Суфийская небесная грамота

Россия и Узбекистан достроят уникальный радиотелескоп «Суффа». Это лишь один из семейства проектов, призванных вывести отечественные исследования космоса в радиодиапазонах на новый уровень
Суфийская небесная грамота
Строительство этого 70-метрового радиотелескопа началось в 1985 году на плато Суффа на юге Узбекистана, но в 1991-м было законсервировано
РАН

Радиотелескоп «Суффа» предназначен для приема сигналов из космоса в миллиметровом диапазоне длин волн. Строительство этого 70-метрового радиотелескопа началось в 1985 году на плато Суффа на юге Узбекистана, но в 1991-м было законсервировано.

С российской стороны в проекте примут участие Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН (ФИАН), Пулковская и Крымская обсерватории, а также ряд профильных проектных институтов. Узбекские ученые примут участие в формировании научной программы «Суффы».

«На уровне руководителей государств принято решение, что радиотелескоп “Суффа” будет достраиваться в рамках международной обсерватории», — рассказал президент Российской академии наук Александр Сергеев.

По его словам, достройку телескопа, согласно оптимистическим оценкам, возможно выполнить к 2024 году. Российская сторона будет отвечать за инструментальную часть проекта, а Узбекистан — за создание необходимой инфраструктуры. Смета проекта — 100 миллионов долларов.

Проект «Суффа» имеет и серьезное политическое значение, подчеркнул академик Сергеев. Речь идет не только о восстановлении научного присутствия России в странах бывшего СНГ. «Это, если хотите, вопрос не только науки, но и культуры, и языка», — пояснил глава РАН. Александр Сергеев выразил надежду, что работать на «Суффу» поедут и российские специалисты, и представители узбекской диаспоры из разных стран. В целом проект «Суффа» должен стать символом возрождения российско-узбекских связей.

 

Эхо советских рекордов

СССР был одним из мировых лидеров в исследовании космического пространства, страна обладала самым большим в мире оптическим телескопом — БТА. «Стимул» уже писал об этом достижении советских ученых. Исследователи планируют возобновить регулярные наблюдения на БТА осенью этого года. Их приостановили в мае после начала монтажа обновленного зеркала телескопа. Оно установлено в оправу, но еще требуются отладочные работы — зеркало будут покрывать тонким слоем алюминия, регулировать.

Советскому Союзу принадлежит и другой рекорд, причем он не побит до сих пор. РАТАН-600 (радиоастрономический телескоп Академии наук) — крупнейший в мире радиотелескоп с рефлекторным зеркалом в виде кольца диаметром около 600 метров. Радиотелескоп расположен в Карачаево-Черкесии, недалеко от станицы Зеленчукская, на высоте 970 метров над уровнем моря. Он позволяет проводить исследование как близких объектов: Солнца, солнечного ветра, планет и спутников, — так и крайне удаленных: радиогалактик, квазаров, космического микроволнового фона. РАТАН-600 и БТА являются основными инструментами Специальной астрофизической обсерватории Российской академии наук.

magnifier.png РАТАН-600 — крупнейший в мире радиотелескоп с рефлекторным зеркалом в виде кольца диаметром около 600 метров — расположен в Карачаево-Черкесии, недалеко от станицы Зеленчукская, на высоте 970 метров над уровнем моря

А российский орбитальный «Радиоастрон» даже попал в Книгу рекордов Гиннесса как самый большой космический радиотелескоп в мире. Диаметр его антенны составляет 10 метров, при работе в интерферометрическом режиме совместно с крупнейшими наземными радиотелескопами размеры базы радиоинтерферометра могут достигать 300 тысяч километров.

Обсерватория «Радиоастрон» стала первым за многие годы космическим астрофизическим инструментом, созданным российскими специалистами. Радиотелескоп предназначен для работы совместно с глобальной наземной сетью радиотелескопов, образуя единый наземно-космический интерферометр со сверхдлинной базой (РСДБ).

«Радиоастрон» изучает ядра галактик, сверхмассивные черные дыры, магнитные поля, космические лучи. Кроме того, его аппаратура способна уловить космологические эффекты, выявить зависимость различных физических параметров в ядрах галактик от красного смещения объектов, эффекты темной материи и темной энергии, области формирования звезд и планетных систем. В частности, с помощью этого телескопа был обнаружен эффект линзирования, возникающий в турбулентной межзвездной среде, фокусирующей порой излучение астрономических объектов.

ТЕЛСКП Дагкесаманский.png
Рустам Дагкесаманский
Пущинская радиоастрономическая обсерватория

О достижениях советской и российской астрономии нам удалось побеседовать с Рустамом Дагкесаманским, директором Пущинской радиоастрономической обсерватории — филиала ФИАН.

 

— Рустам Давудович, давайте начнем с истории. Как развивались радиотелескопы в Советском Союзе? И как обстоит дело сейчас, что изменилось?

— Радиодиапазон, используемый для исследований космического радиоизлучения с наземными радиотелескопами, перекрывает длины электромагнитных волн примерно от одного миллиметра до тридцати метров. Это на порядок превышает диапазон оптических телескопов. Диапазон радиотелескопов ограничен непрозрачностью земной атмосферы. Используя антенны на спутниках и космических аппаратах, можно изучать космическое радиоизлучение и гораздо больших длин волн. Понятно, что каждый из радиотелескопов рассчитан на работу в том или ином интервале длин волн, иногда даже в весьма узком интервале.

magnifier.png «Радиоастрон» изучает ядра галактик, сверхмассивные черные дыры, космические лучи. С помощью этого телескопа был обнаружен эффект линзирования, возникающий в турбулентной межзвездной среде, фокусирующей излучение астрономических объектов

В Советском Союзе первые радиоастрономические наблюдения были выполнены в 1947 году. В середине 1950-х начались наблюдения на Большом Пулковском радиотелескопе (БПР) сантиметрового диапазона волн, а в 1959 году и на пущинском 22-метровом радиотелескопе РТ-22. И спустя семь лет на крымском РТ-22. Оба эти радиотелескопа (и БПР, и РТ-22) были непревзойденными по отдельным параметрам в своих диапазонах волн на протяжении примерно десяти лет.

Затем была эпоха отечественной декаметровой радиоастрономии (харьковские радиотелескопы УТР-1 и УТР-2), эпоха радиотелескопа РАТАН-600 (САО РАН), метровых радиотелескопов ФИАН в Пущино (В-З ДКР-1000 и БСА ФИАН), полноповоротных радиотелескопов диаметрами 64 и 70 метров (антенны в Медвежьих Озерах, Евпатории, Уссурийске).

Если говорить о современном состоянии, то сегодня наши лучшие инструменты — это наземно-космический радиотелескоп «Радиоастрон» с его непревзойденным угловым разрешением в десять микросекунд дуги, модернизированный радиотелескоп БСА ФИАН с полем зрения около пятидесяти квадратных градусов при близкой к рекордной чувствительности в метровом диапазоне волн. БСА ФИАН находится в Пущинской радиоастрономической обсерватории. Его основные задачи — исследование пульсаров, околосолнечной межпланетной плазмы.

ТЕЛСКП РТ-22 ФИАН.png
Радиотелескоп сантиметрового и метрового диапазонов волн РТ-22 ФИАН
Пущинская радиоастрономическая обсерватория

— Уникальный радиотелескоп «Суффа», который планируют достроить в Узбекистане, будет работать в миллиметровом диапазоне. Каковы преимущества этого диапазона?

— Да, планируемый рабочий диапазон полноповоротного радиотелескопа «Суффа» диаметром 70 метров — от одного миллиметра до шести сантиметров. При наличии совершенной приемной аппаратуры принципиальное ограничение на чувствительность радиотелескопа накладывается яркостью космического радиоизлучения, на фоне которого проводятся все наблюдения. В миллиметровом диапазоне имеет место минимум яркости космического радиоизлучения, а значит, и возможность достижения наиболее высокой чувствительности проводимых исследований. Для широкого круга задач, в которых наблюдения на коротких волнах принципиальны, миллиметровый и субмиллиметровый диапазоны оказываются наиболее предпочтительными.

magnifier.png Принципиальное ограничение на чувствительность радиотелескопа накладывается яркостью космического радиоизлучения. В миллиметровом диапазоне имеет место минимум яркости космического радиоизлучения, а значит, и возможность достижения наиболее высокой чувствительности проводимых исследований

Миллиметровый диапазон длин волн позволяет, например, видеть области зарождения звезд, заглянуть в самые центральные области активных ядер галактик, исследовать самую раннюю эпоху рождения нашей Вселенной.

Этот диапазон волн активно осваивается радиоастрономами во всем мире. Сам по себе радиотелескоп на плато Суффа будет уникальным, только если точность его поверхности и астроклимат позволят проводить на этом инструменте наблюдения на более коротких волнах, чем на других подобных радиотелескопах. Но следует также иметь в виду, что задач очень много, а значит, один инструмент, даже самый совершенный, не сможет решить все задачи за разумно короткое время.

— Почему радиотелескоп «Суффа» решили построить именно на высокогорном плато в Узбекистане?

— Место строительства было выбрано исходя из лучших условий астроклимата. На плато Суффа были наилучшие на территории СССР условия для работы в диапазоне миллиметровых волн.

— Сейчас речь идет о создании в мире целой сети «миллиметровых» радиотелескопов, и «Суффа» может стать одним из ее элементов. Какие возможности дала бы такая сеть?

— Разрешающая способность телескопа представляет собой минимальное угловое расстояние между двумя компактными объектами, при котором они еще не сольются в одно пятнышко. Разрешение телескопа измеряется в угловых секундах (секундах дуги). Окружность небесного экватора можно разделить на 360 градусов, один градус — на 60 минут, одну минуту — на 60 секунд, далее идут десятые, сотые доли секунды и так далее.

В течение многих столетий точность измерений в астрометрии ограничивалась свойствами глаза — это минуты дуги. Изобретение телескопа повысило ее до предела, налагаемого неоднородностями атмосферы, — это уже секунды дуги. Выход за пределы атмосферы и применение принципов интерферометрии повысили точность измерений еще в миллионы раз.

Радиоастрономы опираются на наблюдения на интерферометрических системах. При объединении нескольких одиночных телескопов, расположенных в разных частях земного шара, в единую сеть, говорят о радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой. Если речь идет об интерферометре, то и один и другой телескоп наблюдают один и тот же объект одновременно.

magnifier.png Для земных телескопов максимальная база не может превышать диаметр Земли. Запустив один из телескопов в космос, можно значительно увеличить базу, а следовательно, и разрешение

Угловое разрешение определяется отношением длины волны к характерному размеру инструмента. Если речь идет об одиночном телескопе, то это его диаметр (или какой-то иной характерный размер). Если речь идет об интерферометре или системе интерферометров, то имеется в виду характерное (или даже максимальное) расстояние между элементами системы.

Однако для земных телескопов максимальная база очевидно не может превышать диаметр Земли. Запустив один из телескопов в космос, можно значительно увеличить базу, а следовательно, и разрешение. Например, угловое разрешение космического телескопа «Радиоастрон» при работе совместно с наземным радиотелескопом в режиме радиоинтерферометра (максимальная база при этом может быть до 350 тысяч километров) составит от восьми до 500 микросекунд дуги в зависимости от длины волны (1,2–92 сантиметра). Для сравнения: под углом восемь микросекунд виден объект размером 30 метров на расстоянии Юпитера или объект размером с Землю на расстоянии альфа Центавра.

Интерферометрическая сеть наземных радиотелескопов миллиметровых волн может предоставить возможность исследования источников космического радиоизлучения с угловым разрешением в десятки микросекунд дуги. При этом есть надежда «заглянуть» в самые внутренние области «центральной машины» в ядрах активных галактик, исследовать с таким же высоким разрешением области звездообразования.

Пущинская радиоастрономическая обсерватория // Километровый радиотелескоп метровых волн ДКР-1000 ФИАН
Километровый радиотелескоп метровых волн ДКР-1000 ФИАН
Пущинская радиоастрономическая обсерватория

— Не могли бы вы поподробнее рассказать, как можно себе представить разрешение телескопа?

— Возможно, будет понятнее, если мы будем говорить о размере пикселя на радиоизображении интересующего нас объекта. Представим себе, что очень далекий квазар имеет угловой размер в поперечнике всего в сотую долю секунды дуги (или, что то же самое, десять миллисекунд дуги). Тогда его изображение, полученное с инструментом, обладающим угловым разрешением в десять микросекунд дуги, будет иметь качество очень даже неплохой, мегапиксельной, фотографии. Именно такое угловое разрешение достигнуто в ряде экспериментов проекта «Радиоастрон».

— Ваш институт участвует еще в одном проекте — «Спектр-М». Речь идет об обсерватории «Миллиметрон» с десятиметровым космическим телескопом, предназначенным для исследования различных объектов Вселенной в миллиметровом и инфракрасном диапазонах. «Суффа» и «Миллиметрон» могли бы составить уникальную пару аппаратов, которой нет ни у кого в мире. В чем уникальность этой пары?

— Когда речь пойдет о «Миллиметроне», то это будут фантастические цифры. Во-первых, потому, что работать этот космический радиотелескоп будет на более коротких волнах. В «Радиоастроне», к примеру, самая короткая волна — 1,3 сантиметра, а в проекте «Миллиметрон», даже в интерферометрическом режиме при совместной работе с наземными инструментами, длина волны может быть в десяток раз меньше. При этом предполагается, что расстояние космического радиотелескопа от Земли будет в четыре раза больше, чем в проекте «Радиоастрон». Угловое разрешение такого наземно-космического радиоинтерферометра будет еще в 40 раз выше, чем в проекте «Радиоастрон».

Еще по теме