L'énorme antenne sur la photo ci-dessus est l'observatoire de radioastronomie de Murchison en Australie occidentale. Il se compose de 36 complexes avec antennes miroir fonctionnant dans la bande 1,4 GHz. Le miroir principal de chaque antenne atteint 12 mètres de diamètre et, ensemble, l'antenne n'est qu'une partie du radiotélescope Pathfinder. Des dizaines d'antennes de ce type travaillent ensemble pour voir les horizons les plus éloignés de l'univers, mais bientôt des centaines de milliers d'antennes devraient être combinées en un seul système. À qui c'est intéressant je demande sous kat.
Des radiotélescopes de type Pathfinder sont déployés sur toute la planète et nombre d'entre eux prévoient de s'intégrer dans le système SKA (Square Kilometer Array) avec une zone de réception totale de plus d'un kilomètre carré d'ici 2030. Il s'agira d'un complexe de deux mille systèmes d'antennes en Afrique et d'un demi-million de complexes radio d'Australie occidentale.
Le projet, qui est simultanément travaillé par l'Australie, le Canada, la Chine, l'Inde, l'Italie, les Pays-Bas, la Nouvelle-Zélande, l'Afrique du Sud, la Suède et le Royaume-Uni, résoudra de nombreux secrets de l'univers. Il sera capable de mesurer un grand nombre de pulsars, de fragments stellaires et d'autres corps cosmiques qui émettent des ondes électromagnétiques le long de leurs pôles magnétiques. En observant ces objets près des trous noirs, de nouvelles lois physiques peuvent être découvertes et, peut-être, une théorie unifiée de la mécanique quantique et de la gravité sera développée.
Les travaux de construction de SKA se dérouleront en plusieurs étapes à partir de la construction du système SKA1 et d'autres composants plus petits. SKA-1 lui-même sera composé de SKA1-mid en Afrique australe et de SKA1-low en Australie.
SKA-mid montré sur la photo sera composé de 197 antennes d'un diamètre allant jusqu'à 15 mètres chacune
SKA1-low est conçu pour collecter les ondes radio basse fréquence qui sont apparues dans l'espace il y a plusieurs milliards d'années. Pour recevoir ces ondes, de petites antennes tourniquets seront utilisées. Ils reçoivent des signaux sur une large gamme de fréquences, étant donné la télévision et la FM. Les antennes basses SKA1 fonctionnent dans la plage de 50 à 350 MHz, leur apparence est illustrée ci-dessous:
La direction du projet prévoit d'installer plus de 131 000 de ces antennes d'ici 2024. Tous seront divisés en grappes de 256 pièces chacun, et leurs signaux seront combinés et transmis via une ligne de communication à fibre optique.
Le principe de fonctionnement des antennes dans un même réseau est similaire au fonctionnement d'un télescope optique. La seule différence est que le radiotélescope ne se concentre pas sur le rayonnement optique, mais sur les ondes radio. Et la longueur d'onde acceptée, plus le diamètre de l'antenne miroir est grand, comme le radiotélescope FAST en Chine, qui fera également partie de SKA à l'avenir.
Le problème est que l'augmentation infinie de la taille du miroir ne fonctionnera pas, et la construction de structures puissantes comme FAST ne fonctionnera pas partout. C'est pourquoi il est plus facile d'utiliser de nombreuses antennes distribuées plus petites. Un exemple est l'antenne de radioastronomie Murchison Widefield Array (MWA). Les antennes MWA fonctionnent dans la plage de 80 à 300 MHz:
Ces antennes font également partie de SKA1-low en Australie et sont capables de regarder dans la période sombre du premier univers, qui existait il y a 13 millions d'années au moment où les étoiles émergeaient et d'autres objets ont commencé à chauffer l'univers rempli d'atomes d'hydrogène. Il est à noter qu'il est encore possible de détecter les ondes radio émises par ces atomes d'hydrogène neutres. Les ondes ont émis avec une longueur d'onde de 21 cm, mais au moment où elles ont atteint la Terre, des milliards d'années d'expansion spatiale s'étaient écoulées, les étirant sur plusieurs mètres.
L'image ci-dessous montre les sections avec des antennes MWA. Chaque section contient 16 antennes qui sont interconnectées en un seul réseau utilisant la fibre optique:
Les antennes MWA reçoivent les ondes radio dans certaines parties de différentes directions en même temps. Les signaux entrants sont amplifiés au centre de chaque antenne à l'aide d'une paire d'amplificateurs à faible bruit, puis envoyés au modeleur de faisceau le plus proche. Là, des guides d'ondes de différentes longueurs donnent aux signaux d'antenne un certain retard. Avec le bon choix de ce retard, les faisceaux de faisceaux «inclinent» le diagramme de rayonnement du réseau de sorte que les ondes radio provenant d'une certaine partie du ciel atteignent l'antenne en même temps, comme si elles étaient reçues par une grande antenne.
Ces antennes sont divisées en deux groupes, chacun envoyant des signaux à un récepteur. Il distribue les signaux entre différents canaux de fréquence. Après l'optique du récepteur envoie un signal à l'observatoire. Là, les données sont corrélées en multipliant les signaux et en les intégrant dans le temps. Cette approche vous permet de créer un seul signal fort, comme s'il était reçu par un grand radiotélescope.
La portée de visibilité d'un tel radiotélescope virtuel est également proportionnelle à sa taille. Dans le cas d'un télescope composé de nombreuses antennes, sa résolution maximale sera déterminée par la distance entre les parties réceptrices. Et plus elle est grande, plus la résolution est précise.
Grâce à cette propriété, les astronomes créent des télescopes virtuels couvrant les continents. Grâce à un tel colosse, il est même possible de discerner des trous noirs au centre de la Voie lactée. Cependant, la taille n'est pas la chose principale pour obtenir des informations précises sur l'objet étudié dans l'univers. La qualité de la résolution est affectée par le nombre total d'antennes et leur emplacement les uns par rapport aux autres.
Les données obtenues à l'aide de MWA sont envoyées à des centaines de kilomètres au centre de données le plus proche avec un superordinateur. MWA peut envoyer plus de 25 téraoctets de données par jour et dans les années à venir avec la sortie de SKA1, cette vitesse deviendra encore plus élevée. Et 131 000 antennes du radiotélescope SKA1, fonctionnant dans une seule baie, collecteront plus d'un téraoctet de données chaque jour.
Et c'est ainsi que le problème de l'alimentation des radiotélescopes est résolu. À l'Observatoire de radioastronomie de Murchison, l'alimentation des complexes d'antennes est assurée par des panneaux solaires d'une capacité de 1,6 mégawatts:
Jusqu'à récemment, les antennes de l'observatoire fonctionnaient sur des générateurs diesel, et maintenant, en plus des panneaux solaires, il dispose également d'un grand nombre de blocs de batteries lithium-ion pouvant stocker 2,6 mégawattheures. Certaines parties du réseau d'antennes recevront bientôt leurs propres panneaux solaires.
Dans des projets aussi ambitieux, la question du financement est toujours assez aiguë. Actuellement, le budget de construction de SKA1 en Afrique du Sud et en Australie est d'environ 675 millions d'euros. Il s'agit du montant fixé par 10 pays membres du projet: Australie, Canada, Chine, Inde, Italie, Pays-Bas, Nouvelle-Zélande, Afrique du Sud, Suède et Royaume-Uni. Mais ce financement ne couvre pas le coût total de SKA1, ce que les astronomes espèrent. Par conséquent, l'observatoire tente d'attirer plus de pays vers un partenariat qui pourrait augmenter le financement.
Les radiotélescopes vous permettent d'observer des objets spatiaux lointains: pulsars, quasars, etc. Ici, par exemple, en utilisant le radiotélescope FAST, nous avons réussi à détecter un radio pulsar en 2016:
