04.01.2018

«Почти у любой радиообсерватории мира русское сердце»

В пятистах километрах от Сиднея расположена обсерватория Paul Wild Observatory, на которой находится один из крупнейших в южном полушарии радиотелескопов. Путь сюда на машине неблизкий, пролегает мимо многочисленных ферм, полей и лесов, то и дело пересекаясь с железной дорогой, по которой проносятся составы, груженные углем.

Если ехать днем, то по пути можно не повстречать ни одного живого кенгуру — зато немало сбитых животных лежат на обочинах дорог, а их изображения встречаются на предупреждающих автомобильных знаках.

Дорога проходит через множество небольших городков, жители которых разговаривают на малопонятном на слух английском языке, а на дорогах то и дело встречаются ретроавтомобили выпуска середины прошлого века. Судя по их количеству и отличному состоянию, в этих местах коллекционирование — любимое хобби состоятельных горожан.

Одним из таких городков является Наррабрай, в 25 километрах от которого и расположен радиотелескоп ATCA (Australia Telescope Compact Array). Обсерватория принадлежит Государственному объединению научных и прикладных исследований Австралии (CSIRO). Эта организация включает более 50 научных центров в Австралии, организационно более похожа на немецкое Общество Макса Планка, чем на Российскую академию наук.

Кстати, именно сотрудник CSIRO, астроном Джон О'Салливан, много лет назад работавший над созданием беспроводной сети для регистрации взрывов мини-черных дыр, считается одним из создателем Wi-Fi.

В сентябре 2017 года обсерватория отпраздновала свое 50-летие. С давних времен здесь остался исторический артефакт — радиогелиограф, первый радиоинструмент обсерватории, который решили не разбирать, и сейчас он выполняет роль памятника.

Основной инструмент — шесть параболических антенн телескопа ATCA, ставших визитной карточкой обсерватории, были построены в 1988 году, к празднованию 200-летия Австралии. Антенны Compact Array образуют собой радиоинтерферометр — инструмент, позволяющий достичь высокого углового разрешения за счет разнесения двух и более антенн на расстояние друг от друга.

Достигать высокого разрешения отдельных антенн путем увеличения их диаметра бесконечно нельзя — есть чисто физические пределы, определяемые их стоимостью, массой и рядом технических трудностей. Взяв же одну или несколько отдельно стоящих антенн и разнеся их на определенное расстояние, можно добиться углового разрешения, которое соответствует разрешению отдельной антенны с диаметром, равным этому расстоянию (базе). При этом чувствительность такого инструмента будет равна сумме чувствительностей отдельных элементов.

ATCA был не первым в мире радиоинтерферометром — к тому времени уже несколько лет в США работала «решетка» VLA из 27 отдельных антенн. Однако в южном полушарии таких инструментов не существовало, поэтому появление ATCA стало важным событием в радиоастрономии. До недавней модернизации американского VLA, ATCA был лидером в мире по некоторым параметрам, в частности — по спектральному разрешению. Это позволяло и позволяет ему эффективно искать во вселенной различные сложные молекулы.

Изначально параболические антенны диаметром 22 метра и массой более двухсот тонн каждая были установлены на рельсы и могли передвигаться по ним в направлении восток-запад. При этом одна из антенн (№ 6) отстоит на три километра к западу от конца рельсов и стоит неподвижно. Таким образом, база при максимальном разнесении антенн составляет шесть километров.

Однако для построения четкого радиоизображения мало разнести две антенны на какое-то расстояние. Качество синтезированной картинки возрастет, если между ними расположить еще несколько антенн (как говорят астрономы, заполнить апертуру), а еще лучше — выстроить их не только на одной линии, но и в перпендикулярном направлении.

Поэтому в определенный момент обсерваторию перестроили — к линейному участку рельс добавили боковое ответвление, по которому могут передвигаться две из шести антенн.

Примерно раз в месяц подвижные антенны переставляются на рельсах под разную конфигурацию. «Для разных задач необходимо различное расстояние между антеннами. Поэтому если кто-то изучает точечные внегалактические источники, антенны стараются разнести дальше, — рассказывает Максим Воронков, старший сотрудник обсерватории, выпускник Государственного астрономического института МГУ. — А для таких объектов, как молекулярные облака в областях звездообразования, и для других протяженных объектов антенны стараются ставить ближе друг к другу».

Набор конфигураций антенн известен на полгода вперед, поэтому любой наблюдатель, планирующий воспользоваться инструментом, может выбрать подходящее для него время заранее.

Приемники ATCA способны принимать сигналы в диапазоне 1-105 гигагерц, что дает обсерватории возможность не специализироваться на отдельных типах источников.

«Это очень, очень гибкий телескоп. К нам приходят множество групп, каждая — со своим заданием. Наблюдают все — от радиозвезд до протопланетных дисков и космологических источников. Лично я наблюдаю молекулярные облака и космические мазеры, линии сложных молекул, метанол... На высоких частотах мы можем наблюдать планеты», — поясняет Воронков.

В 2005 году астрономы с помощью ATCA участвовали в поиске радиолиний определенных веществ, выброшенных с поверхности кометы Темпеля в ходе американского эксперимента Deep Impact. Зарегистрировать линии молекул, поиски которых тогда велись на ATCA, не удалось, зато на другом телескопе был зафиксирован выброс гидроксила (ОН) с этой кометы.

Участвует обсерватория и в международных наблюдениях с российским космическим проектом «Радиоастрон» — ее роль вместе с другими крупными австралийским антеннами становится бесценной, если объект наблюдений находится в южном полушарии.

Летом 2017 года ATCA была одной из множества наземных обсерваторий, пытавшихся поймать сигнал от слияния двух нейтронных звезд, которое было зафиксировано гравитационными детекторами LIGO и VIRGO 17 августа.

Русское сердце

В подвальном помещении главного здания обсерватории находится сердце любого радиоинтерферометра — коррелятор, процессоры которого непрерывно сравнивают сигналы от разных антенн.

Среди обилия сложных устройств, индикаторов и названий глаз здесь выхватывает красную надпись русскими буквами на задней стороне одного из приборов. В радиоинтеферометрии важно, чтобы сигнал с разных антенн привязывался к одному и тому же времени. Поэтому для всех шести антенн тут используются одни атомные часы, и это часы российского производства, изготовленные на нижегородском предприятии «Время-Ч».

Это устройство генерирует стабильную частоту для всей системы, нижегородские стандарты частоты встречаются и на других радиообсерваториях мира.

«В мире производителей водородных атомных часов не так много. Часы бывают двух типов: активные и пассивные, — пояснил директор предприятия Александр Беляев, называющий нижегородские часы лучшими в мире. — Мы примерно в десять раз опережаем американцев по долговременной стабильности часов (3*10 -16). Наши часы стоят на новом радиотелескопе ALMA в чилийской пустыне Атакама. Практически у любой радиообсерватории мира, если заглянете, — сердце русское».

Обсерватория работает по принципу «открытого неба», и хотя час наблюдений на ней стоит порядка четырех тысяч долларов, за наблюдения платит не сам исследователь, а австралийские налогоплательщики.

Кстати, большая часть расходов связана с гелиевым охлаждением приемников, которые стоят во вторичном фокусе антенн и потребляют 30-40% всей электроэнергии.

В главном здании находится и комната управления антеннами. Впрочем, современным астрономам не надо вникать в тонкости наведения телескопами. Да и приезжать сюда ни к чему.

«Сейчас все наблюдения проводятся удаленно, сюда никто не едет, приезжают для этого в Сидней или вовсе не приезжают», — пояснил Воронков.

По этой причине обсерватория для постороннего человека выглядит безлюдной. Зато кенгуру здесь искать не надо — они прыгают буквально под гигантскими радиотелескопами и чувствуют себя полноценными хозяевами обсерватории.

Павел Котляр

Источники:

1. km.ru