Улучшено обнаружение радиоволн из космоса

«Поскольку радиотелескопы расположены далеко друг от друга в разных точках мира, они обнаруживают радиоволны в разное время», — объясняет доктор Микко Котиранта, исследователь из Fraunhofer IAF. Определение точных расстояний между телескопами становится вопросом точности, с которой эти промежутки времени могут быть измерены — процесс, в котором на счету каждая пикосекунда или триллионная доля секунды. Объединение нескольких из этих измерений позволяет ученым с максимальной точностью определять такие переменные, как продолжительность дня и движение тектонических плит, полюсов и оси Земли. «Эта информация полезна для ряда приложений, например, для более точного определения орбит спутников», — говорит Котиранта.Рассматриваемые радиоволны исходят от квазаров, которые представляют собой сверхмассивные черные дыры в центре галактик в миллиардах световых лет от Земли.

Как и любой другой небесный объект, квазары постоянно перемещаются в космосе, но они так далеко от Земли, что с нашей точки зрения кажутся неподвижными. Мы также рассматриваем их как точечные объекты, что делает их идеальными фиксированными точками отсчета для измерения Земли. Однако к тому времени, когда радиоволны улавливаются радиотелескопами, сигнал становится очень слабым.

Это из-за огромного расстояния, которое им пришлось преодолеть в космосе. Еще одним препятствием для получения четкого обнаружения сигнала является мешающий электромагнитный шум, создаваемый всеми телами при температурах выше абсолютного нуля — 0 Кельвина или минус 273 градусов Цельсия. С электромагнитной точки зрения абсолютный ноль — это температура, необходимая для полной тишины. «По общему правилу, чем холоднее, тем меньше шума», — говорит Котиранта.

Малошумящий усилитель, работающий на морозеЧтобы решить эту проблему, исследователи взяли предыдущую модель усилителя и поместили ее в морозильную камеру при температуре 22 Кельвина, или минус 251 градус Цельсия. Экстремальные условия, превышающие возможности электронных компонентов. Или, может быть, нет?

Чтобы выяснить это, исследователи из Fraunhofer IAF разработали математическую модель, которая описывает, как должны быть спроектированы радиочастотные цепи, если они должны работать при чрезвычайно низких температурах. Совместно со своими партнерами по проекту исследователи разработали микроволновый усилитель в чистом помещении и в лаборатории, который затем был протестирован при различных температурах. Они использовали результаты для уточнения модели, чтобы ее прогнозы более точно соответствовали зарегистрированным данным.

Эта обновленная модель послужила основой для нового прототипа усилителя, который исследователи продолжали дорабатывать, пока им, наконец, не удалось разработать малошумящий усилитель, который отвечал всем необходимым требованиям: усилитель, который отлично работает даже при чрезвычайно низких температурах и мешающих электромагнитных помехах. шум которого был сведен к минимуму.Эта технология в настоящее время используется в недавно построенном радиотелескопе, принадлежащем Национальному географическому институту в Йебесе в Испании. «Первоначальные испытания уже проводятся», — говорит Котиранта.

Партнеры проекта планируют начать использовать радиотелескоп в геодезических целях с сентября, например, для измерения движения тектонических плит. В настоящее время строятся еще три больших радиотелескопа — каждый диаметром более 13 метров. Эти телескопы будут построены на Азорских и Канарских островах и должны быть введены в эксплуатацию к концу 2015 и 2016 годов соответственно. Четыре новых телескопа станут частью всемирной сети радиотелескопов, известной как VGOS (Глобальная система наблюдений с интерферометрией с очень длинной базой 2010). «Большинство телескопов датируется 1970-ми и 1980-ми годами, и их технологии уже не являются современными.

Новое поколение телескопов будет предлагать значительно более высокие характеристики и предоставлять нам более точную информацию о нашей планете, чем когда-либо прежде», — говорит он. Котиранта.


Новости со всего мира