Đài quan sát vô tuyến RT-13
Đưa thêm tin chi tiết cho bài này của bác
elevonic
Một kính thiên văn vô tuyến RT-13 (RT-13 radio telescope) mới đã được chế tạo cho Viện Thiên văn Ứng dụng (Institute of Applied Astronomy - IPA) RAS
Vào ngày 4 tháng 12, kính thiên văn vô tuyến RT-13 đã được đưa vào hoạt động tại đài quan sát Svetloye của Viện Thiên văn Ứng dụng (IPA) RAS gần St.Petersburg. Cùng với các ăng-ten tương tự được xây dựng vào năm 2014 và 2015 ở vùng Irkutsk (đài quan sát Badary) và ở Karachay-Cherkessia (đài quan sát Zelenchukskaya),
nó đã tạo thành một tam giác khổng lồ với các cạnh là 2015, 4282 và 4405 km.
Cả ba kính thiên văn được hợp nhất thành một hệ thống duy nhất dưới sự điều khiển của một siêu máy tính, một trong số hàng trăm kính thiên văn mạnh nhất trong nước; một tiêu chuẩn thời gian hydro (hydrogen time standard) được cài đặt trong mỗi đài quan sát. Tất cả những điều này cùng nhau tạo thành một sự sắp đặt khoa học độc đáo - một giao thoa kế (interferometer).
Các kính thiên văn được xây dựng trong khuôn khổ dự án Quasar-KVO (hỗ trợ thời gian tọa độ - (coordinate-time support), đang được thực hiện để cung cấp cho quốc gia các hệ tọa độ cơ bản.
Chỉ có Nga và Hoa Kỳ có giao thoa kế vô tuyến vĩnh viễn như vậy (permanent radio interferometers).
Stimul , một tạp chí trực tuyến về những đổi mới ở Nga , viết về cách ba kính thiên văn của Nga đặt trên đỉnh của một tam giác khổng lồ có thể được sử dụng để tạo bản đồ ba chiều của bề mặt trái đất với độ chính xác đến một mm .
Chỉ có hai quốc gia trên thế giới - Nga và Hoa Kỳ - có giao thoa kế vô tuyến hoạt động lâu dài như vậy; việc sở hữu chúng là một yếu tố thuộc chủ quyền quốc gia. Hệ thống của Mỹ hiện có mười kính viễn vọng vô tuyến.
Giao thoa kế nhận được các tín hiệu đến từ các vật thể ở xa nhất - tàn dư siêu tân tinh, hạt nhân hoạt động của các thiên hà xa xôi, các chuẩn tinh nằm ở khoảng cách khổng lồ không thể tưởng tượng được từ một người quan sát trên Trái đất - hàng tỷ năm ánh sáng - rằng tốc độ chuyển động của chúng từ Trái đất dường như gần bằng 0, nó bạn có thể bỏ qua và coi rằng những vật thể này là bất động.
Chuẩn tinh thường được gọi là đèn hiệu của vũ trụ. Đây là các nguồn vô tuyến gần sao. Các nhà thiên văn học trên thế giới sử dụng chúng làm điểm tham chiếu để xây dựng hệ tọa độ thiên thể và mặt đất. Trước khi có cùng mục đích phục vụ Mặt trời, sau đó là các vì sao.
Khi ba kính thiên văn vô tuyến giống hệt nhau được đồng bộ lý tưởng (điều này được đảm bảo bởi tiêu chuẩn tần số hydro) nhằm vào một chuẩn tinh nhất định, thì đối với mỗi cặp kính thiên văn vô tuyến, siêu máy tính thực hiện một mối tương quan - chồng các tín hiệu chuẩn tinh được ghi ở các trạm lên trên nhau, tính đến chuyển vị gây ra bởi sự quay của Trái đất và tính toán độ trễ - sự khác biệt về thời gian xuất hiện của cùng một lượng tử vô tuyến tại kính thiên văn vô tuyến. Igor Surkis, người đứng đầu phòng thí nghiệm xử lý tương quan của Viện Thiên văn học Ứng dụng thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga, giải thích với Stimul: “Độ chính xác của việc tính toán độ trễ là đơn vị đến hàng chục pico giây (một pico giây bằng một phần nghìn tỷ giây). Sự chậm trễ kết quả được sử dụng để xây dựng một đối tượng ba chiều trong không gian. Các nhà khoa học tính toán tọa độ của chính chuẩn tinh, tọa độ của kính thiên văn vô tuyến và tọa độ của cực thiên thể. Đây là các tọa độ cơ bản,có thể được sử dụng để biên soạn bản đồ ba chiều của bề mặt trái đất với độ chính xác đến từng milimet. Và đây đã là nhiệm vụ của Roskartography, đang được giải quyết với sự trợ giúp của hệ thống định vị toàn cầu GLONASS của Nga, bao gồm một chòm sao vệ tinh trên quỹ đạo và một mạng lưới các trạm mặt đất. Nhưng nếu không có tọa độ cơ bản, hệ thống định vị toàn cầu không thể hoạt động.
Không thể sử dụng bất kỳ vật thể nào trên Trái đất làm điểm tham chiếu để xây dựng bản đồ có độ chính xác cao như vậy, vì Trái đất quay không đều, và cũng không phải là một quả bóng chính xác về mặt hình học. Giao thoa kế IPA RAS giúp bạn có thể tính đến các tính năng này mà không làm mất độ chính xác của tọa độ ban đầu (cơ bản).
TỪ RADAR BỊ CHẶN (BLOCKED RADAR) ĐẾN VẬT LIỆU THAM GIA (
VLBI-INTERFEROMETRY)
Thiên văn học vô tuyến đã trải qua một thời kỳ phát triển nhanh chóng trong thế kỷ 20. Như Phó chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học Nga, Viện sĩ Yuri Balega, lưu ý, động lực cho việc này là phe đối lập quân sự với chủ nghĩa phát xít. Trong Chiến tranh Vệ quốc Vĩ đại, chất lượng của radar phụ thuộc vào việc máy bay địch có đột nhập ném bom thành phố của Liên Xô hay không. Tại Leningrad Phystech, họ đã tạo ra một loại radar như vậy, có thể phát hiện ra kẻ thù rất lâu trước khi tiếp cận Leningrad và cử một phi đội về phía chúng. Nhờ phát minh này, thành phố bị bao vây ít bị ném bom hơn là bị pháo từ Cao nguyên Pulkovo.
Sau chiến tranh, khoa học thiên văn, bao gồm cả thiên văn học vô tuyến, phát triển tích cực nhờ khám phá vũ trụ. Vào thời hậu Xô Viết, sự suy giảm của các hoạt động khám phá không gian kéo theo sự suy giảm của ngành thiên văn học. Nhưng IPA dường như không nhận thấy điều này. Ai đó nghĩ rằng phép đo giao thoa vô tuyến là may mắn, hóa ra lại là một ngoại lệ đáng mừng; những người khác xem viện và nhân viên của nó nên nỗ lực như thế nào để đi đúng hướng và chế tạo kính thiên văn bất kể thế nào.
Hệ thống cung cấp các tọa độ cơ bản của đất nước đã được tạo ra trong hơn ba mươi năm. “Nó xuất hiện trong tay của các nhà thiên văn học vô tuyến, các nhà nghiên cứu của Đài quan sát Vật lý Thiên văn Đặc biệt (SAO) của Học viện Khoa học Nga, lúc bấy giờ là Học viện Khoa học Liên Xô, Andrei Finkelstein và Alexander Ipatov,” Yuri Balega nói với Stimul. Để giải quyết vấn đề ứng dụng này vào năm 1987, một nhóm khoa học đặc biệt đã được tách ra khỏi SAO, thành lập một viện hàn lâm mới - Viện Thiên văn Ứng dụng.
“Ban đầu dự án được gọi là“ Kvazar ”. Alexander Ipatov, giám đốc khoa học của Viện Thiên văn Ứng dụng cho biết, dự kiến xây dựng một hệ thống gồm 12 đài quan sát: 9 đài ở Liên Xô, bao gồm các nước cộng hòa liên hiệp, như Turkmenistan và 3 đài ở nước ngoài, bao gồm cả ở Trung Quốc. - Chúng tôi đã quản lý để xây dựng ba đài quan sát - ở Svetly (Vùng Leningrad), ở làng Zelenchukskaya (Karachay-Cherkessia) và ở đường Badary (Buryatia). Phần còn lại của các cơ sở đã bị đóng băng ở các giai đoạn khác nhau - từ thiết kế đến lắp ráp. Giờ đây, việc đưa Đài quan sát vật lý thiên văn Ussuri vào Viện sẽ giúp mở rộng hệ thống. " Địa điểm mới sẽ làm cho sự sắp đặt khoa học độc đáo thậm chí còn lớn hơn, vì Ussuriisk không còn là bốn nghìn, mà là mười nghìn km từ St. Petersburg,và khoảng cách giữa các kính thiên văn vô tuyến hoạt động đồng bộ càng lớn thì độ chính xác của các phép đo chung của chúng càng cao.
Giao thoa kế trong nước đầu tiên bao gồm ba ăng-ten với đường kính gương là 32 mét. Chúng được xây dựng trên lãnh thổ của các đài quan sát Badary, Zelenchukskaya và Svetloye vào đầu những năm 2000. Năm 1997, một kính viễn vọng vô tuyến được đưa vào hoạt động ở Svetly, năm 2001 - ở Zelenchukskaya, năm 2005 - ở Badary; do đó, giao thoa kế trong nước đầu tiên đã hoạt động từ năm 2005. Kính viễn vọng vô tuyến dài ba mươi hai mét đã được đưa vào mạng lưới đo giao thoa vô tuyến cơ sở siêu dài quốc tế (VLBI). Alexander Ipatov cho biết: “Chúng tôi trao đổi dữ liệu với NASA theo một thỏa thuận có hiệu lực đến năm 2021. Trao đổi dữ liệu là cần thiết để phát hiện kịp thời các lỗi có thể xảy ra ở một trong các hệ thống.
Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của điện tử vô tuyến, các nhà khoa học thấy rõ rằng hệ thống này có thể được cải tiến một cách nghiêm túc. Alexander Ipatov, cùng với nhà thiên văn học vô tuyến người Mỹ Tom Clarke từ Trung tâm Chuyến bay Không gian Goddard của NASA và các chuyên gia khác trong lĩnh vực đo giao thoa VLBI, đã phát triển các yêu cầu để tạo ra kính thiên văn vô tuyến với các đặc tính tối ưu.
Theo những yêu cầu này, công ty Vertex của Đức đã chế tạo một kính thiên văn vô tuyến đôi ở Bavaria. Nó nhỏ gọn hơn nhiều: đường kính của gương không phải là 32 mà chỉ là 13 mét. Sự nhỏ gọn giúp kính viễn vọng vô tuyến có thể độc lập hơn với các biến dạng dưới tác động của lực hấp dẫn của chính nó, cũng như nhanh hơn trong việc điều chỉnh từ vật thể này sang vật thể khác.
Vào năm 2012, Viện Thiên văn Ứng dụng IPA đã bắt đầu chế tạo một giao thoa kế vô tuyến thế hệ thứ hai, sử dụng một thiết kế duy nhất cho các ăng ten mới và đặt chúng tại các điểm cũ - ở Zelenchukskaya, Badary và Svetly, không xa các kính viễn vọng vô tuyến 32 mét.
Mỗi kính thiên văn vô tuyến tiêu tốn của ngân sách Nga khoảng 500 triệu rúp. Một số linh kiện kết cấu kim loại cho hai ăng-ten đầu tiên, ở Badary và Zelenchukskaya, được đặt hàng ở Đức, vì theo Alexander Ipatov, các nhà sản xuất Đức đưa ra mức giá thấp hơn 5 lần so với nhà máy Obukhov ở St.Petersburg, thấp hơn 3 lần so với nhà máy ở Syzran và gấp đôi thấp hơn so với nhà máy St.Petersburg "Bars".
Tương tự, một số các cấu trúc kim loại cho ăng ten thứ ba, được lắp đặt ở Svetly, được sản xuất ở Estonia và một phần ở Phần Lan vì cùng một lý do: nó rẻ hơn ở Nga. Gương cho cả ba ăng-ten đều được sản xuất tại Ý, vì ở đó, nhờ chất kết dính đặc biệt, họ đã học được cách đảm bảo độ chính xác của bề mặt và không bị biến dạng trong một thời gian dài. Nhưng công nghệ, thiết kế, "nhồi nhét" tất cả các ăng-ten - phần mềm, máy thu, cảm biến, v.v. - đều được phát triển bởi các nhà khoa học của Viện Thiên văn học Ứng dụng thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga.
Ăng-ten dài 13 mét ở Svetly được thiết kế, chế tạo và điều chỉnh trong ba năm.
Việc đặt kính thiên văn tại Svetly diễn ra vào ngày 17 tháng 4 năm 2017 trong khuôn khổ hội nghị toàn Nga lần thứ VII "Cơ bản và ứng dụng thời gian tọa độ và hỗ trợ điều hướng", trở thành một điểm nhấn của diễn đàn khoa học. Trong viên đồng, đại diện của Viện Hàn lâm Khoa học Nga, Rosstandart, đóng vai trò là khách hàng cho ăng-ten, và các viện khoa học của Nga đã gửi một lá thư kêu gọi con cháu, trong đó nêu rõ mục tiêu xây dựng kính thiên văn.
Việc lắp đặt kính thiên văn được thực hiện chậm trễ - không phải vào cuối năm 2017 mà là vào đầu năm 2018 - do những khó khăn về hải quan. Nĩa kính thiên văn nặng 40 tấn - một giá đỡ được gắn vào nền bê tông và trên đó có lắp một tấm gương - bề mặt hoạt động của kính viễn vọng vô tuyến, đã bị giam giữ tại hải quan khi đi qua biên giới Nga trong mười ngày. Kết quả là, việc lắp đặt ăng-ten không chỉ bị trì hoãn mà hai phương tiện hạng nặng không hoạt động trong mười ngày tại hải quan, và một cần cẩu 130 tấn đứng yên tại công trường RT-13, khiến chi phí thuê xe hạng nặng tăng thêm khoảng 50 nghìn euro.
Vào ngày 19 tháng 9 năm 2018, lần đầu tiên phóng ăng ten của kính thiên văn RT-13 tại đài quan sát Svetloye đã diễn ra. Các nhà thiên văn gọi sự kiện như vậy là lễ khánh thành, và kể từ ngày 4 tháng 12 năm 2020, kính thiên văn mới đã hoạt động bình thường.
Alexander Ipatov nói: “Chúng tôi sẽ xây dựng ăng-ten thứ tư cho đài quan sát Ussuriisk hoàn toàn ở Nga. Ngoài ra còn có những kế hoạch xa hơn. Với Viện Vật lý phóng xạ và Thiên văn học Cuba, IPA RAS đang đàm phán về việc xây dựng một kính viễn vọng vô tuyến khác của Nga ở Cuba.
TRONG THỜI GIAN THỰC TẾ
Siêu máy tính đang xử lý thông tin từ ba ăng-ten hoạt động đồng bộ với tốc độ kỷ lục. Các tài nguyên của hệ thống, như Igor Surkis đã nói, cho phép xử lý các luồng dữ liệu lên đến 16 Gb / s từ trạm, tổng cộng - 48 Gb / s từ ba trạm. Thông lượng tối đa của hệ thống là 96 Gbps, có nghĩa là biên độ an toàn của hệ thống là không cần nâng cấp, nó có thể đồng thời nhận và xử lý tín hiệu từ sáu kính viễn vọng vô tuyến. Các đối tác nước ngoài có khả năng xử lý tối đa 12 Gbps.
“Tốc độ kỷ lục của giao thoa kế Nga cung cấp một giải pháp kỹ thuật mới về cơ bản trong lĩnh vực xử lý dữ liệu. Igor Suris cho biết, quá trình xử lý được thực hiện trên một thiết bị đặc biệt - một bộ tương quan phần mềm, một siêu máy tính với phần mềm được phát triển tại IPA RAS. - Không giống như các đối tác nước ngoài, các phép tính tốn nhiều công sức nhất được thực hiện trên GPU Nvidia Kepler được cài đặt trong một siêu máy tính. Bộ xử lý đồ họa được sử dụng để xử lý dữ liệu VLBI lần đầu tiên trên thế giới "
Trong quá trình hoạt động, đối với mỗi cặp trạm, bộ tương quan chồng các tín hiệu chuẩn tinh được ghi lại ở các trạm chồng lên nhau có tính đến các dịch chuyển gây ra bởi sự quay của Trái đất và tính toán độ trễ - sự khác biệt về thời gian đến của tín hiệu vô tuyến từ chuẩn tinh tại mỗi trạm. Kết quả là độ trễ được sử dụng để xây dựng hệ tọa độ.
RIBBONS ĐỎ, CHỐNG NẮNG TRẮNG
Tất cả sáu kính viễn vọng vô tuyến được xây dựng như một phần của dự án Kvazar và Kvazar-KVO đều có màu trắng như tuyết. Vì vậy chúng ít bị ánh nắng mặt trời đốt nóng hơn và ít bị biến dạng do quá trình sưởi ấm.
Trong quá trình thực hiện các dự án, một truyền thống tốt đẹp đã được phát triển là mời cộng đồng thiên văn đến tham dự các buổi lễ long trọng của việc đặt, khánh thành và đưa vào sử dụng các kính thiên văn vô tuyến mới. Và số lượng các sự kiện như vậy trong ba thập kỷ qua đều đặn lên tới hai chục. Đại diện của FIAN và Viện Vật lý Laser, Đài thiên văn và Vật lý thiên văn đặc biệt Pulkovo, Roscosmos và Rosstandart, Viện Hàn lâm Khoa học Nga, Bộ Khoa học và Giáo dục Đại học, đại diện của các cơ quan chức năng và giới truyền thông rất vui khi được tham dự các sự kiện này. Và Viện Thiên văn Ứng dụng luôn có trong kho không chỉ những giải pháp khoa học đột phá mà còn cả những lối đi gọn gàng và những bông hoa được chăm chút cẩn thận trên các khu vực đài thiên văn, một dải ruy băng đỏ cho những đồ vật mới và lòng hiếu khách.
Sự phát triển thành công nhất quán của IPA đặc biệt đáng chú ý so với nền tảng của các lĩnh vực khoa học thiên văn khác. Yuri Balega cho biết: “Cơ sở vật chất mà Viện Thiên văn Ứng dụng đang xây dựng và đưa vào hoạt động là những công cụ khoa học lớn nhất được tạo ra trong ngành thiên văn học Nga trong vòng 45 năm qua. Năm 1975, Liên Xô đưa vào hoạt động kính thiên văn quang học lớn nhất lúc bấy giờ - Kính viễn vọng Phương vị Lớn - tại Verkhny Arkhyz, bên cạnh Đài quan sát Zelenchuk hiện nay. Trong nhiều năm, anh nắm trong tay chiếc kính thiên văn quang học lớn nhất thế giới. Kể từ đó, một kính thiên văn quang học nhỏ 2,5 mét đã được Đại học Quốc gia Moscow chế tạo và vào tháng 7 năm 2011, FIAN đã phóng lên quỹ đạo chiếc kính viễn vọng không gian đầu tiên của Nga thuộc dòng Spectrum, Radioastron, đã hoạt động trong không gian trong 8 năm.Không có đột phá cơ sở hạ tầng nào khác.
Giám đốc Đài quan sát thiên văn chính (Pulkovo) (GAO) Nazar Ikhsanov lưu ý rằng việc tạo ra một giao thoa kế mà không cần rời khỏi Nga là vô cùng quan trọng và hữu ích cho đất nước. Ikhsanov tin rằng “Đây là một hướng đi quan trọng cho Nga. Theo ý kiến của ông, công cụ khoa học được đưa vào hoạt động sẽ mang lại lợi ích to lớn cho cả nền khoa học Nga và nền kinh tế quốc dân. “Nhiều người đã ghi nhận tầm quan trọng của thời điểm mà trong thời điểm khó khăn như thế này đối với khoa học, đối với đất nước, đối với thế giới, một hệ thống mới đang được đưa ra - giao thoa kế, về đặc điểm của nó không thua kém các tiêu chuẩn quốc tế, và ở một khía cạnh nào đó, thậm chí còn vượt qua chúng”, Ihsanov chia sẻ kết thúc lễ đưa giao thoa kế vào vận hành. Ông lưu ý rằng hiện nay việc tìm kiếm một người thực thi công việc đúng giờ là một nhiệm vụ rất khó khăn. "Khách hàng (Rosstandart) hài lòng",- Giám đốc GAO RAS kết luận, khi quan sát phản ứng của phó giám đốc Rosstandart, Sergei Golubev, tại buổi lễ.
“Nhóm IPA RAS đã được thành lập thành công và đang làm việc với sự cống hiến to lớn,” Yuri Balega nhận xét về các thành phần của việc xây dựng thành công mạng lưới kính viễn vọng vô tuyến tới Stimul.
Alexander Ipatov, trong một cuộc phỏng vấn với Stimul, nói rằng vấn đề chảy máu chất xám ảnh hưởng đến viện, đưa ra một số cái tên, và bày tỏ thái độ không chuẩn mực đối với những nhân viên đã ra nước ngoài: “Tại NASA, Leonid Petrov, cựu nhân viên của chúng tôi, chịu trách nhiệm về các ngành Khoa học Trái đất. Một cựu nhân viên khác của chúng tôi, Oleg Titov, đứng đầu Cục Khảo sát Trắc địa Úc; một cựu nhân viên khác của chúng tôi, Sergey Pogrebenko, đã tham gia phát triển một bộ tương quan để xử lý dữ liệu VLBI ở Hà Lan. Nhưng tôi muốn nhấn mạnh suy nghĩ sau: những người từ nước ngoài trở về không cần thiết ở đây. Nếu họ không thể tìm thấy vị trí của họ ở đó, họ cũng sẽ không tìm thấy nó ở đây. Chúng tôi cần những người không trở về vì họ thành công và có nhu cầu. "
Bản thân Ipatov cũng được chủ động thuyết phục đi lao động ở nước ngoài nhưng anh không đồng ý. Những người đã không khuất phục trước những lời hứa và sự thuyết phục đủ để thực hiện dự án thành công nhất trong ngành thiên văn học của Nga trong gần nửa thế kỷ qua. Và các chuyên gia trẻ thường xuyên đến viện.
Vladimir Bogod, trưởng nhóm nghiên cứu của Đài quan sát vật lý thiên văn đặc biệt, thành viên của ủy ban trên, sau khi đưa vào vận hành giao thoa kế vô tuyến từ kính thiên văn vô tuyến 13 mét, nghiệm thu kính thiên văn vô tuyến 13 mét tại đài thiên văn Svetloye. Ông nhấn mạnh rằng dữ liệu chính xác về tọa độ và thời gian là cần thiết cho hoạt động của tất cả các thiết bị, để đảm bảo hoạt động của hệ thống định vị toàn cầu GLONASS của Nga, để xác định chuyển động của các lục địa với độ chính xác cao, cũng như trong lĩnh vực an ninh.
С помощью трех российских телескопов, расположенных в вершинах гигантского треугольника, можно составить трехмерную карту земной поверхности с точностью до одного миллиметра
stimul.online
