Александр Коноваленко |
О том, что в Харькове есть крупнейший в мире радиотелескоп декаметровых волн УТР-2, знает весь астрономический мир. Этот инструмент, созданный тридцать лет назад по инициативе академика Семена Яковлевича Брауде, дал ученым возможность получить огромный объем качественно новой информации о Вселенной. А ведь в то время этот диапазон частот считался малоинформативным. Но, как верно подмечено, нет ничего практичнее правильного предвидения. Сейчас всем ясно: с астрофизической точки зрения декаметровые телескопы нисколько не уступают по информативности другим инструментам современной всеволновой астрономии, включая оптическую, инфракрасную, ультрафиолетовую, рентгеновскую и гамма-астрономию.
Вот только несколько примеров — харьковские ученые определили координаты и спектры нескольких тысяч радиоисточников северного неба, составили их каталог, обнаружили в межзвездной среде спектральные линии углерода, составляющего основу органической жизни, разработали теорию гравитационных линз, описали механизмы радиоизлучения Солнца и Юпитера. И тот факт, что за последние годы во всем мире резко возрос интерес к декаметровой радиоастрономии, во многом и обусловлен как раз научными результатами, полученными на радиотелескопе УТР-2. В совместных экспериментах на УТР-2 вместе с учеными Радиоастрономического института НАН Украины сейчас участвуют их коллеги из многих стран мира
Итак, новый проект
— Интерес к декаметровым телескопам сейчас настолько велик, что во многих странах интенсивно обсуждаются планы создания новых инструментов, существенно больших, чем существующие ныне, — рассказывает член-корреспондент НАНУ, сотрудник Радиоастрономического института НАН Украины Александр Коноваленко. — Мы уже разработали концепцию создания украинского декаметрового радиотелескопа нового поколения, который будет обладать намного большей чувствительностью и разрешающей способностью, чем его предшественник УТР-2. Данная концепция получила поддержку Национальной академии наук и ее президента Бориса Евгеньевича Патона, начато поэтапное финансирование. По нашим оценкам, проект можно будет реализовать в течение ближайших пяти-десяти лет.
Новый телескоп расположится на площади миллион квадратных метров и будет выглядеть как решетка, состоящая из множества антенн-вибраторов, таких же простых по конструкции, как обычная телевизионная антенна «усиками». Сигналы от каждого из них будут суммироваться с помощью специальных цифровых устройств, а полученная информация — отображаться мощными компьютерами. Новая система будет достаточно стабильной — даже если из строя выйдет десять процентов антенн, она все равно будет функционировать. Специалисты также нашли возможность существенно ослабить мешающее влияние ионосферы и земных помех.
— Принципиальная трудность заключалась в разработке активного элемента антенны нового типа, — поясняет Александр Александрович. — Так называются антенны малого размера, которые при длине, существенно меньше длины волны, могли бы обеспечивать прием в широком диапазоне частот и с достаточной чувствительностью. Сама идея создания так называемых активных антенн существовала давно, но технических методов ее реализации в радиоастрономии не существовало. Нам удалось воплотить ее в жизнь. Под Харьковом уже создан и испытан прототип будущего телескопа — антенная решетка, состоящая из тридцати подобных простых и дешевых элементов.
Как рассчитали специалисты, стоимость одного такого активного элемента в сто раз меньше, чем у радиотелескопа УТР-2. И хотя всего их нужно будет около двадцати тысяч (то есть в десять раз больше, чем для УТР-2), общая стоимость будет гораздо меньше, чем у его предшественника. Останутся в прошлом и длинные дорогостоящие кабели, так называемые линии временной задержки, с помощью которых производилось суммирование сигналов каждого из вибраторов. Их заменит современная микросхемотехника и супермощные компьютеры. Тридцать лет тому назад эта идея была просто неосуществимой — не было ни соответствующей элементной базы, ни полупроводниковых технологий.
Может быть, мы найдем сестру Земли?
Но УТР-2 отставка не грозит. Как утверждают ученые, он будет способен решать различные научные задачи еще не один десяток лет.
Новый инструмент даст возможность выявить особенно тонкие и слабые эффекты, значимые с точки зрения решения фундаментальных проблем астрофизики, космологии и физики. Можно будет, например, не только оценить угловой размер квазара, но и построить его радиоизображение, то есть увидеть структуру, выбросы материи, горячие пятна. Увидеть, как взаимодействует этот объект с окружающей межгалактической средой. Обнаружить радиоизлучение не только у Юпитера, но и у других планет, прежде всего планет-гигантов, Сатурна, Урана, а возможно, и Плутона. Построить карту распределения слабо ионизованной космической материи как в нашей, так и других галактиках. Это принципиально важные вещи для изучения процессов происхождения и развития нашей Вселенной, звезд, планетных систем.
В целом, благодаря новому телескопу количество информации о различных объектах и явлениях в Космосе возрастет в десятки раз. Возможно даже, что именно с помощью нового радиотелескопа удастся найти в глубинах космоса целые планетные системы вблизи других звезд… Работы по поиску так называемых экзопланет проводятся в Радиоастрономическом институте и сейчас. Кто знает, может быть, как раз новый, более зоркий радиотелескоп, у которого еще и имени нет, поможет человечеству найти планету, похожую на нашу Землю?
Концептуально новый харьковский проект можно с полным правом назвать международным. В его обсуждении активно участвуют специалисты разных стран — США, Голландии и Франции, хотя общего финансирования нет. Такая кооперация с западными партнерами, где уровень цифровой технологии выше, чем в Украине, очень полезна. Предполагается, что и сам новый инструмент, и конструкторские наработки будут впоследствии использоваться радиоастрономами разных стран совместно. Возможно также, что радиотелескопов такого типа на Земле будет построено несколько, хотя они и не будут копиями или «клонами» — конфигурация этих инструментов-родственников, методы построения изображения могут быть различными.
Для специалистов очень важно иметь несколько таких телескопов в разных точках земного шара, в различных астроклиматических условиях, в разной помехообстановке, при разном состоянии ионосферы. Такие совместные координированные наблюдения значительно повышают надежность эксперимента. Ведь радиоастрономы имеют дело с объектами, удаленными от Земли на огромное расстояние. Сигналы, которые они улавливают из Космоса, чрезвычайно слабы. Представьте, энергия, уловленная радиотелескопами всего мира за все время их существования, так мала, что ее не хватит, дабы нагреть стакан воды!
Интернет для радиотелескопов
Существует и другая концепция развития — вывод радиотелескопов за пределы земной ионосферы. Таким образом радиоастрономия получает возможность ослабить влияние ионосферы и земных помех. И реализовать базу интерферометра с размером большим, чем диаметр Земли.
В соответствии со второй концепцией Япония вывела на околоземную орбиту первый в мире радиотелескоп — искусственный спутник «Халка» с восьмиметровой антенной. С его помощью можно добиться высокого углового разрешения, но из-за малой площади антенны большой чувствительности не достичь. Поэтому в паре с ним должны работать, и уже работают, наземные инструменты. В том числе планируется сотрудничество с харьковчанами, осваивающими гигантскую 70-метровую антенну в Евпатории (Национальное космическое агентство Украины). Совместные предварительные эксперименты оказались очень успешными. Наземно-космическая радиоастрономия тоже обещает новые открытия.
А в идеале, как считают астрономы, одним гигантским радиоинтерферометром может стать весь земной шар. И это вполне реально.
Например, предлагается связать в единую сеть типа Интернета все обычные телевизионные антенны и получить телескоп величиной с Землю. Звучит как фантастика, но теоретически и технически это вовсе не абсурд, уверяют ученые, современные средства телекоммуникации вполне позволяют осуществить подобный проект, просто всерьез этим еще никто не занимался.
— Есть и другая, более реальная идея глобализации наземной радиоастрономии, — говорит Александр Коноваленко. — Связать в единую Сеть специализированные радиотелескопы, которые уже существуют или создаются сейчас. Реальность такой Сети обеспечивается наличием радиотелескопов абсолютно во всех крупных развитых странах. В Европе это Франция, Голландия, Англия, Германия, Испания, Италия, Россия, Швеция, Польша. Есть они в Северной и Южной Америке, Азии, Африке, Австралии. Из них крупных телескопов — не меньше десятка, а более мелких наберется около сотни. Этого вполне достаточно для создания глобальной Сети. Чем больше отдельных инструментов будет работать в единой системе, тем лучше, поскольку чувствительность такого суперрадиотелескопа будет пропорциональна их количеству. Проблема, в сущности заключается только в том, чтобы оснастить все локальные телескопы унифицированной аппаратурой — очень чувствительными приемниками сигналов и регистрирующими средствами.
Приоритеты
на будущее
Несмотря на общее падение научного потенциала, Украина остается крупным мировым центром астрономической и в частности радиоастрономической науки. Один только перечень радиотелескопов разного диапазона волн в Харькове, Симеизе, Евпатории, Змиеве, Полтаве, Львове, Одессе и Симферополе свидетельствует: наша страна обладает солидной базой для изучения радиоастрономическими методами практически всей Вселенной. Начиная с околоземного пространства и заканчивая такими удаленными объектами, как радиогалактики и квазары. По индексу цитирования работ украинских ученых, радиоастрономия уверенно обогнала многие другие отрасли отечественной науки.
Однако мир не стоит на месте. Если техническое состояние этой отрасли не будет соответствовать времени, мы не сможем конкурировать с технологически более современными западными исследовательскими центрами и попросту сойдем с дистанции. Новый проект позволяет надеяться, что этого не случится.
…Всеволновая астрономия родилась в ХХ веке, и именно ей принадлежит сейчас основная роль в познании Вселенной. А ведь начиналась эта наука с простого наблюдения звездного неба невооруженным глазом — первый оптический телескоп был создан лишь в ХVII столетии. Но и существующие сейчас телескопы — не предел возможного. В ХХI веке, по мнению специалистов, всеволновую астрономию дополнят нейтринная и гравитационная. Как тогда будет выглядеть квазар, который оптика видит как светлое пятнышко, а радиотелескоп — как структуру с двумя размашистыми крыльями? Или «черная дыра», которая пока вообще остается невидимкой?..