Глаз всего человечества: на что способен гигантский радиотелескоп

МОСКВА, 20 янв — РИА Новости, Татьяна Пичугина. Под занавес уходящего года независимая комиссия одобрила проект самого большого радиотелескопа в мире — SKA. К его сооружению приступят в Австралии и ЮАР не позднее 2021 года. Благодаря этому проекту ученые надеются заглянуть в темную эпоху Вселенной, проверить Общую теорию относительности, продолжить поиск внеземных цивилизаций.

Километровое зеркало

Большинство фактов о Вселенной астрономы получают с помощью телескопов — приемников электромагнитного излучения. Многие из них настроены на невидимые глазу частоты. Они дают представление о космосе, недоступное для наблюдения другими способами.

Радиодиапазон — один самых любимых астрономами. Практически все космические явления и само пространство излучают радиоволны, а поглощаются они слабо и почти беспрепятственно доходят до Земли от самых отдаленных галактик. С их помощью получают сведения о центре Млечного пути, черных дырах, пульсарах, сверхновых, звездах, межзвездном газе, реликтовом излучении. Многие объекты вообще можно распознать исключительно по радиоизлучению.

Чем шире сектор неба, с которого телескоп собирает излучение, тем больше деталей он может увидеть (в этом случае увеличивается его угловое разрешение). Например, там, где раньше отмечали один объект, он различит два. Повысить разрешение, а для радиотелескопов — это доли секунд, можно двумя путями: построить радиотарелку очень большой площади или объединить в сеть несколько антенн.

Первым путем пошли американцы, построив в городе Аресибо (Пуэрто-Рико) зеркало диаметром 304,8 метра, и китайцы, соорудившие у себя в горах 500-метровую тарелку FAST. Второй путь выбрал международный консорциум SKA — Square Kilometer Array, что переводится как "решетка площадью в один квадратный километр".

SKA разместят на двух континентах южного полушария: в Африке и Австралии. Это будут две тысячи тарелок на территории девяти африканских стран, ядро будет в ЮАР, и примерно миллион низкочастотных антенн — в пустыне на западе Австралии. Их суммарная площадь — один квадратный километр. Новый инструмент на порядок превзойдет разрешением телескоп Аресибо, даст снимки в 50 раз более детальные, чем "Хаббл".

Управление таким количеством антенн и обработка полученных данных — сложнейшая технологическая задача, для решения которой потребуются огромные вычислительные мощности и хранилища информации.

Специально для SKA австралийские инженеры разработали особого рода приемники, способные принимать слабый сигнал с больших участков неба. Они впервые использовали фазированные антенные решетки для астрономических приложений. Сейчас в радиообсерватории Мерчисон действуют 36 таких антенн как прототип будущего гигантского телескопа.

Несмотря на множество технических проблем, проект принципиально реализуем, чему немало способствует прогресс в компьютерной сфере.

© SKA Organisation

Схема расположения крупнейшего радиотелескопа SKA — решетки площадью в один квадратный километр. Часть его антенн будет размещена в Африке, часть — в Австралии

Через тернии к звездам

SKA был задуман в начале 1990-х с целью наблюдения за далекими галактиками на самой распространенной во Вселенной длине волны — 21 сантиметр (1,4 гигагерц). Ее излучают нейтральные атомы водорода, из которого наполовину состоит межзвездное вещество. В целом телескоп перекроет диапазон от 100 мегагерц до 25 гигагерц.

Для его строительства выбраны малонаселенные территории, где уровень радиошума минимален. Это страны с мягким климатом, где относительно просто создать инфраструктуру, проложить дороги.

Стоимость SKA приближается к 940 миллионам американских долларов. Реализовать проект одной стране не под силу. На создание консорциума из десяти стран и поиск денег ушел не один год. Официально старт был объявлен только в 2013-м, но и сейчас, как пишет Nature, на счетах нет всей суммы, а без этого запуск откладывается.

Если к середине 2020 года недостающие средства не найдут, проект придется реализовать в урезанном виде: компьютерные мощности будут сокращены, антенны расположат ближе друг к другу, что отрицательно скажется на разрешающей способности радиотелескопа: например, он не сможет засечь слабое излучение, оставшееся от темной эпохи — до образования звезды. Впрочем, сообщает издание, SKA слишком значим для астрономии, поэтому он состоится, независимо от денежных проблем и задержек. По мере продолжения финансирования его будут модернизировать.

Стройка начнется в 2021 году с создания двух ключевых участков: SKA1-Mid и SKA-Low, перекрывающих диапазон от 50 мегагерц до 15 гигагерц. SKA1-Mid — это сто тридцать три 15-метровых тарелки в Африке, объединенных с действующим радиоинтерферометром MeerKAT. SKA-Low состоит из 512 станций по 256 антенн каждая.

© SKA Organisation

Антенны радиоинтерферометра SKA ночью

В начало Вселенной

Астрономы возлагают на SKA большие надежды. Во множестве статей, вышедших за последние полтора десятка лет, этот проект упоминается в ряду будущих инструментов, способных открыть новые космические объекты, уточнить структуру, прояснить различные гипотезы.

Прямая задача комплекса — исследовать распределение нейтральных атомов водорода в далеких галактиках. Так можно установить структуру звездных скоплений, а также изучить области концентрации темной материи.

Наблюдения за пульсарами позволят исследовать гравитационные волны. Эти объекты представляют собой бешено вращающиеся компактные нейтронные звезды. В соответствии с периодом вращения они испускают мощные радиоимпульсы, время прихода которых на Землю легко рассчитать.

Они настолько пунктуальны, что астрономы используют их как часы. Сбить их может только что-то очень мощное, например гравитационные волны. Их существование впервые было подтверждено как раз благодаря наблюдениям за двойными системами пульсаров: эти объекты теряли энергию так, как предсказывала Общая теория относительности. SKA позволит обнаружить тысячи таких объектов, например пульсар, вращающийся вокруг супермассивной черной дыры в центре Млечного пути.

Единственный способ изучать Вселенную в самом начале ее эволюции — по радиоизлучению, поскольку звезд тогда еще не было, а значит, оптического излучения тоже. Здесь большая надежда на SKA, причем в его максимальной конфигурации. Урезанный вариант может и не проникнуть в столь отдаленные по времени эпохи. Кроме того, предстоит отыскать свет от самых первых звезд и галактик.

Как никогда актуален поиск экзопланет. Сейчас их открывают преимущественно на оптических телескопах в момент прохождения по диску звезды или косвенными методами. SKA позволит находить объекты по возмущению их магнитосфер (как это происходит в полярных областях Земли) и влиянию на магнитное поле звезды. Ну и конечно, новый инструмент займется поиском радиосигналов от разумных цивилизаций. Его чувствительности для этого хватит с избытком.