Мопра (радиотелескоп)

Радиотелескоп «Мопра» был открыт в 1988 году как часть Австралийского национального комплекса телескопов (ATNF)^[4] и начал работу в конце 1990 года^[9]. Телескоп успешно использовался в течение нескольких десятилетий для астроспектроскопических исследований в миллиметровом диапазоне длин волн и продолжает использоваться как элемент австралийской сети Long Baseline Array, предназначенной для радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами^[10].

До 2006 года телескоп управлялся приезжающими пользователями непосредственно на самой площадке. С 2007 года используется дистанционно из центра управления Австралийской компактной антенной решётки (ATCA) в обсерватории имени Пола Уальда, в 25 км от города Наррабри^[5].

13 января 2013 года сильный лесной пожар уничтожил обширную территорию в окрестностях Кунабарабрана, затронув телескоп «Мопра» и обсерваторию Сайдинг-Спринг. При этом сам телескоп и основная регистрирующая аппаратура не пострадали, однако электроснабжение было прервано, а зданию на площадке был нанесён значительный ущерб. Работа телескопа была возобновлена в мае 2013 года^[1].

27 мая 2014 года газета The Age сообщила, что телескоп будет закрыт CSIRO из-за сокращений, предусмотренных федеральным бюджетом 2014 года^[11]. Это объяснялось перенаправлением денежных средств на финансирование более приоритетных проектов — радиоинтерферометра ASKAP и крупной антенной решётки SKA^[12]. 16 сентября 2015 года группе учёных удалось с помощью краудфандинга собрать 65 000 австралийских долларов, чтобы временно отсрочить закрытие телескопа^[13]. Эту сумму предполагалось использовать для покрытия части расходов на поддержание работы телескопа в течение трёх лет^[12]. По словам организаторов акции, работа телескопа обходится в 150 000 долларов в год^[13].

В 2012 году телескоп перестал рассматриваться как объект ATNF^[4] и впоследствии перешёл под управление консорциума университетов во главе с Аделаидским университетом^[6][7]. До 2015 года в финансировании телескопа принимала участие Национальная астрономическая обсерватория Японии, а до 2018 года — Университет Нового Южного Уэльса^[4]. После этого финансирование стало осуществляться за счёт контрактов с заинтересованными пользователями^[14].

Телескоп «Мопра» расположен на окраине горного хребта Варрамбангл, недалеко от Кунабарабрана (Новый Южный Уэльс), примерно в 450 км к северо-западу от Сиднея^[3]. Точные географические координаты местонахождения инструмента: 31°16′04″ ю. ш., 149°05′59″ в. д. Площадка с радиоантенной находится на высоте 860 м над уровнем моря^[1], что обеспечивает относительно прозрачную для радиоволн атмосферу.

Название радиотелескопа происходит от места его расположения рядом со скалой Мопра — геологическим формированием, возвышающимся над телескопом. Считается, что название скалы Мопра (или Моба́ра) происходит из языка местного народа гамиларой^[10]. Данное место также находится примерно в 4 км к востоку от оптической обсерватории Сайдинг-Спринг в национальном парке Варрамбангл и в 145 км от обсерватории Пола Уайльда близ Наррабри, где расположена Австралийская компактная антенная решётка. Обсерватория Мопра закрыта для публики, все визиты требуют предварительного одобрения^[15].

Телескоп «Мопра» представляет собой одиночную полноподвижную параболическую радиоантенну диаметром 22 м^[1]. Его наведение ограничено минимальной высотой в 12° над горизонтом^[2]. При использовании в качестве одиночной антенны телескоп оснащён специализированным оборудованием, позволяющим проводить наблюдения в широком диапазоне частот на миллиметровых волнах. Часто используется совместно с другими антеннами сети Long Baseline Array (например, антенной решёткой ATCA в Наррабри и 64-метровым телескопом обсерватории Паркса) для формирования радиоинтерферометрической сети со сверхдлинными базами (РСДБ)^[8].

Мопра оснащён приёмниками излучения, перекрывающими широкий спектр радиодиапазона — от сантиметровых до миллиметровых волн. Телескоп способен принимать излучение на длинах волн 20, 13, 6 и 3 см, а также 12 и 3 мм^[2]. Разрешающая способность телескопа (его способность различать близко расположенные объекты) определяется полушириной диаграммы направленности (FWHM): чем меньше эта величина, тем точнее инструмент определяет положение точечного источника и тем более мелкие детали он способен различать. Эта характеристика зависит от длины волны: чем меньше длина волны, тем выше разрешающая способность. В таблице ниже представлены частотные диапазоны телескопа и некоторые их особенности^[2][4].

Приёмная аппаратура способна одновременно регистрировать две ортогональные составляющие поляризации сигнала: в миллиметровых диапазонах (3 и 12 мм) датчики настроены на приём линейной поляризации, а в сантиметровых — круговой^[2].

С октября 2005 года на радиотелескопе «Мопра» работает цифровой спектрометр MOPS^[16]. Он способен регистрировать излучение в полосе частот шириной 8 ГГц, которая разделена на 4 перекрывающихся участка шириной 2,2 ГГц каждый. Сигнал в них разбивается на ещё более узкие частотные каналы. Прибор измеряет интенсивность сигнала в каждом канале, в результате чего определяется распределение интенсивности по частоте, то есть спектр сигнала. MOPS работает в двух режимах — широкополосном и узкополосном (зум-режиме). Широкополосный режим применяется в основном для внегалактических наблюдений. В нём используются все 4 участка, в каждом из которых сигнал делится на 2048 частотных каналов. Это даёт достаточно подробный спектр в широком диапазоне частот. Узкополосный режим применяется преимущественно для наблюдений объектов нашей Галактики. В нём используются 8 частотных полос, каждая из которых имеет ширину 137,5 МГц и 4096 более узких каналов. Эти 8 полос образуют 4 пары, каждая из которых попадает в один из 4 участков шириной по 2,2 ГГц^[2].

Спектральное разрешение (способность различать близкие частоты) инструмента определяется спектрометром MOPS. На частоте 90 ГГц спектральное разрешение по скоростям составляет 3,3 км/с в широкополосном режиме и 0,11 км/с в узкополосном^[17]. Это позволяет, в частности, изучать тонкую структуру движения газа в космических облаках.

В режиме одиночной антенны радиотелескоп «Мопра» успешно используется в течение нескольких десятилетий для спектроскопических наблюдений в миллиметровом диапазоне длин волн (преимущественно для спектроскопии молекулярных линий на длинах волн около 3 мм от эволюционировавших звёзд и областей звездообразования)^{[1][2][3][10]}. Телескоп может работать как в режиме наведения на точечные источники, так и в режиме сканирования «на лету», при котором антенна быстро перемещается по небу, собирая данные, для картографирования протяжённых астрономических объектов^[5][10].

Кроме того, телескоп часто используется совместно с 64-метровым радиотелескопом обсерватории Паркса, радиоинтерферометром ATCA и другими инструментами для проведения наблюдений методом радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) как элемент сети Long Baseline Array^[8].

С момента ввода в эксплуатацию спектрометра MOPS телескоп провёл 4 крупных астрономических обзора для картографирования излучения молекул в радиолиниях: DQS, CMZ, HOPS и MAGMA, в каждом из которых использовались различные комбинации длин волн и настроек полосы пропускания^[18]. Благодаря способности обнаруживать множество спектральных линий в широком диапазоне частот, «Мопра» широко применялся для проведения спектроскопических обзоров областей звездообразования^[17].

Инструмент активно использовался в рамках крупномасштабного обзора MALT90, целью которого было детальное изучение физической и химической эволюции плотных молекулярных облаков, где формируются массивные звёзды. Благодаря широкому частотному диапазону и возможностям быстрого картографирования («на лету»), телескоп смог одновременно фиксировать 16 спектральных линий в области длин волн вблизи 3 мм. С его помощью астрономы успешно картографировали более 2000 объектов Галактики на разных стадиях эволюции, получив ценные данные об их морфологии, химическом составе и движении. Этот масштабный архив не только помог лучше понять структуру Млечного Пути и проверить законы звездообразования, но и стал важнейшей картой для поиска уникальных кандидатов для последующих высокоточных исследований с помощью антенной решётки ALMA^[17].