Когда в 2020 году обрушилась тарелка обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, астрономы потеряли мощный радиотелескоп и уникальный радиолокационный инструмент для составления карт поверхностей астероидов и других планетарных тел. К счастью, новая радиолокационная система следующего поколения под названием ngRADAR находится в стадии разработки, которая в конечном итоге будет установлена на 100-метровом (328 футов) телескопе Грин-Бэнк (GBT) в Западной Вирджинии. Он сможет отслеживать и картографировать астероиды, имея возможность наблюдать за 85% небесной сферы. Он также сможет изучать кометы, спутники и планеты нашей Солнечной системы.
«На данный момент существует только один объект, который может проводить планетарный радар, — это 70-метровая (230-футовая) антенна Голдстоуна, которая является частью сети дальнего космоса НАСА», — сказал Патрик Тейлор, директор проекта ngRADAR и руководитель подразделения радаров. для Национальной радиоастрономической обсерватории. «Мы начали процесс разработки радиолокационной системы следующего поколения несколько лет назад, но с потерей Аресибо это становится еще более важным».
Планетарный радар может предоставить невероятно подробную информацию о поверхности и составе астероидов, комет, планет и спутников. Система ngRADAR может предоставить беспрецедентные данные об этих объектах. Фактически, недавние испытания маломощного прототипа ngRADAR в GBT позволили получить изображения планетарных радаров с самым высоким разрешением, когда-либо полученные с Земли. Но отличительной чертой новой системы будет поиск околоземных астероидов и комет для оценки любой опасности, которую они могут представлять для нашей планеты.
«Радар действительно эффективен в определении орбит этих астероидов и комет», — сказал Тейлор в интервью Universe Today, — «и новая система будет предоставлять очень точные данные, которые позволят нам предсказать, где эти маленькие тела будут находиться в будущем. Это будет одним из наиболее приоритетных применений радиолокационной системы следующего поколения, с помощью которой мы сможем отслеживать и характеризовать околоземные астероиды и кометы, чтобы оценить любую опасность, которую они могут представлять для Земли в будущем».
Радарный фонарик
Обычно радиотелескопы собирают слабый свет в виде радиоволн от далеких звезд, галактик и других энергетических астрономических объектов, включая черные дыры или холодные темные объекты, не излучающие видимого света. Хотя радиотелескопы не делают снимки так, как это делают телескопы видимого света, обнаруженные радиосигналы усиливаются и преобразуются в данные, которые можно проанализировать и использовать для создания изображений.
Но радиотелескопы также можно использовать для передачи и отражения радиоизлучения от планетных тел нашей Солнечной системы. Это называется планетарным радаром или радаром Солнечной системы.
Что такое планетарный радар и как он работает?
«По сути, у нас есть фонарик, который работает на радиоволнах», — объяснил Тейлор. «Наш узкий луч фонарика не смотрит на все небо, а мы направляем его в очень точное место — поверхность астероида или луны. Мы очень хорошо знаем свойства нашего фонарика, поэтому точно знаем, что излучаем. Когда мы получаем эхо от того места, куда мы направили фонарик, мы анализируем этот сигнал и видим, как он изменился по сравнению с тем, что мы передали».
Вот что делает планетарный радар таким мощным и отличным от любого другого типа астрономии.
«Когда астрономы изучают свет, излучаемый звездой или галактикой, они пытаются выяснить его свойства», — сказал Тейлор. «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».
В прошлом планетарный радар использовался для получения изображений астероидов, а также для точного измерения положения и движения планет, что позволило нам посадить космические корабли на Марс и исследовать внешнюю часть Солнечной системы. Эта техника также позволила сделать удивительные открытия, например, обнаружить наличие водяного льда на Меркурии.
Поскольку радиоволны намного длиннее волн видимого света, радиоастрономия требует больших антенн. 70-метровая антенна Голдстоуна, расположенная в калифорнийской пустыне Мохаве, в основном используется для связи с космическими кораблями в рамках сети дальнего космоса НАСА. Но он также часто используется в планетарных радарах для изучения околоземных астероидов и, как упоминалось ранее, является единственным доступным в настоящее время объектом для выполнения планетарного радара. Раньше рабочей лошадкой планетарного радара была обсерватория Аресибо диаметром 1000 футов (305 метров), которая была примерно в 20 раз чувствительнее и могла обнаруживать астероиды примерно в два раза дальше, чем Голдстоун.
Однако, поскольку тарелка Аресибо была стационарной и построена внутри круглой воронки, она была прикреплена к Земле и могла видеть только ту часть неба, которая находилась прямо над головой. Это означало, что тарелка Аресибо могла видеть только одну треть неба. Голдстоун полностью управляем, может видеть около 80 процентов неба, может отслеживать объекты в несколько раз дольше в день и может отображать астероиды с более высоким пространственным разрешением.
нгРАДАР
Телескоп Роберта Берда в Грин-Бэнке — крупнейший в мире полностью управляемый радиотелескоп. Маневренность его большой 100-метровой антенны позволяет ему быстро отслеживать объекты в поле зрения и видеть 85% неба.
Новая радиолокационная система ББТ представит инструмент высокого разрешения, который станет масштабным обновлением, позволяющим собирать данные с более высоким разрешением и на ранее недоступных длинах волн. Ученые из GBT и Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) также разрабатывают передовые инструменты обработки и анализа данных, которые раньше были недоступны, предоставляя астрономам беспрецедентные возможности планетарного радара.
Чтобы проверить правильность концепции, Тейлор и его команда работали с компанией Raytheon — давним разработчиком радиолокационных систем как для военного, так и для научного применения, и, в частности, с подразделением Raytheon Intelligence & Space (RIS) — над созданием небольшого версия передатчика, с гораздо меньшей мощностью.
«Наши друзья из Raytheon построили передатчик, который мог выдавать 700 Вт, что примерно вдвое меньше мощности микроволновой печи», — сказал Тейлор. «В конечном итоге мы хотим построить систему мощностью 500 киловатт, то есть в тысячу раз больше. Но даже при мощности в 700 Вт мы смогли провести действительно впечатляющие наблюдения».
Планетарный радар ББТ был нацелен на Луну, в частности на посадочную площадку Аполлона-15 в Хэдли-Рилле и на гигантский кратер Тихо. поверхности Земли, а радиолокационные отражения были приняты десятью 25-метровыми антеннами VLBA NRAO. Кратер Тихо был заснят с разрешением 5 метров, демонстрируя беспрецедентные детали поверхности Луны с Земли. Тейлор сказал, что разрешение прототипа ngRADAR приблизилось к оптическому разрешению Lunar Reconnaissance Orbiter, который делал снимки с помощью камер высокого разрешения с орбиты Луны.
«Изображения дна кратера действительно захватывали дух», — сказал Тейлор. «Просто удивительно то, что нам удалось запечатлеть до сих пор, используя меньше энергии, чем обычный бытовой прибор».
Кроме того, прототип радара также обнаружил потенциально опасный астероид под названием (231937) 2001 FO32, который во время радаров пролетал мимо Земли примерно в шесть раз дальше, чем Луна. Астероид считается потенциально опасным из-за его размера (около 1 километра в диаметре), а также того, насколько близко он может подойти к Земле (на расстоянии чуть более 2 миллионов километров). Обнаружение астероида ознаменовалось всплеском данных.
«Теперь благодаря всплеску наших данных мы можем выяснить, насколько быстро движется этот объект, определить его орбиту и определить его траекторию в будущем», — объяснил Тейлор. «Мы можем определить риск его удара и оценить, насколько он опасен, и даже ограничить его состояние вращения, размер, состав, свойства рассеяния и так далее. Таким образом, даже несмотря на то, что всплеск данных не выглядит таким уж большим, одно маленькое обнаружение может рассказать вам много информации об астероиде».
Радиолокационные сигналы, передаваемые 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».
Далее: Во второй части этой серии будут рассмотрены подробности ngRADAR, истории планетарного радара, и вы поближе познакомитесь с GBT.
