ASKAP: радиотелескоп в западно-австралийской глубинке
Благодаря фейсбуку предлагающему перепостить старые фотографии я вспомнил, что сегодня исполняется ровно четыре года с того момента, когда ASKAP, радиотелескоп, строительство и наладка которого входит в мои рабочие обязанности, собственно заработал как радиоинтерферометр, то есть мы впервые получили, как говорят, интерференционные лепестки комбинируя сигнал от космического радиоисточника принятый двумя различными антеннами. Это событие для радиоинтерферометра эквивалентно первому свету оптического телескопа. И может рассматриваться как рождение новой радиообсерватории. Поэтому я решил немного написать об этом.
Радиоинтерферометры строят изображения радионеба с помощью математических алгоритмов основанных на преобразовании Фурье. Они состоят из нескольких антенн и позволяют получить гораздо большее угловое разрешение, которое определяется тем, насколько антенны разнесены друг от друга, чем одиночные антенны. В настоящее время в мире работает несколько таких антенных решеток и даже объединяют антенны находящиеся на разных континентах или даже в космосе (например российский Радиоастрон), хотя такого рода инструменты называющиеся радиоинтерферометрами со сверхдлинной базой достаточно специфичны и их не стоит сравнивать со связанными интерферометрами вроде того, о котором я рассказываю. Чем больше антенн, тем, как правило, лучше получаются изображения. Ну и чувствительность конечно лучше тоже, то есть можно обнаружить более слабые объекты.
Разумеется для того, чтобы наблюдательная наука двигалась вперед, необходимо улучшать технику, и новые телескопы или их апгрейды должны либо что-то делать заметно лучше, чем раньше, либо открывать новые области параметров, где наблюдения раньше делать было сложно. Заметно лучше - означает в разы, а не на несколько процентов. Так, например, на обсерватории в Наррабрай, где мне довелось работать раньше, находится основной телескоп управляемый организацией, где я сейчас работаю - Australia Telescope Compact Array (ATCA). Так вот за последние 10 лет был сделан большой рывок в плане апгрейда приемников и цифрового оборудования, позволяющий одновременно наблюдать большой диапазон частот, и, соответственно, либо улучшить чувствительность для наблюдений в непрерывном спектре в 4 раза, если не больше, либо наблюдать одновременно несколько спектральных линий для которых раньше потребовались бы отдельные наблюдения. Кроме того, постепенно закрываются дыры в частотном спектре, где наблюдения делать было нельзя, так как приемники все же чувствительны к ограниченному диапазону частот, даже если антенны сами по себе еще достаточно эффективны. Тут тоже была проведена большая работа на ATCA, но наверное американская VLA все же будет лучшим примером так как позволяет наблюдать везде от 1 до 50 ГГц и даже на более низких частотах в пределах определенных диапазонов.
В общем возможностей для дальнейшего улучшения в процессе апгрейда уже остается не так много, если не рассматривать строительство новых антенн, что совршенно необязательно является разумным вложением средств. Поэтому остается строительство принципиально новых обсерваторий, которые позволяют делать что-то принципиально новое. Например, ALMA в Чили фактически открыла новую страницу в субмиллиметровой астрономии за счет беспрецедентного качества изображений и выбора приемников. Да и в районе 100 ГГц результаты настолько впечатляют, что наши приемники на ту же частоту на ATCA все время порываются закрыть (и имело бы смысл, если бы получить наблюдательное время на ALMA было бы просто). В низкочастотной радиоастрономии основной проект этого столетия - это Square Kilometre Array (SKA), который будет находиться частично в Австралии, а частично в ЮАР. Название этого телескопа происходит от того, что планируемая площадь собирающей поверхности всех антенн должна быть около одного квадратного километра. Это дело будущего, и в данный момент разве что очертания первой фазы этого инструмента потихоньку прояснились.
Еще одним вариантом дальнейшего развития являются попытки увеличить поле зрения телескопа. Это связано с тем, что большинство научных программ на таких инструментах имеют форму обзоров, когда надо отнаблюдать все видимое небо. Большее поле зрения позволяет сделать этот обзор быстрее. Для SKA увеличение поля зрения тоже рассматривалось, и наш проект, Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP), был как раз демонстратором технологий, которые это могут осуществить. Идея была поставить особый приемник, который называется Phased Array Feed (PAF), по сути многопиксельную радиокамеру, на большое число (сначала планировалось 45, но потом уменьшилось до нынешних 36) относительно небольших антенн (12 метров в диаметре). Сама идея использования фазированных решеток не нова, в военных приложениях они давно используются. Но для астрономии нужны очень малошумящие приемники и такой было не так просто сделать. К тому же, такой телескоп генерирует заметно больше данных и компьютерная техника только сейчас позволяет (хотя пока еще только в теории) справиться с таким объемом данных.
Слабые сигналы в радиоастрономии заставляют забираться далеко от цивилизации, так как привычные блага цивилизации вроде мобильных телефонов, микроволновок и даже автомобилей дают заметные помехи, которые гораздо сильнее, чем те космические источники
которые мы хотим отнаблюдать. Если поместить мобильный телефон на Луну и как-то заставить его излучать на полную мощность (они сейчас умные и попусту это не делают, так как батарея быстро разряжается), то он будет заметным источником на нашем радионебе. ASKAP находится в Западной Австралии, вдали от цивилизации. До ближайшего города, крупного по австралийским меркам, около 4 часов на машине. А на территории размером со среднюю европейскую страну проживает всего около 50 человек. Если не рассматривать Антарктиду, где логистика сделала бы стоимость эксплуатации такой обсерватории запредельной, лучшего места наверное не найти. Будущий сайт австралийской части SKA будет находиться неподалеку.
За эти четыре года с момента получения первых интерференционных лепестков, к тому же при помощи программного коррелятора, а не штатного оборудования, конечно же мы прошли огромный путь. Были взлеты и падения, наверное месяцы времени проведенные вдали от цивилизации, а первое время даже в строительном вагончике, с подчас +40 за бортом. Но это было очень интересно. Были запоминающиеся поездки на обсерваторию, например помогать с промо-фильмом, который Александр Черний (Alex Cherney / terrastro), думаю знакомый многим любителям фотографий звездного неба и тайм-лапсов, делал к нашему дню открытых дверей. Кстати Александр приехал в Австралию из Одессы, так что во время работы над его фильмом, русский язык наверное в первый раз использовался на территории обсерватории. Сейчас уже телескоп потихонечку выходит на финишную прямую. Первая "пробная" версия оборудования и премников из шести антенн, две из которых принимали участие в тех тестах четырехлетней давности, можно сказать успешно выполнила все возложенные на нее инженерные задачи и даже дала материал для нескольких научных публикаций (см. например здесь). Установка и наладка второй (и окончательной) версии приемников и оборудования, которая позволила заметно удешивить производство и улучшить характеристики, идет полным ходом. Первая наука ожидается от системы из 12 антенн во второй половине следующего года.
P.S. Для профессиональных астрономов читающих эту мою заметку, в преддверии первой науки с ASKAP MkII у нас организуется конференция ASKAP2016: The future of radio astronomy surveys, Сидней, Австралия, 6 - 10 июня, 2016
Радиоинтерферометры строят изображения радионеба с помощью математических алгоритмов основанных на преобразовании Фурье. Они состоят из нескольких антенн и позволяют получить гораздо большее угловое разрешение, которое определяется тем, насколько антенны разнесены друг от друга, чем одиночные антенны. В настоящее время в мире работает несколько таких антенных решеток и даже объединяют антенны находящиеся на разных континентах или даже в космосе (например российский Радиоастрон), хотя такого рода инструменты называющиеся радиоинтерферометрами со сверхдлинной базой достаточно специфичны и их не стоит сравнивать со связанными интерферометрами вроде того, о котором я рассказываю. Чем больше антенн, тем, как правило, лучше получаются изображения. Ну и чувствительность конечно лучше тоже, то есть можно обнаружить более слабые объекты.
Разумеется для того, чтобы наблюдательная наука двигалась вперед, необходимо улучшать технику, и новые телескопы или их апгрейды должны либо что-то делать заметно лучше, чем раньше, либо открывать новые области параметров, где наблюдения раньше делать было сложно. Заметно лучше - означает в разы, а не на несколько процентов. Так, например, на обсерватории в Наррабрай, где мне довелось работать раньше, находится основной телескоп управляемый организацией, где я сейчас работаю - Australia Telescope Compact Array (ATCA). Так вот за последние 10 лет был сделан большой рывок в плане апгрейда приемников и цифрового оборудования, позволяющий одновременно наблюдать большой диапазон частот, и, соответственно, либо улучшить чувствительность для наблюдений в непрерывном спектре в 4 раза, если не больше, либо наблюдать одновременно несколько спектральных линий для которых раньше потребовались бы отдельные наблюдения. Кроме того, постепенно закрываются дыры в частотном спектре, где наблюдения делать было нельзя, так как приемники все же чувствительны к ограниченному диапазону частот, даже если антенны сами по себе еще достаточно эффективны. Тут тоже была проведена большая работа на ATCA, но наверное американская VLA все же будет лучшим примером так как позволяет наблюдать везде от 1 до 50 ГГц и даже на более низких частотах в пределах определенных диапазонов.
В общем возможностей для дальнейшего улучшения в процессе апгрейда уже остается не так много, если не рассматривать строительство новых антенн, что совршенно необязательно является разумным вложением средств. Поэтому остается строительство принципиально новых обсерваторий, которые позволяют делать что-то принципиально новое. Например, ALMA в Чили фактически открыла новую страницу в субмиллиметровой астрономии за счет беспрецедентного качества изображений и выбора приемников. Да и в районе 100 ГГц результаты настолько впечатляют, что наши приемники на ту же частоту на ATCA все время порываются закрыть (и имело бы смысл, если бы получить наблюдательное время на ALMA было бы просто). В низкочастотной радиоастрономии основной проект этого столетия - это Square Kilometre Array (SKA), который будет находиться частично в Австралии, а частично в ЮАР. Название этого телескопа происходит от того, что планируемая площадь собирающей поверхности всех антенн должна быть около одного квадратного километра. Это дело будущего, и в данный момент разве что очертания первой фазы этого инструмента потихоньку прояснились.
Еще одним вариантом дальнейшего развития являются попытки увеличить поле зрения телескопа. Это связано с тем, что большинство научных программ на таких инструментах имеют форму обзоров, когда надо отнаблюдать все видимое небо. Большее поле зрения позволяет сделать этот обзор быстрее. Для SKA увеличение поля зрения тоже рассматривалось, и наш проект, Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP), был как раз демонстратором технологий, которые это могут осуществить. Идея была поставить особый приемник, который называется Phased Array Feed (PAF), по сути многопиксельную радиокамеру, на большое число (сначала планировалось 45, но потом уменьшилось до нынешних 36) относительно небольших антенн (12 метров в диаметре). Сама идея использования фазированных решеток не нова, в военных приложениях они давно используются. Но для астрономии нужны очень малошумящие приемники и такой было не так просто сделать. К тому же, такой телескоп генерирует заметно больше данных и компьютерная техника только сейчас позволяет (хотя пока еще только в теории) справиться с таким объемом данных.
Слабые сигналы в радиоастрономии заставляют забираться далеко от цивилизации, так как привычные блага цивилизации вроде мобильных телефонов, микроволновок и даже автомобилей дают заметные помехи, которые гораздо сильнее, чем те космические источники
которые мы хотим отнаблюдать. Если поместить мобильный телефон на Луну и как-то заставить его излучать на полную мощность (они сейчас умные и попусту это не делают, так как батарея быстро разряжается), то он будет заметным источником на нашем радионебе. ASKAP находится в Западной Австралии, вдали от цивилизации. До ближайшего города, крупного по австралийским меркам, около 4 часов на машине. А на территории размером со среднюю европейскую страну проживает всего около 50 человек. Если не рассматривать Антарктиду, где логистика сделала бы стоимость эксплуатации такой обсерватории запредельной, лучшего места наверное не найти. Будущий сайт австралийской части SKA будет находиться неподалеку.
За эти четыре года с момента получения первых интерференционных лепестков, к тому же при помощи программного коррелятора, а не штатного оборудования, конечно же мы прошли огромный путь. Были взлеты и падения, наверное месяцы времени проведенные вдали от цивилизации, а первое время даже в строительном вагончике, с подчас +40 за бортом. Но это было очень интересно. Были запоминающиеся поездки на обсерваторию, например помогать с промо-фильмом, который Александр Черний (Alex Cherney / terrastro), думаю знакомый многим любителям фотографий звездного неба и тайм-лапсов, делал к нашему дню открытых дверей. Кстати Александр приехал в Австралию из Одессы, так что во время работы над его фильмом, русский язык наверное в первый раз использовался на территории обсерватории. Сейчас уже телескоп потихонечку выходит на финишную прямую. Первая "пробная" версия оборудования и премников из шести антенн, две из которых принимали участие в тех тестах четырехлетней давности, можно сказать успешно выполнила все возложенные на нее инженерные задачи и даже дала материал для нескольких научных публикаций (см. например здесь). Установка и наладка второй (и окончательной) версии приемников и оборудования, которая позволила заметно удешивить производство и улучшить характеристики, идет полным ходом. Первая наука ожидается от системы из 12 антенн во второй половине следующего года.
P.S. Для профессиональных астрономов читающих эту мою заметку, в преддверии первой науки с ASKAP MkII у нас организуется конференция ASKAP2016: The future of radio astronomy surveys, Сидней, Австралия, 6 - 10 июня, 2016