/