Завтра, 19.04.2021 в 13:00 мск: Онлайн-видеоконференция экипажа МКС-64

Новости

25.12.2010 00:00

Звездная SKA-революция

Радиотелескоп Square Kilometre Array - самый амбициозный проект астрономов XXI века. В чем уникальность этого изобретения? Какова роль России в создании SKA?
Гость программы "Космическая среда" - Юрий Юрьевич Ковалев, представитель России в Square Kilometre Array, старший научный сотрудник астрокосмического центра Физического института имени Лебедева РАН, кандидат физико-математических наук.


"Звездный" мегапроект XXI века
В октябре в астрокосмическом центре Физического института имени Лебедева побывала делегация правительства Австралии, которая прибыла для переговоров об участии России в строительстве беспрецедентно гигантского международного радиотелескопа SKA (Square Kilometre Array, "квадратный километр собирающей поверхности"). Россия - пока единственная страна в мире, которая при ее научных традициях и репутации в области радиоастрономии, не является полным участником этого проекта.
SKA – крупнейшая международная программа по созданию радиотелескопа XXI века. По чувствительности он превзойдет все существующие сегодня инструменты как минимум в десятки раз. Еще более впечатляющего прорыва ждут от информативности радиотелескопа – новейшие системы обеспечат одновременный прием радиоизлучения из нескольких сотен направлений и в широком диапазоне частот.
Радиотелескоп SKA – это интерферометр, состоящий из тысяч маленьких телескопов и детекторов, которые расположены друг от друга на расстояниях от десятков метров до трех тысяч и более километров. Принимаемые сигналы будут складываться и совместно обрабатываться гигантским суперкомпьютером.
Телескоп планируется разместить в южном полушарии, точнее место строительства определится в 2012 году. Пока рассматриваются Австралия, Новая Зеландия, ЮАР или другие страны Африки. Работы по сборке телескопа начнутся в 2016 году. Плановая стоимость проекта – полтора миллиарда евро, которые предстоит разложить на всех полноправных участников проекта.
В числе полноправных участников - практически все мировое сообщество радиоастрономов из США, объединенной Европы, Австралии, Индии, Канады, Китая, Новой Зеландии, ЮАР, Японии и других. Место России в нем пока очень скромное и ограничивается статусом наблюдателя. В научном смысле проект SKA – безусловное будущее мировой радиоастрономии. Вопрос в том, будет ли он осуществлен с Россией или без нее?
Интервью
Кулаковская: Здравствуйте, уважаемые радиослушатели! У нас в гостях Юрий Ковалев, представитель России в SKA, старший научный сотрудник астрокосмического центра Физического института имени Лебедева РАН, кандидат физико-математических наук. Юрий, здравствуйте!
Ковалев: Здравствуйте!
Кулаковская: Скажите, пожалуйста, что вам дала встреча с представителями правительства Австралии, с представителями SKA? На какой стадии сейчас находится проект? Ваше участие в нем?
Ковалев: Встреча была очень важна по нескольким причинам. Во-первых, проект SKA очень активно развивается. Рассказ о том, что происходит в Австралии, был очень полезен для нас, для понимания того, насколько высоко приоритетным проектом это является для наших зарубежных коллег и далеко не только для Австралии. Например, в Европе SKA был представлен сообществу как один из двух наиболее приоритетных проектов во всей астрономии. Другим был проект громадного оптического телескопа диаметром 40 метров, который собирается строить Европейская южная обсерватория (European Southern Observatory). С другой стороны, визит наших коллег из Австралии был очень полезен для того, чтобы продемонстрировать нашим представителям агентств и ведомств, включая Министерство образования и науки, насколько серьезно этот проект рассматривается в мире.
На текущий день участие России в этом проекте достаточно скромное. Мы являемся наблюдателями в консорциуме SKA, получаем полную информацию о том, что там происходит, но участвуем скромно. В течение последних нескольких лет Пущинская радиоастрономическая обсерватория (это часть Физического института имени Лебедева РАН, находится в Подмосковье) участвовала в этом проекте, рассматривая научные вопросы, то есть каковы приоритетные программы, которые можно было бы решать вместе с SKA, а также участвуя в некоторых технических разработках. Но это происходило на не достаточно активном уровне, главным образом потому, что внутри нашей страны финансирования нашего участия просто нет.
Кулаковская: Пока нет? Или его не будет?
Ковалев: Пока нет. Как раз одна из задач, которую мы сегодня ставим перед собой, – постараться найти финансирование для участия России в этом проекте. Это очень дорогой проект и стоит порядка полутора-двух миллиардов евро. Многие люди думают, что для того, чтобы Россия участвовала, нам придется платить несколько сот миллионов, а это совершенно безумные и нереальные деньги.
На самом деле ситуация такова, что вначале Россия должна изъявить интерес участвовать в нем, а потом начать обсуждение, на каком уровне (в смысле вложения денег) мы хотим, можем и будем в нем участвовать. Также надо понимать, что это вложение денег не в Австралию или Африку, где будет построен этот телескоп. Это вложение денег в себя.
Кулаковская: В нашу науку?
Ковалев: И не только. Это также вложение денег и в нашу технику, в наши компании. Это участие не предполагает, что мы возьмем какое-то большое количество миллионов долларов или евро и передадим нашим зарубежным коллегам. Ничего подобного. Входя в этот проект, как полноправные участники мы можем диктовать свои условия, точнее, обсуждать с нашими коллегами наши интересы и желания, приходя к обоюдному согласию, каким образом мы хотели бы, чтобы наши деньги были потрачены. Обычно страны тратят их следующий образом: они вкладывают их в свои компании, находящиеся в своей стране, в свои высокотехнологические разработки, а потом, производя те или иные компоненты телескопа, посылают их туда, где телескоп будет реально стоять.
Кулаковская: Какие наши компании и институты, помимо Физического института имени Лебедева, могли бы принять участие в этом проекте?
Ковалев: Физический институт имени Лебедева в первую очередь занимается фундаментальными научными исследованиями. А я говорю о том, что основной объем финансирования, который мы могли бы решить потратить на SKA, пошел бы на наши компании, производящие компоненты телескопов: радиотарелки, высокочувствительные детекторы, фазированные решетки.
Кулаковская: У нас есть такие компании? Их не надо будет заново создавать?
Ковалев: Да, есть. Более того, мне сильно запомнилась фраза, которую несколько лет назад сказали мои коллеги: "На сегодняшний день Российская Федерация является единственной страной в мире, которая, с одной стороны, все еще имеет достаточно сильные позиции в области радиоастрономии, а с другой стороны, не является полноправным членом коллаборации, которая планирует, а потом собирается строить SKА".
У нас есть научный, инженерный и технологический опыт. Однако SKA будет из себя представлять новые технологии, потому что любой новый телескоп (далеко не только радиотелескоп), который собирается строить мировое сообщество, должен превосходить все предыдущие аналоги как минимум на порядок - в десять и более раз. Иначе нет смысла вкладывать большие деньги в его строительство.
Естественно, будут нужны новые технологии, и это - возможность в них вложиться. Это не только строительство телескопов. Это также линии широкополосной оптической связи, потому что громадный объем информации придется передавать на центральный компьютер. Это также вопросы строительства этого самого громадного компьютера, вопросы разработки программного обеспечения, которые будут в режиме реального времени обрабатывать многопоточную информацию. Это также вопрос защиты от помех, который очень интересен по большому количеству причин. В радиодиапазоне очень много помех, и нам придется с ними бороться в режиме реального времени. Все это потенциально очень интересно. Участие в этом проекте нам позволит как разрабатывать эти технологии, так и получить доступ к технологиям, которые будут разрабатывать другие страны.
Кулаковская: Давайте расскажем слушателям более подробно об этом проекте. "Километр собирающей поверхности" звучит очень внушительно. Как будет выглядеть и работать телескоп XXI века?
Ковалев: Это не один громадный телескоп размером квадратный километр. Давайте не будем нервничать, предполагая, что астрономы собираются копать громадную яму где-то в Австралии или Южной Африке. Мы планируем построить громадное количество, десятки тысяч, небольших телескопов и объединить их вместе. Это то, что называется длинным словом "интерферометр". Данные, которые будет собирать каждый маленький телескопчик, каждый детектор, будут посылаться по линиям широкополосной связи на центральный компьютер, на центральный процессор, который потом их вместе будет обрабатывать.
В результате каждый компонент этого телескопа будет очень дешев. Он обязан стоить дешево, в противном случае мы просто не потянем его строительство. То есть, это будут достаточно стандартные технологии - не в том смысле, что технологии, доступные сегодня. Определенные технологические задачи предстоит только решить. Но в плане воплощения и производства: их будет производиться в количестве десятков тысяч детекторов, телескопов, малошумящих усилителей.
Кулаковская: Где будут расположены эти десятки тысяч? Они будут собраны на одном континенте или на всех? Как это будет выглядеть визуально?
Ковалев: Несколько лет назад был объявлен конкурс. Разные страны или сообщества стран подавали заявки, выражая свое желание, чтобы у них был построен телескоп громадного размера. Из пяти или шести заявок были отобраны две. Одна из них - консорциума Австралии и Новой Зеландии. Если они выиграют конкурс (результаты будут известны в конце 2011 или в 2012 году), телескоп будет построен в основном в Австралии и несколько центров концентрации этих детекторов будут построены в Новой Зеландии. В случае, если выиграет вторая заявка, то есть заявка Южной Африки, тогда основное количество детекторов будет поставлено в Южной Африке, а также в некоторых других странах Африканского континента.
Кулаковская: Имеет какое-то принципиальное значение, где будут установлены телескопы? Может быть, для этого нужны какие-то климатические условия?
Ковалев: Да. На самом деле существует целый набор параметров, по которым будет принято окончательное решение. Например, момент, который будет понятен, я думаю, всем радиослушателям. Это ситуация с помехами. В принципе невозможно построить современный радиотелескоп рядом с местом, где живет много людей, потому что люди производят громадное количество помех: СВЧ-печи, сотовые телефоны. Даже рядом с фермами их не очень хорошо ставить, потому что, если вы свою ферму окружите электрическим забором, электрическая решетка дает достаточно сильные помехи. Таким образом, один из основных параметров состоит в том, что телескоп нужно ставить далеко от людей.
Кулаковская: Это Россия, например?
Ковалев: Совершенно справедливо. Некоторые мои коллеги давно уже толкают меня локтем в ребра и говорят: "А что эти буржуи собираются строить телескопы? Давайте поставим в России, все-таки самая большая страна в мире". Это была бы хорошая идея, если бы у нас было большое количество денег.
Кулаковская: И дорог?
Кавалев: Да, дороги. Наверное, не нужно касаться всуе этой больной проблемы. Я думаю, у нас некоторые сложности с климатическими условиями. Боюсь, большинство телескопов не выдержит наших морозов, если мы их действительно поставим далеко от людей. Как вы обратили внимание, обе страны, оба континента, где собираются строить этот телескоп, имеют достаточно дружеские в смысле холода условия. И снег, я думаю, не ожидается ни в том, ни в другом месте. Итак, помехи – это одна причина.
Вторая причина – действительно легкая доступность и возможности проложить там линии связи, построить достаточно близко центр, который будет заниматься обработкой информации. Поэтому важна погода. Характеристики ионосферы и атмосферы тоже важны, потому что в некоторых зонах на Земле длинноволновое радиоизлучение с большим трудом пробирается на Землю. Это еще одна причина. Естественно, страна должна иметь желание и возможность это сделать. Южная Африка и Австралия выразили это желание.
Кулаковская: На каком расстоянии будет расположен один телескоп от другого?
Ковалев: Хороший вопрос. Планируется, что большинство детекторов будет расположено достаточно близко друг к другу, в пределах нескольких десятков километров (это ядро SKA), для того, чтобы получить большую собирающую поверхность. При этом около 20 процентов всех детекторов будут расположены вне ядра, то есть на расстоянии более 50 километров от него.
Зачем это делается? Дело в том, что разрешающая сила телескопа зависит от разрешающей силы интерферометра, от расстояния между телескопами. Я думаю, это очень легко себе представить следующим образом. Чем больше расстояние между телескопами в интерферометре, тем более компактные объекты, более мелкие структуры в объектах на небе мы можем изучать.
При строительстве очень высокочувствительного интерферометра это является, наверное, одним из самых важных факторов. Почему? Представьте, что мы смотрим на толпу людей, и люди расположены очень близко друг к другу. Высокочувствительный телескоп, громадный телескоп, глядя на небо, будет видеть толпу объектов на небе и не сможет отделить один объект от другого, если его разрешающая сила будет маленькой. И только благодаря тому, что телескопы будут расположены далеко друг от друга, мы сможем увидеть два объекта там, где их действительно два, а не один, который кажется нам просто суммой обоих.
Кулаковская: Но это займет огромную площадь. Под это страна, та же самая Австралия, должна отдать огромную территорию. И это все надо охранять.
Ковалев: Совершенно справедливо. Но на самом деле, насколько я знаю, эта территория достаточно реальна.
Кулаковская: Сколько километров?
Ковалев: Боюсь обмануть. Не помню, сколько квадратных километров. Важно то, что ни Австралия, ни Южная Африка сегодня эти площади не используют. Они стоят и пропадают, можно сказать, зря, потому что, как я сказал, никаких людей там, кроме, наверное, живности, нет. Если это Австралия или Африка, мы говорим о пустынях. В пустынях ничего нет.
Кулаковская: Это гениально.
Ковалев: Конечно. То они пропадали без дела, а теперь мы сможем там заниматься фундаментальными научными исследованиями, с одной стороны, используя эти пустыни для науки, с другой - принеся дополнительную активность в те области, которые для Австралии и Южной Африки потенциально проблематичны. Люди не могут найти там работу, в общем, им достаточно нечего делать.
Кулаковская: Что будут изучать с помощью этого телескопа?
Ковалев: Существует громадное количество научных задач. Очевидно, что временных рамок программы не хватит для того, чтобы обсудить их все. Поэтому остановлюсь на нескольких. Одна задача заключается в исследовании распределения водорода в далеких галактиках, благодаря чему мы сможем изучать темную материю. То есть, во Вселенной есть такая материя, которую мы не видим, и о которой очень мало знаем. Мы можем ее изучать, только наблюдая другую материю, которую видим. И изучая водород, который находится в далеких галактиках на расстоянии миллиардов световых лет, мы сможем исследовать и изучать темную материю во Вселенной.
Кроме этого, исследуя такие объекты, которые называются пульсарами (это компактные, очень быстро вращающиеся звезды), мы можем даже проверять общую теорию относительности, которую предложил Эйнштейн около ста лет назад. Кроме этого, используя те же самые пульсары, мы можем пытаться детектировать гравитационные волны. Возможно, радиослушатели слышали, что громадное количество денег сегодня вкладывается в строительство гравитационных интерферометров. Мы надеемся впервые продетектировать гравитационные волны с помощью специальных устройств. В дополнение к этим устройствам, может быть, даже раньше, чем они это смогут сделать, мы, изучая пульсары, сможем продетектировать гравитационные волны.
Кроме этого, существует такая наука - космология. Она изучает нашу Вселенную: как родилась Вселенная (теорию Большого взрыва), как она сейчас развивается. Новые уникальные данные, которые телескоп размером с квадратный километр сможет получить, дадут очень важный толчок этой науке и нам позволят намного лучше понять нашу Вселенную.
Кулаковская: И то, куда мы движемся.
Ковалев: Совершенно справедливо. Еще крайне важная научная задача, которой будет заниматься SKA, и о которой астрономы, в отличие от общественности, не забывают, - это, естественно, поиск жизни.
Кулаковская: А почему это - в отличие от общественности?
Ковалев: У меня складывается такое ощущение, что общественность считает, что ученые игнорируют эту задачу. Нет?
Кулаковская: У меня такого ощущения нет. Не игнорирует. Может быть, скептически относится к этому.
Ковалев: Да, наверное. Тогда это моя ошибка. Это правда. Например, лично я отношусь к этому достаточно скептически. Однако это не означает, что подобные задачи игнорируются, или считается, что они не высоко приоритетные и не ведутся. Одной из ключевых научных задач для проекта SKA будет поиск планет, пригодных для жизни.
Кулаковская: Поиск внеземных цивилизаций?
Ковалев: Поиск внеземных цивилизаций – это слишком экстремально звучащая цель. Хотя, конечно же, SKA может этим заниматься. Мы предполагаем, что сигналы из космоса от разумных существ могут приходить к нам именно в радиодиапазоне. Однако серьезная научная задача, которая реально выполнима, и у которой будут несомненно положительные результаты, – это поиск планет или планетных систем, пригодных для жизни. Это еще одна крайне интересная задача, которой SKA обязательно будет заниматься. Сегодня очень многие проекты и многие телескопы в мире этим занимаются.
Кулаковская: Поскольку у нас осталось немного времени, давайте просто расскажем, как это будет выглядеть. Это же будет не один телескоп, не одного вида, их будет несколько?
Ковалев: Да. Будет использовано несколько детекторов для того, чтобы позволить астрономам изучать радиоспектр, начиная от очень длинных волн или от низких частот - от 70 мегагерц - и вплоть до 10 гигагерц. Один детектор одного типа такое сделать не может. Кстати, эти частоты - 70 мегагерц и выше - должны быть знакомы вам, потому что "Голос России", как и все остальные радиостанции, звучит примерно там. Мы надеемся, что мы никакого радио, к сожалению, включая "Голос России", там слышать не будем. Или нам придется от него каким-то образом защищаться.
Кстати, радиослушатели должны понимать, что никакие астрономы сидеть на телескопе не собираются. Они собираются сидеть в том самом месте, где принимают "Голос России", а на телескопе будут работать в основном инженеры. И все будут наблюдать в удаленном режиме. То есть, мы пишем заявки, ставим наблюдения, какие-то научные программы. Наблюдение проходит без участия астрономов. Это современный принцип наблюдений. Наверное, современные ученые стали более избалованными и от благ цивилизации не хотят отрываться.
Кулаковская: Чтобы смотреть в подзорную трубу?
Ковалев: Да. Даже если мы хотим, это оказывается неэффективно. Вернемся к типам детекторов. Один – это традиционные антенны. Они будут выглядеть как антенны спутниковой связи, однако диаметром будут не полметра или один метр (как висят на домах), а около 10-12 метров. Почему так? По цене это получается наиболее эффективный вариант, и их чувствительность получится достаточно высокой.
Другой тип детекторов – это фазированные решетки. Эти детекторы будут работать на длинных волнах. Они выгодны потому, что их не приходится наводить на ту или иную область на небе механически - это можно делать электронно. Они будут выглядеть как набор металлических конструкций, палок или полос металла, зафиксированных определенным образом на Земле. Выгода заключается в том, что можно очень быстро навести на любую точку неба. Это также касается любого типа детекторов - можно разные маленькие телескопчики навести на разные участки неба. Благодаря этому можно фактически непрерывно сканировать все небо, доступное телескопу, находящемуся в этой области Земли.
Кулаковская: Каковы результаты вашей встречи с представителями SKA? Наше правительство или какие-то институты РАН заинтересовались этим проектом?
Ковалев: РАН очень хорошо знает про этот проект, и она достаточно сильно заинтересована. Недавно прошла большая Всероссийская астрономическая конференция в Специальной астрофизической обсерватории на Северном Кавказе, где, в частности, обсуждался проект SKA, проект телескопа размером с квадратный километр. И он получил полную поддержку.
Естественно, основной вопрос – где найти финансирование. Австралийская делегация во время их визита в Москву встречалась как с Российской академией наук и получила там полную поддержку, так и с представителями Министерства образования и науки. Насколько я знаю, министерство было очень заинтересовано. В настоящий момент этот проект серьезно рассматривают внутри министерства. Однако никаких официальных новостей я пока не имею, поэтому и комментировать эту тему не могу.
Мы надеемся на то, что представители министерств и ведомств Российской Федерации более активно начнут участвовать в обсуждении формирования консорциума SKA. Официальное формирование этого консорциума будет происходит уже в следующем году, фактически через несколько месяцев начнутся эти обсуждения. Сейчас у России есть уникальная возможность, как, впрочем, у любой другой страны. Именно сейчас Россия может сказать: "Да, мы хотим и готовы участвовать в этом проекте", и начать обсуждать уровень этого участия как с научной, так и с финансовой точки зрения.
Кулаковская: Мы желаем вам успеха в продвижении этого очень интересного проекта.
Ковалев: Благодарю вас. Спасибо.
Кулаковская: Я напомню, что у нас в студии был Юрий Ковалев - представитель России в SKA, старший научный сотрудник Астрокосмического центра Физического института имени Лебедева РАН, кандидат физико-математических наук.

 

 

http://rus.ruvr.ru

Сообщить об ошибке в тексте

Фрагмент текста с ошибкой:

Правильный вариант:

При обнаружении ошибки в тексте Вы можете оповестить нас о ней. Для этого нужно выделить мышкой часть текста с ошибкой и нажать комбинацию клавиш "Ctrl+Enter".