Чтобы добраться до обсерватории Грин-Бэнк, вам нужно выбрать менее проходимую дорогу, пролегающую через живописные и отдаленные районы гор Аллегейни и национального леса Мононгахела в Западной Вирджинии. Примерно через час у вас начнет пропадать сотовая связь. Обсерватория Грин-Бэнк — совокупность радиотелескопов, которые ищут на небесах слабые радиосигналы от черных дыр, пульсаров, нейтронных звезд или гравитационных волн — расположена недалеко от сердца Национальной зоны радиомолчания США, уникальной территории, охватывающей территорию площадью около 13 000 квадратных миль, охватывающих границу между Вирджинией и Западной Вирджинией.
Здесь, в NRQZ, генерируемые человеком радиопередачи ограничены для защиты радиотелескопов от наземных радиосигналов, называемых RFI (радиочастотная интерференция), которые представляют собой высокочастотные электромагнитные волны, исходящие от электронных устройств, таких как компьютеры, сотовые телефоны, микроволновые печи и даже цифровые фотоаппараты. Даже самые слабые радиопомехи могут заглушить слабые радиоволны, приходящие из космоса.
«Здесь вы можете использовать простые пленочные камеры старого образца только в радиусе 2 миль от телескопа Грин-Бэнк», — сказал Пол Востин, специалист по средствам массовой информации обсерватории Грин-Бэнк, который провел экскурсию по объектам. Востин рассказал, как однажды он взял группу посмотреть на гигантский (и очень фотогеничный) 100-метровый телескоп Грин-Бэнк (GBT), и невольно один из членов группы начал делать фотографии на цифровую камеру. Хотя ему удалось быстро остановить фотографа, Востин позже застенчиво связался с техническими специалистами, которые в тот день проводили диагностику GBT. Они ломали голову по поводу странного всплеска сигналов ранее этим утром. Оказывается, это был именно тот момент, когда фотограф использовал свою цифровую камеру.
«Малейший электронный сигнал может вызвать помехи», — объяснил Востин. «Мы можем использовать здесь, на территории, только дизельные автомобили, поскольку в бензиновых двигателях есть свечи зажигания. Все, что искрит, производит радиоволны». Дизельные двигатели, с другой стороны, воспламеняются от сжатия.
Чтобы контролировать уровень помех на месте, диспетчерская обсерватории и выставочный зал близлежащего Научного центра полностью окружены медными клетками Фарадея — проволочными устройствами, встроенными в стены для блокировки электромагнитных сигналов. Даже окна закрыты тонкой проволочной сеткой, а тяжелая дверь диспетчерской открывается и закрывается, как вход в банковское хранилище строгого режима.
Грин-Бэнк является домом для шести крупных радиотелескопов размером от 14 до 100 метров в диаметре. 20-метровый и 40-футовый телескопы — это стационарные образовательные телескопы, которыми пользуются студенты по всей стране.
Обсерватория также содержит множество реликвий истории радиоастрономии. Существует точная копия дипольной антенной решетки, которую Карл Янски использовал, когда совершенно случайно обнаружил, что радиоволны исходят из центра Млечного Пути. Это было началом радиоастрономии, какой мы ее знаем сегодня. Существует также настоящий параболический радиотелескоп (первый в мире), построенный Гроте Ребером в 1937 году для наблюдения за открытием Янски. Еще есть 85-футовый телескоп Говарда Э. Тейтеля, который Фрэнк Дрейк использовал в 1960 году для первого в мире поиска внеземного разума в рамках проекта «Озма».
ББТ – «Великое большое дело»
Телескоп Роберта К. Берда в Грин-Бэнке (GBT, иногда называемый местными жителями «Великой большой штукой») высотой 485 футов (148 метров) является самым высоким и привлекательным блюдом обсерватории, а также крупнейшим управляемым радиотелескопом в мир. Маневренность его большой 100-метровой антенны позволяет ему быстро отслеживать объекты в поле зрения и видеть 85% неба.
Хотя GBT работает с 2000 года, как мы обсуждали в статье на прошлой неделе, новая модернизация телескопа находится в стадии разработки. ngRADAR — это радиолокационная система нового поколения, которая позволит GBT отслеживать и отображать астероиды с беспрецедентным разрешением, что делает GBT самой совершенной планетарной радиолокационной системой в мире. Он также сможет изучать кометы, спутники и планеты нашей Солнечной системы. После завершения он не только поможет астрономам изучить состав других планетных тел, но и поможет защитить Землю от потенциальных крупных метеоритных ударов, отображая точные траектории астероидов, пересекающих орбиту Земли.
Астрономы изучают Вселенную, улавливая свет звезд, планет и галактик. Но они также могут изучать близлежащие объекты, направляя на них радиоизлучение и анализируя сигналы, которые отражаются в ответ. Это называется планетарным радаром, и этот процесс может предоставить невероятно подробную информацию о наших соседях по планете.
«Когда астрономы изучают свет, излучаемый звездой или галактикой, они пытаются выяснить его свойства», — сказал Патрик Тейлор, директор проекта ngRADAR и руководитель отдела радиолокации Национальной радиоастрономической обсерватории. наша статья на прошлой неделе. «Но с помощью радара мы уже знаем, каковы свойства сигналов, и используем это, чтобы выяснить свойства того, от чего мы отразили сигналы. Это позволяет нам охарактеризовать планетарные тела, например, их форму, скорость и траекторию. Это особенно важно для опасных объектов, которые могут приблизиться слишком близко к Земле».
Ранее рабочей лошадкой планетарного радара была обсерватория Аресибо диаметром 1000 футов (305 метров), которая рухнула в 2020 году, а также 70-метровая тарелка Голдстоуна в Калифорнии, которая в основном используется для связи с космическими кораблями в рамках проекта НАСА Deep. Космическая сеть. Тейлор сказал, что идея ngRADAR обсуждалась уже много лет — еще до закрытия Аресибо — но с потерей Аресибо обновление становится еще более важным.
Радиолокационные сигналы, передаваемые ngRADAR в GBT, будут отражаться от астрономических объектов, и эти отраженные сигналы будут приниматься системой Very Long Baseline Array (VLBA), сетью из десяти наблюдательных станций, расположенных по всей территории Соединенных Штатов.
«Идея состоит в том, чтобы GBT почти постоянно осуществлял передачу, а VLBA — либо все десять из них, либо любая часть этих телескопов — выполняла прием», — сказал Тейлор. «Эта новая система позволит нам определять характеристики поверхностей множества различных объектов на разных частотах и длинах волн, которые раньше не использовались».
Радиочастоты
Весь свет распространяется в пространстве волнами — представьте, как рябь движется по пруду. У каждой пульсации есть пик и впадина, которые называются циклом. Объект, излучающий радиоволны, производит множество циклов за очень короткий период. За каждый цикл волна проходит небольшое расстояние, которое называется ее длиной волны. Радиоволны имеют самые длинные длины волн в электромагнитном спектре. Их длина варьируется от субмиллиметровых до более чем 100 километров.
Для радиоволн всех длин количество циклов в секунду называется частотой, причем один цикл в секунду равен одному герцу. Это означает, что тысяча циклов в секунду — это килогерц, а миллиард циклов в секунду — гигагерц. Радиоастрономов интересуют объекты в широком диапазоне частот, но в основном от 3 килогерц до примерно 900 гигагерц.
«Аресибо работал на частоте 2,38 гигагерца, 70-метровая установка Голдстоуна в основном работает на частоте 8,56 гигагерца», — сказал Тейлор. «Для ngRADAR мы рассматриваем еще более высокие частоты, 13,7 гигагерца, которые раньше не использовались для планетарных радаров. Это способ предложить что-то новое и необычное, при этом возможности двух инструментов – GBT и Goldstone – также будут дополнять друг друга».
Но что еще более важно, поскольку Голдстоун теперь является «единственной планетарной радарной игрой в городе», как описал это Тейлор, это означает, что у планетарного радара в США есть одна точка отказа. Антенны комплекса дальней космической связи Голдстоуна круглосуточно заняты связью с космическими кораблями вокруг Солнечной системы.
«Если Голдстоун по какой-либо причине не работает или он недоступен из-за работы с DSN, — сказал Тейлор, — наличие радиолокационного передатчика на GBT дает нам больше гибкости и резервирования».
Тейлор сказал, что есть несколько применений для будущего радаров: они не только расширяют наши знания об объектах Солнечной системы и характеризуют астероиды и кометы, но также помогают в будущих космических полетах с роботами и экипажем.
GBT работал с телескопом Голдстоун, чтобы помочь подтвердить успех миссии НАСА по испытанию двойного перенаправления астероидов (DART) в 2022 году, первого теста, позволяющего выяснить, смогут ли люди успешно изменить траекторию астероида. В ходе двухнедельной кампании радиотелескопы смогли отследить, как после удара изменилась орбита Диморфоса, астероида, в который сбил DART.
Но главная цель ngRADAR — планетарная защита.
«Это будет одно из самых приоритетных применений радиолокационной системы, с помощью которой мы сможем отслеживать и характеризовать околоземные астероиды и кометы, чтобы оценить любую опасность, которую они могут представлять для Земли в будущем. Радар предоставляет очень точные данные, которые позволяют предсказать, где эти небольшие тела окажутся в будущем. Мы можем определить его размер, как он вращается, из чего он может быть сделан: это просто круглый шар, или он похож на картошку, или у него есть луна, о которой вам тоже стоит беспокоиться».
Создание нгРАДАР
Как мы обсуждали на прошлой неделе, уменьшенный прототип ngRADAR в GBT позволил получить одни из самых высоких разрешений планетарных радиолокационных изображений, когда-либо полученных с Земли. Необходимо будет не только построить новую полномасштабную систему, но и внести несколько изменений в ББТ.
«Это будет довольно интенсивный инфраструктурный проект», — пояснил Тейлор. «Нам придется построить передатчик и установить его на GBT. Учитывая размер и вес системы, а также необходимые системы охлаждения, для поддержки всего этого потребуются дополнительные конструкции».
Тейлор сказал, что сроки завершения будут зависеть от финансирования, но разумная цель состоит в том, чтобы в ближайшие пять лет – возможно, к 2029-2030 годам – ngRADAR мог быть запущен и работать.
Но Тейлор считает, что ngRADAR позволит GBT пройти полный круг.
«Одним из первых научных исследований, проведенных с использованием GBT, было получение радиолокационных сигналов, когда он был впервые открыт», — сказал он. «Уже более 20 лет он служит приемником радаров, но теперь мы пытаемся сделать следующий шаг и сделать его еще и передатчиком».
Прочтите первую часть этой серии: «Радар следующего поколения нанесет на карту опасные астероиды».
