Радиотелескоп Грин-Бэнк: крупнейший в мире

Введение

Радиотелескоп в Грин-Банке, штат Западная Вирджиния, США

Радиотелескоп Грин-Банка Роберта С. Бёрда (GBT) в Грин-Банке, штат Западная Вирджиния, США, является крупнейшим в мире полностью управляемым радиотелескопом, превосходящим 100-метровый радиотелескоп Эффелсберга в Германии. До 30 сентября 2016 года площадка Грин-Бэнка была частью Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO). С 1 октября 2016 года телескопом управляет независимая обсерватория Грин-Бэнк. Название телескопа присвоено в честь покойного сенатора Роберта С. Бёрда, представлявшего штат Западная Вирджиния и добившегося выделения финансирования на телескоп через Конгресс. Телескоп Грин-Бэнк работает в диапазоне длин волн от метра до миллиметра. Его 100-метровая собирающая поверхность, незаблокированная апертура и высокая точность поверхности обеспечивают превосходную чувствительность во всем рабочем диапазоне 0,1–116 ГГц. GBT полностью управляемый, и доступно 85 процентов местного небесного полушария. Он используется для астрономических наблюдений около 6500 часов в год, из которых 2000–3000 часов в год посвящены науке о высоких частотах. Важной особенностью GBT является его гибкость и простота использования, позволяющие оперативно реагировать на новые научные идеи. Его расписание составляется динамически с учетом потребностей проектов и погодных условий. GBT также легко переоборудуется новым и экспериментальным оборудованием. Высокая чувствительность при картографировании делает GBT важным дополнением к Atacama Large Millimeter Array, Expanded Very Large Array, Very Long Baseline Array и другим интерферометрам с высоким угловым разрешением. Объекты обсерватории Грин-Бэнк также используются для других научных исследований, для многочисленных образовательных и просветительских программ, а также для обучения студентов и преподавателей. Регулярные научные наблюдения на телескопе начались в 2001 году, что делает его одним из новейших астрономических объектов Национального научного фонда США (NSF). Он был построен после обрушения предыдущего телескопа в Грин-Бэнке – 90,44-метрового параболоида, который начал наблюдения в октябре 1961 года. Предыдущий телескоп рухнул 15 ноября 1988 года из-за разрушения гусетовидной пластины в ферменной конструкции, которая являлась ключевым элементом, обеспечивающим структурную целостность телескопа.

The Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) in Green Bank, West Virginia, US is the world's largest fully steerable radio telescope, surpassing the Effelsberg 100 m Radio Telescope in Germany. The Green Bank site was part of the National Radio Astronomy Observatory (NRAO) until September 30, 2016. Since October 1, 2016, the telescope has been operated by the independent Green Bank Observatory. The telescope's name honors the late Senator Robert C. Byrd who represented West Virginia and who pushed the funding of the telescope through Congress. The Green Bank Telescope operates at meter to millimeter wavelengths. Its 100 meter diameter collecting area, unblocked aperture, and good surface accuracy provide superb sensitivity across the telescope's full 0.1–116 GHz operating range. The GBT is fully steerable, and 85 percent of the local celestial hemisphere is accessible. It is used for astronomy about 6500 hours every year, with 2000–3000 hours per year going to high frequency science. Part of the scientific strength of the GBT is its flexibility and ease of use, allowing for rapid response to new scientific ideas. It is scheduled dynamically to match project needs to the available weather. The GBT is also readily reconfigured with new and experimental hardware. The high sensitivity mapping capability of the GBT makes it a vital complement to the Atacama Large Millimeter Array, the Expanded Very Large Array, the Very Long Baseline Array, and other high angular resolution interferometers. Facilities of the Green Bank Observatory are also used for other scientific research, for many programs in education and public outreach, and for training students and teachers. The telescope began regular science operations in 2001, making it one of the newest astronomical facilities of the US National Science Foundation (NSF). It was constructed following the collapse of a previous telescope at Green Bank, a 90.44 m paraboloid that began observations in October 1961. The previous telescope collapsed on 15 November 1988 due to the failure of a gusset plate in the box girder assembly, which was a key component for the structural integrity of the telescope.

Местоположение

Телескоп расположен вблизи центра Национальной радиотихой зоны Соединенных Штатов – уникальной территории в городе Грин-Банк, штат Западная Вирджиния, где власти ограничивают все радиопередачи, чтобы избежать помех для GBT и станции Sugar Grove. Расположение телескопа в пределах Радиотихой зоны позволяет обнаруживать слабые радиочастотные сигналы, которые в противном случае могли бы быть замаскированы искусственными сигналами. Обсерватория граничит с землями Национального леса, а горы Аллегении обеспечивают защиту от некоторых радиопомех. На этом месте важные радиоастрономические телескопы работают с 1957 года. В настоящее время здесь размещено семь дополнительных телескопов, и, несмотря на относительную удаленность, обсерваторию ежегодно посещают около 40 000 человек.

Описание

Структура весит и имеет высоту 148 метров (485 футов). Площадь поверхности GBT составляет 100 на 110 метров активной поверхности с 2209 приводами (малыми двигателями, используемыми для регулировки положения) для 2004 поверхностных панелей, что обеспечивает общую собирающую площадь. Панели изготовлены из алюминия с точностью поверхности лучше, чем RMS. Приводы регулируют положение панелей для компенсации провисания или изгиба под собственным весом, который изменяется при движении телескопа. Без этой так называемой регулировки "активной поверхности" наблюдения на частотах выше 4 ГГц были бы менее эффективными. Необычно для радиотелескопа, основной отражатель представляет собой сегмент параболоида, смещенный от оси. Эта же конструкция используется в небольших (например, 45-100 см) домашних спутниковых антеннах. Асимметричный отражатель позволяет расположить фокус телескопа и волновод на стороне антенны, так что они и его выдвижная опорная рука не препятствуют входящим радиоволнам, как это происходит в обычных конструкциях радиотелескопов с волноводом, расположенным на оси луча телескопа. На смещенной опорной руке длиной 61 метр (200 футов) размещен приемник главного фокуса на выдвижной балке перед субрефлектором и приемное помещение. Для работы с главным фокусом балка выдвигается, чтобы расположить волновод перед 8-метровым субрефлектором. Для работы с григорианским фокусом первичная фокусная балка убирается. Субрефлектор, установленный на платформе Стюарта с 6 степенями свободы, отражает входящие радиоволны на восемь высокочастотных приемников, расположенных на вращающейся башне над приемным помещением. Компьютеризированная башня может повернуть определенный приемник в рабочее положение за несколько минут. Диапазон рабочих частот составляет от 290 МГц до 115 ГГц. Азимутальная ось также поддерживается цапфовым подшипником в центральной точке азимутального трека. Из-за своей высоты (148 метров или 485 футов, что на 60% выше Статуи Свободы) и массы (16 миллионов фунтов) местные жители иногда называют GBT "Великой Большой Штукой". Среди возможностей телескопа – система ngRADAR, использующая антенну в качестве передающей радиолокационной антенны для наблюдения за объектами Солнечной системы, такими как астероиды.

The structure weighs and is 485 feet (148 m) tall. The surface area of the GBT is a 100 by 110 meter active surface with 2,209 actuators (small motors used to adjust the position) for the 2,004 surface panels, making the total collecting area of The panels are made from aluminum manufactured to a surface accuracy of better than RMS. The actuators adjust the panel positions to compensate for sagging, or bending under its own weight, which changes as the telescope moves. Without this so called "active surface" adjustment, observations at frequencies above 4 GHz would not be as efficient. Unusual for a radio telescope, the primary reflector is an off axis segment of a paraboloid. This is the same design used in smaller (eg., 45 100cm) home satellite television dishes. The asymmetric reflector allows the telescope's focal point and feed horn to be located at the side of the dish, so that it and its retractable support boom do not obstruct the incoming radio waves, as occurs in conventional radio telescope designs with the feed located on the telescope's beam axis. The 200 feet (61 m) offset support arm houses a prime focus receiver on a retractable boom in front of a subreflector, and a receiver room. For prime focus operation, the boom is extended to position the feed horn in front of the 8 m subreflector. For Gregorian focus operation, the prime focus boom is retracted. The subreflector, positioned by a Stewart platform with 6 degrees of freedom, reflects incoming radio waves toward eight higher frequency feeds on a rotating turret located on top of the receiver room. The computerized controlled turret can rotate a particular receiver into the position within a few minutes. Operational frequencies range from 290 MHz to 115 GHz. Azimuth axis is also supported by a pintle bearing at the center point of the azimuth track. Because of its height (at 148 meters or 485 feet tall, it is 60% taller than the Statue of Liberty) and bulk (16 million pounds), locals sometimes refer to the GBT as the “Great Big Thing”. The telescope's capabilities include the ngRADAR system which use the dish as a radar transmitting antenna to observe solar system objects such as asteroids.

Открытия

В 2002 году астрономы обнаружили три новых миллисекундных пульсара в шаровом скоплении Messier 62. В 2006 году было объявлено о нескольких открытиях, включая большое спиральное магнитное поле в молекулярном облаке Ориона и огромный газовый пузырь водорода на расстоянии 23 000 световых лет, получивший название пузырь Офиуха. В 2019 году была обнаружена самая массивная нейтронная звезда PSR J0740+6620 на сегодняшний день. С 2004 года с помощью радиотелескопа Грин-Бэнк в межзвездной среде было обнаружено 28 новых сложных молекул.

Финансирование под угрозой

В ответ на ограниченные бюджетные проблемы, Отдел астрономических наук (AST) Национального научного фонда (NSF) инициировал работу комитета по пересмотру портфеля проектов, который выполнял свою работу с сентября 2011 года по август 2012 года. Комитет, рассмотревший все объекты и программы, финансируемые AST, состоял из 17 независимых ученых и возглавлялся Даниэлем Эйзенштейном из Гарвардского университета. В рамках рекомендаций комитета, представленных в августе 2012 года, включавших закрытие шести объектов, было рекомендовано прекратить финансирование радиотелескопа Роберта К. Берда Грин-Бэнк (GBT) в течение пяти лет. В июле 2014 года Комитет по ассигнованиям Сената США одобрил бюджет NSF на 2014 финансовый год, который не предусматривал продажу или отчуждение GBT в этом году. После этого обсерватория начала поиск партнеров для финансирования своих ежегодных эксплуатационных расходов в размере 10 миллионов долларов. 1 октября 2016 года Национальная радиоастрономическая обсерватория в Грин-Банке отделилась от NSF и начала привлекать финансирование из частных источников для продолжения работы в качестве независимого учреждения – обсерватории Грин-Банка.

Отношение к прорыву Слушать

Телескоп — ключевой инструмент проекта Breakthrough Listen, в рамках которого он используется для поиска радиосигналов, потенциально испускаемых внеземными цивилизациями. В конце 2017 года телескоп был использован для сканирования ʻOumuamua в поисках признаков внеземного разума.