История

Квазары становятся ближе

Квазары становятся ближе

26.04.2024
 57

Базовая кафедра радиоастрономии в Институте прикладной астрономии (ИПА) Российской академии наук недавно отметила своё двадцатилетие. За эти годы обучение здесь прошли десятки студентов, многие из которых после окончания ЛЭТИ стали сотрудниками одного их крупнейших астрономических институтов мира. Результаты исследований, проводимых в ИПА, находят самое широкое практическое применение – от определения координат космических аппаратов до построения маршрутов в наших мобильных телефонах.

ТРИ В ОДНОМ

Сегодня у нас обучаются семеро студентов ЛЭТИ. Как и в прошлые годы, помимо получения специальных теоретических знаний они привлекаются к работам, ведущимся учёными ИПА. Это научные исследования в области радиотехники и радиофизики и инженерные разработки оборудования, используемого в радиоастрономии и космических исследованиях. По их результатам студенты готовят выпускные квалификационные работы, которые в основном посвящены вопросам обработки данных и разработке специальной аппаратуры. Сегодня усилия кафедры и связанных с ней подразделений ИПА направлены на дальнейшее совершенствование радиометрической и радиоинтерферометрической аппаратуры, – рассказывает заведующий базовой кафедры, научный руководитель института, профессор, д.т.н. Александр Васильевич ИПАТОВ.

Теперь – самое время рассказать о радиоинтерферометрии. Для приёма и исследования излучения космических объектов служат радиотелескопы. Их «зоркость», т.е. угловое разрешение, можно многократно усилить, используя радиоинтерферометрию – одновременный приём радиосигналов из космоса сразу на несколько максимально удалённых друг от друга радиотелескопов. Кстати, этот метод впервые предложили отечественные учёные ещё в 1965 году. Сегодня ИПА РАН принадлежат работающие в тесной связке три обсерватории: «Светлое», что в Приозерском районе Ленинградской области, «Зеленчукская» – в Карачаево-Черкесии, «Бадары» – в Иркутской области. Каждая оснащена двумя радиотелескопами с диаметром зеркал 32 и 13 метров. Образуя гигантский треугольник со сторонами (базами) в 2015, 4282 и 4405 км, они функционируют, подобно огромному радиотелескопу с диаметром эффективного зеркала более 4000 км.




С ТОЧНОСТЬЮ ДО МИЛЛИМЕТРА

Работой этих телескопов, объединённых высокоскоростными волоконно-оптическими линиями связи, управляет очень мощный суперкомпьютер («коррелятор»), что вместе с другими уникальными приборами образует единственный в своём роде научный комплекс – радиоинтерферометр «Квазар-КВО», являющийся основой координатно-временного обеспечения и фундаментальной поддержки навигационной системы ГЛОНАСС. Чтобы построить систему координат, надо иметь какую-то реперную (базовую) точку.

В качестве такой точки «Квазар-КВО» использует квазары, находящиеся от Земли на расстоянии десятков миллионов световых лет. По этой причине они считаются неподвижными, и относительно них можно очень точно определять земные координаты. В нужный момент все три радиотелескопа синхронно наводятся на конкретный квазар, а полученное от него радиоизлучение для каждой пары радиотелескопов обрабатывается: сигналы коррелируются – накладываются друг на друга с учётом смещений, вызванных вращением Земли. Вычисляются задержки – разность времени прихода одного и того же сигнала на каждый из радиотелескопов.

Единицы и десятки пикосекунд (одна пикосекунда составляет одну триллионную секунды) – такова сегодня точность измерения задержки. По полученным задержкам вычисляются координаты квазара, координаты радиотелескопов и параметры вращения Земли. Эти данные необходимы для функционирования спутниковых навигационных систем, в том числе ГЛОНАСС. Так что каждый, кто пользуется навигатором или функционалом определения местоположения в своём мобильном телефоне, должен благодарить за это «Квазар-КВО», а также учёных ИПА.


5 января 2015 года астероид диаметром около 2,6 км, вращающийся между орбитами Марса и Юпитера, получил имя «Александрипатов». Так были отмечены заслуги выдающегося учёного в области радиофизики и радиоастрономии, одного из создателей радиоинтерферометрической сети «Квазар-КВО» и автора более 300 научных публикаций А.В. Ипатова.


ХОББИ СТАЛО РАБОТОЙ

Один из учёных ИПА, передающий свой опыт нашим студентам, – заведующий лабораторией корреляционной обработки, к.ф-м.н. Игорь Феликсович СУРКИС. Он – тоже лэтишник: окончил ФАВТ в 1993 году, с 1995-го работает в институте, участвовал в создании первых систем анализа данных, необходимых ИПА для сбора, обработки и анализа их больших объёмов. Спецификой работы радиотелескопов является огромный объём поступающей первичной информации. Отсеять всё лишнее, оставив только необходимую информацию, призваны корреляторы. С участием Суркиса сотрудниками лаборатории в конце 2000-х был разработан и изготовлен первый в России современный коррелятор «АРК».

Это был грандиозный скачок вперёд. Новый коррелятор позволил в 8 раз повысить точность обработки данных. Это положительно сказалось на точности измерений ряда позиций, что в целом обеспечило ИПА лидирующие позиции в мире. Работа по повышению точности его работы ведётся в лаборатории постоянно, – рассказывает Игорь Феликсович. 

И хотя Суркис пришёл в ИПА не сразу, и отчасти случайно, всё-таки закономерность в этом есть. В детстве и юности он интересовался всем, что было связано с космосом. С удовольствием читал книги и смотрел фильмы, посвящённые исследованиям Вселенной. Не только фантастические, но и вполне научно-популярные, следил за космическими полётами, новыми открытиями. Этот живой интерес он сохраняет и сегодня. Так для него хобби стало работой.




«ПРИЧАСТЕН К ОЧЕНЬ ВАЖНОМУ ДЕЛУ…»

Для пятикурсника ФРТ Максима МАСЛОВА хобби работой пока ещё только становится. Ещё в школе он увлёкся астрономией, читал книги «про космос», с помощью любительского телескопа наблюдал за планетами и созвездиями, изучал таблицы звёздного неба. Со временем серьёзно увлёкся астрофотографией. Так что его выбор для обучения и практики базовой кафедры радиоастрономии был вполне закономерен. Как и то, что ИПА станет для Максима местом работы после окончания ЛЭТИ. Собственно говоря, уже стал – он оформлен на 0,6 ставки техника Лаборатории радиоастрономических приёмных устройств.

Максим понял, что обязательно будет работать здесь, когда впервые на экскурсии увидел антенну 32-метрового радиотелескопа в «Светлом». Вот его впечатления об этом: «Грандиозное сооружение, которое предназначено, как я уже знал, для приёма сигналов из дальнего космоса, внушало уважение и чувство гордости за страну и её учёных. И было приятно ощущать, что и ты скоро будешь причастен к очень важному делу». Спустя непродолжительное время Максим под руководством специалистов ИПА приступил к разработке полосового СВЧфильтра для очистки поступающей информации от ненужных сигналов. Он не только разработал такой фильтр, но и сам установил его на радиотелескопе обсерватории «Светлое».


НАДО МЕЧТАТЬ! ОБ ОЧЕВИДНОМ И НЕВЕРОЯТНОМ

Чем больше база радиоинтерферометра, тем точнее получаемые данные. В ближайшем будущем группу радиотелескопов «Квазар-КВО» пополнит ещё один, размещённый в Уссурийском крае. Рассматривается вопрос о возможности размещения нашего радиотелескопа в одной из латиноамериканских стран. Есть и ещё одна мечта, которая сегодня кажется фантастической, – установить наш радиотелескоп на Луне. Теоретически, да и практически, она вполне осуществима в недалёком будущем, – рассказывает Александр Ипатов.

Александр Ипатов:


  Александр Сажин