Antena besar dalam foto di atas adalah Observatorium Astronomi Radio Murchison di Australia Barat. Ini terdiri dari 36 kompleks dengan antena cermin yang beroperasi di pita 1,4 GHz. Cermin utama dari masing-masing antena mencapai diameter 12 meter, dan bersama-sama antena hanya bagian dari teleskop radio Pathfinder. Lusinan antena seperti itu bekerja sama untuk melihat cakrawala terjauh dari alam semesta, tetapi segera ratusan ribu antena direncanakan untuk digabungkan menjadi satu sistem. Kepada siapa itu menarik saya bertanya di bawah kat.
Teleskop radio tipe pathfinder dikerahkan di seluruh planet ini dan banyak dari mereka berencana untuk berintegrasi ke dalam sistem Kilometer Array Persegi (SKA) dengan total area penerima lebih dari satu kilometer persegi pada tahun 2030. Ini akan menjadi kompleks dua ribu sistem antena di Afrika dan setengah juta kompleks radio dari Australia Barat.
Proyek, yang sedang dikerjakan secara bersamaan oleh Australia, Kanada, Cina, India, Italia, Belanda, Selandia Baru, Afrika Selatan, Swedia dan Inggris, akan memecahkan banyak rahasia alam semesta. Dia akan dapat mengukur sejumlah besar pulsar, fragmen bintang dan benda kosmik lainnya yang memancarkan gelombang elektromagnetik di sepanjang kutub magnetnya. Dengan mengamati benda-benda seperti itu di dekat lubang hitam, hukum-hukum fisika baru dapat ditemukan dan, mungkin, teori terpadu mekanika kuantum dan gravitasi akan dikembangkan.
Pengerjaan konstruksi SKA akan berlangsung dalam beberapa tahap mulai dari pembangunan sistem SKA1 dan komponen-komponen kecil lainnya. SKA-1 sendiri akan terdiri dari SKA1-pertengahan di Afrika Selatan, dan SKA1-rendah di Australia.
SKA-pertengahan yang ditunjukkan dalam foto akan terdiri dari 197 antena dengan diameter masing-masing hingga 15 meter
SKA1-low dirancang untuk mengumpulkan gelombang radio frekuensi rendah yang muncul di ruang angkasa beberapa miliar tahun yang lalu. Untuk menerima gelombang seperti itu, antena pintu putar kecil akan digunakan. Mereka menerima sinyal pada rentang frekuensi yang luas, diberikan televisi dan FM. Antena SKA1-rendah beroperasi dalam kisaran 50 hingga 350 MHz, penampilannya ditunjukkan di bawah:
Manajemen proyek berencana untuk menginstal lebih dari 131 ribu antena tersebut pada tahun 2024. Semuanya akan dibagi menjadi 256 kelompok masing-masing, dan sinyal mereka akan digabungkan dan ditransmisikan melalui satu jalur komunikasi serat optik.
Prinsip operasi antena dalam satu array mirip dengan operasi teleskop optik. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa teleskop radio tidak berfokus pada radiasi optik, tetapi pada gelombang radio. Dan panjang gelombang yang diterima, semakin besar diameter antena cermin, seperti teleskop radio CEPAT di Cina, yang juga akan menjadi bagian dari SKA di masa depan.
Masalahnya adalah peningkatan ukuran cermin tanpa batas tidak akan berhasil, dan membangun struktur yang kuat seperti FAST tidak akan berfungsi di mana-mana. Itulah mengapa lebih mudah untuk menggunakan banyak antena berdistribusi lebih kecil. Contohnya adalah antena astronomi radio Murchison Widefield Array (MWA). Antena MWA beroperasi dalam kisaran 80 hingga 300 MHz:
Antena ini juga merupakan bagian dari SKA1-rendah di Australia dan dapat melihat periode gelap alam semesta awal, yang ada 13 juta tahun lalu pada saat bintang-bintang muncul dan benda-benda lain mulai memanaskan alam semesta yang dipenuhi dengan atom hidrogen. Patut dicatat bahwa masih mungkin untuk mendeteksi gelombang radio yang dipancarkan oleh atom hidrogen netral ini. Gelombang memancarkan dengan panjang gelombang 21 cm, tetapi pada saat mereka mencapai Bumi, miliaran tahun ekspansi ruang telah berlalu, membentang mereka untuk beberapa meter lagi.
Gambar di bawah ini menunjukkan bagian dengan antena MWA. Setiap bagian berisi 16 antena yang saling terhubung ke jaringan tunggal menggunakan serat optik:
Antena MWA menerima gelombang radio di beberapa bagian dari arah yang berbeda secara bersamaan. Sinyal yang masuk diperkuat di tengah masing-masing antena menggunakan sepasang penguat dengan noise rendah, dan kemudian dikirim ke pembentuk sinar terdekat. Di sana, pandu gelombang dari berbagai panjang memberi sinyal antena penundaan tertentu. Dengan pilihan yang tepat dari keterlambatan ini, berkas pembentuk "memiringkan" pola radiasi susunan sehingga gelombang radio yang berasal dari bagian langit tertentu mencapai antena pada saat yang sama, seolah-olah diterima oleh satu antena besar.
Antena tersebut dibagi menjadi dua kelompok, yang masing-masing mengirimkan sinyal ke satu penerima. Ini mendistribusikan sinyal antara saluran frekuensi yang berbeda. Setelah optik penerima mengirim sinyal ke observatorium. Di sana, data berkorelasi dengan mengalikan sinyal dan mengintegrasikannya dari waktu ke waktu. Pendekatan ini memungkinkan Anda untuk membuat sinyal kuat tunggal, seolah-olah itu diterima oleh satu teleskop radio besar.
Rentang visibilitas teleskop radio virtual juga sebanding dengan ukurannya. Dalam kasus teleskop yang terdiri dari banyak antena, resolusi maksimumnya akan ditentukan oleh jarak antara bagian penerima. Dan semakin besar, semakin akurat resolusinya.
Berkat properti ini, para astronom membuat teleskop virtual yang meliputi benua. Berkat raksasa seperti itu, bahkan dimungkinkan untuk membedakan lubang hitam di pusat Bima Sakti. Namun, ukuran bukanlah hal utama dalam memperoleh informasi yang akurat tentang objek yang dipelajari di alam semesta. Kualitas resolusi dipengaruhi oleh jumlah antena dan lokasinya relatif satu sama lain.
Data yang diperoleh menggunakan MWA dikirim ratusan kilometer ke pusat data terdekat dengan superkomputer. MWA dapat mengirim lebih dari 25 terabyte data per hari dan di tahun-tahun mendatang dengan rilis SKA1-rendah kecepatan ini akan menjadi lebih tinggi. Dan 131.000 antena di teleskop radio rendah-SKA1, yang bekerja dalam satu susunan bersama, akan mengumpulkan lebih dari satu terabyte data setiap hari.
Dan ini adalah bagaimana masalah dengan catu daya teleskop radio diselesaikan. Di Observatorium Astronomi Radio Murchison, catu daya untuk kompleks antena disediakan oleh panel surya dengan kapasitas 1,6 megawatt:
Sampai saat ini, antena observatorium dioperasikan pada generator diesel, dan sekarang, selain panel surya, ia juga memiliki sejumlah besar blok baterai lithium-ion yang dapat menyimpan 2,6 megawatt jam. Beberapa bagian dari susunan antena akan segera menerima panel surya mereka sendiri.
Dalam proyek ambisius seperti itu, masalah pembiayaan selalu cukup akut. Saat ini, anggaran konstruksi SKA1 di Afrika Selatan dan Australia adalah sekitar 675 juta euro. Ini adalah jumlah yang ditetapkan oleh 10 negara anggota proyek: Australia, Kanada, Cina, India, Italia, Belanda, Selandia Baru, Afrika Selatan, Swedia, dan Inggris. Tetapi pendanaan ini tidak mencakup biaya penuh SKA1, yang diharapkan para astronom. Karena itu, observatorium berusaha menarik lebih banyak negara ke kemitraan yang dapat meningkatkan pendanaan.
Teleskop radio memungkinkan Anda mengamati objek ruang jauh: pulsar, quasar, dll. Di sini, misalnya, menggunakan teleskop radio FAST, kami berhasil mendeteksi pulsar radio pada 2016:
