SKA - величайший радиотелескоп Земли

The Square Kilometre Array - это проект разрабатываемого радиотелескопа, который будет работать в режиме радиоинтерферометра и будет расположен в Южно Африканской Республике и Австралии (с Новой Зеландией).

Стоимость сооружения радиотелескопа SKA на территории этих стран составит порядка 1,5 миллиардов долларов. Этот телескоп поможет получить ответы на фундаментальные вопросы о происхождении и эволюции Вселенной, галактик, темной материи и темной энергии и позволит астрономам заглянуть в прошлое на 12 миллиардов лет назад, - через 100 миллионов лет после Большого Взрыва.

Страны-участницы проекта SKA (Австралия, Канада, КНР, Италия, Новая Зеландия, ЮАР, Нидерланды и Великобритания) проголосовали за то, чтобы построить его не в одном месте, а в двух. Часть узлов радиотелескопа SKA будет размещена в Южной Африке, а другая - на территории Австралии и Новой Зеландии.

Такое решение было принято после ознакомления с отчетом Консультационного совета SKA, в котором говорилось, что оба местоположения являются подходящими для строительства телескопа. Было отмечено, что хотя предпочтение отдается Южной Африке в связи с тем, что в этой стране меньше радиопомех и оттуда лучше проводить изучение Галактики, есть смысл создать две отдельно работающие группы, размещенные на различных континентах.

Первоначальный план строительства предполагал создание одного большого массива, состоящего из 2-3 тысяч связанных между собой антенн с пятикилометровым “ядром”, включающим около 50% собирающей зоны всех антенн.

 

Массив будет работать как один радиоинтерферометр и иметь суммарную эффективную площадь всех его приемных антенн равную одному квадратному километру. Сигналы от отдельных антенн будут комбинироваться так, чтобы создать радиотелескоп с диаметром равным наибольшему расстоянию между отдельными антеннами, находящимися на расстоянии 3000 км друг от друга. Это обеспечит большую угловую разрешающую способность и позволит получать радиоизображения высочайшей четкости.

В настоящее время в Северной Капской провинции Южной Африки идет строительство радиотелескопа MeerKAT. Он является своего рода испытательной площадкой, на которой ученые и инженеры отработают все технологии, чтобы они как можно точнее соответствовали требованиям SKA.

Телескоп будет состоять из 64 "тарелок" диаметром 13.5 метров. Особая конфигурация телескопа обеспечивает высочайшую оптическую чувствительность, превосходное качество изображения и устойчивость к нежелательным радиочастотным помехам от спутников и наземных передатчиков. Этот радиотелескоп будет включен в первый этап строительства телескопа SKA.

Вторым этапом строительства станет сооружение дополнительных параболических антенн и антенных решеток среднего частотного диапазона, которые также будут построены в Южной Африке. Длинноволновая часть телескопа SKA будет расположена в Австралии и Новой Зеландии.

 

Строительство длинноволновых антенных решеток так же будет разбито на два этапа. Помимо этого, в состав телескопа SKA будут включены 36 тарелок уже завершенного радиотелескопа Australian SKA Pathfinder (ASKAP), расположенного на западе Австралии. Введение в эксплуатацию и начало функционирования в полном объеме обоих радиотелескопов MeerKAT и ASKAP начнется в 2013 году. В состав SKA войдут антенны трёх разных типов, рассчитанные на диапазоны частот 70–200, 200–500 и 500–10 000 МГц.

Стивен Cержент (Stephen Serjeant) из Открытого университета в Великобритании отмечает, что "решение пространственно разделить строительство телескопа несколько увеличит сложность и стоимость работы".

Стоимость проекта возрастет примерно на 10% (в настоящее время предстоящие расходы оцениваются в $439 млн только на первой фазе строительства). "Я уверен, что решение построить SKA в нескольких местах пойдет на пользу астрономии в целом, а также промышленности стран, на территории которых будет размещен радиотелескоп".

Помимо физических характеристик участка, на котором будет размещен телескоп SKA, учитывались многие другие факторы. К ним относятся низкий уровень радиочастотных помех, возможность удаленного подключения к сети данных, стоимость затрат на эксплуатацию и инфраструктуру, во внимание даже принималась политическая ситуация в стране и состояние рынка труда.

 

“Сегодня мы на шаг ближе к достижению нашей цели по созданию SKA. Это решение было принято после тщательного анализа информации, предоставленной широким кругом специалистов обеих стран-кандидатов", - говорит Джон Вомерсли (John Womersley), председатель совета директоров SKA.

Телескоп SKA будет генерировать огромное количество данных о космосе (каждая тарелка телескопа будет передавать 160 гигабит данных в секунду в центр обработки данных), для чего потребуется суперкомпьютер с производительностью, эквивалентной производительности миллиарда персональных компьютеров.

SKA будет состоять из тысяч тарелок, расположенных на территории в 1900 миль, с общей площадью рабочей поверхности в один квадратный километр.

Ключевой особенностью SKA является его огромная улавливающая поверхность, которая обеспечивается за счет дополнения традиционного радиотелескопа апертурными решетками, что позволит ему работать в режиме радиоинтерферометра, когда разрешение будет обратно пропорционально не размеру антенн, а расстоянию между ними.

Инновационные, эффективные и недорогие антенны с заполненной апертурой обеспечат большой угол обзора и позволят проводить наблюдения за несколькими частями неба одновременно.

 

Антенны с заполненной апертурой используют низкие и средние частотные диапазоны и представляют собой множество мелких датчиков радиоволн, расположенных на земле. Если при работе обычного радиотелескопа радиосигналы отражаются от поверхности тарелки и затем фокусируются, то при работе с антеннами с заполненной апертурой радиосигналы захватываются, когда они попадают на датчик, расположенный на земле.

Два типа аппертурных массивов низких и средних частот, предназначенных для радиотелескопа SKA, в настоящее время находятся в стадии разработки.

 

Научное сообщество также считает, что с помощью радиотелескопа SKA можно будет ответить на вопрос, есть ли жизнь за пределами нашей Солнечной системы. Для этого потребуются новаторские технологии. Телескоп SKA с тарелками диаметром 15 метров будет наиболее чувствительным из когда-либо построенных - он сможет обнаружить активный радар аэропорта на планете, находящейся на расстоянии 50 световых лет от Земли.

Объем данных, полученных от тарелок радиотелескопа, будет ошеломляющим - петабиты в секунду. Это в сто раз больше, чем современный глобальный интернет-трафик. Этих данных будет достаточно, чтобы заполнять память 15 миллионов 64 GB iPodов каждый день.

Для радиотелескопа потребуется столько оптико-волоконного кабеля, что его дважды можно будет обернуть вокруг земного шара.

Строительство SKA при участие 67 научных организаций в 20 странах мира должно начаться в 2016 году. Первые наблюдения планируется начать в 2019 году, а выход на полную мощность запланирован к 2024 году.

Посмотрите видеоролики: