ЗНОВУ НАЙБІЛЬШИЙ У СВІТІ?

Про те, що в Харкові є найбільший у світі радіотелескоп декаметрових хвиль УТР-2, знає весь астрономічний світ. Цей інструмент, створений тридцять років тому з ініціативи академіка Семена Яковича Брауде, дав змогу ученим одержати величезний обсяг якісно нової інформації про Всесвіт. А тоді цей діапазон частот вважався малоінформативним. Але, як справедливо помічено, немає нічого практичнішого за правильне передбачення. Нині всім зрозуміло: з астрофізичної точки зору, декаметрові телескопи анітрохи не поступаються інформативністю іншим інструментам сучасної всехвильової астрономії, у тому числі оптичній, інфрачервоній, ультрафіолетовій, рентгенівській та гамма-астрономії.

Ось лише кілька прикладів: харківські вчені визначили координати та спектри кількох тисяч радіоджерел північного неба, склали їх каталог, знайшли в міжзоряному середовищі спектральні лінії вуглецю — основи органічного життя, розробили теорію гравітаційних лінз, описали механізми радіовипромінювання Сонця та Юпітера. І той факт, що останніми роками в усьому світі різко зріс інтерес до декаметрової радіоастрономії, багато чим завдячує саме науковим результатам, отриманим на радіотелескопі УТР-2. У спільних експериментах на УТР-2 разом з ученими Радіоастрономічного інституту НАН України нині беруть участь їхні колеги з багатьох країн світу

Отже, новий проект

— Зацікавлення декаметровими телескопами зараз таке велике, що в багатьох країнах інтенсивно обговорюються плани створення нових інструментів, значно більших, ніж наявні нині, — розповідає член-кореспондент НАНУ, співробітник Радіоастрономічного інституту НАН України Олександр Коноваленко. — Ми вже розробили концепцію створення українського декаметрового радіотелескопа нового покоління, який матиме набагато більшу чутливість і роздільну здатність, ніж його попередник УТР-2. Цю концепцію підтримали Національна академія наук і її президент Борис Євгенович Патон, розпочато поетапне фінансування. За нашими оцінками, проект вдасться реалізувати протягом найближчих п’яти-десяти років.

Новий телескоп буде розміщено на площі мільйон квадратних метрів. Постане він у вигляді решітки з безлічі антен-вібраторів, таких простих за конструкцією, як звичайна телевізійна антена «вусиками». Сигнали від кожного з них підсумовуватимуться з допомогою спеціальних цифрових пристроїв, а отриману інформацію виводитимуть потужні комп’ютери. Нова система буде досить стабільною — навіть якщо з ладу вийде десять відсотків антен, вона все одно функціонуватиме. Фахівці також змогли істотно нейтралізувати вплив іоносфери й земних перешкод.

— Принципові труднощі несла в собі розробка активного елемента антени нового типу, — пояснює Олександр Олександрович. — Так називаються антени малого розміру, які при значно меншій довжині хвилі могли б забезпечувати прийом у широкому діапазоні частот і з достатньою чутливістю. Сама ідея створення так званих активних антен виникла давно, але технічних методів її реалізації в радіоастрономії не існувало. Нам пощастило втілити її в життя. Під Харковом уже створено й випробувано прототип майбутнього телескопа — антенна решітка з тридцяти подібних простих і дешевих елементів.

Як розрахували фахівці, вартість одного такого активного елемента у сто разів нижча, ніж у радіотелескопа УТР-2. І хоча загалом їх знадобиться близько двадцяти тисяч (тобто вдесятеро більше, ніж для УТР-2), загальна вартість буде набагато меншою, ніж у його попередника. Відпаде потреба і в довгих дорогих кабелях, так званих лініях тимчасової затримки, з допомогою яких підсумовувалися сигнали кожного вібратора. Їх замінять сучасна мікросхемотехніка та суперпотужні комп’ютери. Тридцять років тому ця ідея була просто нездійсненною — не було ані відповідної елементної бази, ні напівпровідникових технологій.

Можливо, ми знайдемо сестру Землі?

Але УТР-2 відставка не загрожує. Як стверджують учені, він зможе вирішувати різноманітні наукові завдання впродовж ще не одного десятка років.

Новий інструмент дозволить виявити особливо тонкі й слабкі ефекти, важливі з погляду розв’язання фундаментальних проблем астрофізики, космології та фізики. Можна буде, приміром, не лише оцінити кутовий розмір квазара, а й побудувати його радіозображення, тобто побачити структуру, викиди матерії, гарячі плями. Побачити, як взаємодіє цей об’єкт з навколишнім міжгалактичним середовищем. Виявити радіовипромінювання не тільки в Юпітера, а й в інших планет, передусім планет-гігантів, Сатурна, Урана, а можливо, і Плутона. Побудувати карту розподілу слабко іонізованої космічної матерії як у нашій, так і в інших галактиках. Це принципово важливі речі для вивчення процесів походження й розвитку нашого Всесвіту, зірок, планетних систем.

У цілому завдяки новому телескопові кількість інформації про різноманітні об’єкти і явища Космосу зросте вдесятеро. Можливо навіть, що саме з допомогою нового радіотелескопа вдасться знайти в глибинах космосу цілі планетні системи поблизу інших зірок... Пошук так званих екзопланет проводять у Радіоастрономічному інституті і зараз. Хто знає, можливо, саме новий, більш зіркий радіотелескоп, який ще й назви не має, допоможе людству знайти планету, схожу на нашу Землю?

Концептуально новий харківський проект є всі підстави назвати міжнародним. У його обговоренні активно беруть участь фахівці різних країн — США, Голландії та Франції, хоча спільного фінансування немає. Така кооперація з західними партнерами, де рівень цифрової технології вищий, ніж в Україні, дуже корисна. Передбачається, що й сам новий інструмент, і конструкторські напрацювання згодом використовуватимуть радіоастрономи різних країн спільно. Імовірно також, що радіотелескопів такого типу на Землі побудують кілька, хоча вони й не будуть копіями чи «клонами» — конфігурація цих інструментів-родичів, методи побудови зображення можуть різнитися.

Фахівцям вельми важливо мати кілька таких телескопів у різних точках земної кулі, у різних астрокліматичних умовах, у різній перешкодообстановці, під час різного стану іоносфери. Такі спільні координовані спостереження значно підвищують надійність експерименту. Адже радіоастрономи мають справу з об’єктами, віддаленими від Землі на величезну відстань. Сигнали, які вони вловлюють із Космосу, надзвичайно слабкі. Уявіть, енергія, вловлена радіотелескопами всього світу за весь час їхнього існування, така мала, що її не вистачить, аби нагріти склянку води!

Інтернет
для радіотелескопів

Існує й інша концепція розвитку — виведення радіотелескопів за межі земної іоносфери. У такий спосіб радіоастрономія отримує можливість послабити вплив іоносфери й земних перешкод. І реалізувати базу інтерферометра з розміром більшим, ніж діаметр Землі.

Відповідно до другої концепції, Японія вивела на навколоземну орбіту перший у світі радіотелескоп — штучний супутник «Халка» з восьмиметровою антеною. З його допомогою можна домогтися високої кутової роздільності, але через малу площу антени великої чутливості не досягти. Тому в парі з ним мають працювати, і вже працюють, наземні інструменти. Зокрема планується співпраця з харків’янами, котрі освоюють велетенську 70-метрову антену в Євпаторії (Національне космічне агентство України). Спільні попередні експерименти виявилися дуже успішними. Наземно-космічна радіоастрономія також обіцяє нові відкриття.

А в ідеалі, як вважають астрономи, одним велетенським радіоінтерферометром може стати вся земна куля. І це цілком реально.

Приміром, пропонується пов’язати в єдину мережу на кшталт Інтернету всі звичайні телевізійні антени й одержати телескоп завбільшки як Земля. Схоже на фантастику, але теоретично й технічно це зовсім не абсурд, запевняють учені, сучасні засоби телекомунікації цілком дозволяють здійснити такий проект, просто всерйоз за це ще ніхто не брався.

— Є й інша, реальніша ідея глобалізації наземної радіоастрономії, — каже Олександр Коноваленко. — Пов’язати в єдину Мережу спеціалізовані радіотелескопи, які вже існують або створюються. Реальність такої Мережі забезпечується наявністю радіотелескопів в усіх без винятку великих розвинених країнах. У Європі це Франція, Голландія, Англія, Німеччина, Іспанія, Італія, Росія, Швеція, Польща. Є вони в Північній і Південній Америці, Азії, Африці, Австралії. З них великих телескопів — не менше десяти, а дрібніших набереться близько сотні. Цього цілком достатньо для створення глобальної Мережі. Чим більше окремих інструментів працюватиме в єдиній системі, тим краще, оскільки чутливість такого суперрадіотелескопа буде пропорційна їхній кількості. Проблема, по суті, лише в тому, щоб оснастити всі локальні телескопи уніфікованою апаратурою — дуже чутливими приймачами сигналів і реєструючими засобами.

Пріоритети
на майбутнє

Попри загальне падіння наукового потенціалу, Україна залишається значним світовим центром астрономічної і, зокрема, радіоастрономічної науки. Лише перелік радіотелескопів різного діапазону хвиль у Харкові, Симеїзі, Євпаторії, Змієві, Полтаві, Львові, Одесі та Сімферополі свідчить: наша країна має солідну базу для вивчення радіоастрономічними методами практично всього Всесвіту. Від навколоземного простору й до таких віддалених об’єктів, як радіогалактики й квазари. За індексом цитування праць українських учених, радіоастрономія впевнено обігнала багато інших галузей вітчизняної науки.

Проте світ не стоїть на місці. Якщо технічний стан цієї галузі не відповідатиме часу, ми не зможемо конкурувати з технологічно більш сучасними західними дослідницькими центрами і просто зійдемо з дистанції. Новий проект дозволяє сподіватися, що цього не станеться.

…Всехвильова астрономія народилася у ХХІ столітті, й саме їй належить нині основна роль у пізнанні Всесвіту. А починалася ця наука з простого спостереження за зоряним небом неозброєним оком — перший оптичний телескоп був створений лише в ХVII столітті. Але й наявні нині телескопи — не межа можливого. У ХХI столітті, на думку фахівців, всехвильову астрономію доповнять нейтринна та гравітаційна. Яким тоді постане квазар, що його оптика бачить як світлу цятку, а радіотелескоп— як структуру з двома розгонистими крилами? Або «чорна діра», яка поки що взагалі залишається невидимкою?..