АссистентНовый вопросИсторияОбласти знаний
Партнёрские проектыМатериалы БРЭСпецпроектыСтать автором
Настроить видСменить языкИнформация
О РУВИКИ
Ответ на вопрос

АСКАП (радиоинтерферометр)

Pause

ASKAP (англ. Australian Square Kilometre Array Pathfinder) — радиоинтерферометр, расположенный на территории Мурчисонской радиоастрономической обсерватории (англ. Murchison Radio-astronomy Observatory) в Западной Австралии. Он состоит из 36 антенн диаметром 12 м, работающих совместно как единый инструмент. Является одним из предшественников международного проекта антенной решётки Square Kilometre Array и предназначен прежде всего для обзоров неба в радидиапазоне с широким полем зрения[1][2].

Благодаря фазированным антенным решёткам (PAF), установленным в фокусе антенн, ASKAP способен одновременно формировать несколько независимых радиолучей диаграммы направленности и получать изображения значительных участков неба. Его поле зрения составляет около 31 квадратного градуса, а рабочий диапазон частот — 700—1800 МГц[1][3].

Общие сведения
Что важно знать
ASKAP
Australian Square Kilometre Array Pathfinder
Тип Радиоинтерферометр
Расположение Микатарра, Западная Австралия
 Австралия
Координаты 26°41′46″ ю. ш. 116°38′13″ в. д.GЯO
Длины волн 16,7—42,8 см (700—1800 МГц)
Дата открытия 2009
Дата начала работы 2019 год
Диаметр 12 м (каждая из 36 антенн)
Угловое разрешение около 10″
Сайт csiro.au/en/about/facili…
Дополнительно
Полоса пропускания 288 МГц; поле зрения около 31 квадратного градуса

История

Радиоинтерферометр ASKAP разрабатывался как технологический предшественник антенной решётки Square Kilometre Array для отработки технологий высокоскоростных обзоров неба в радиодиапазоне с высоким динамическим диапазоном измеряемых яркостей. Его разработка продолжалась более 10 лет и включала проектирование, создание опытных образцов, строительство и ввод в эксплуатацию[1].

В качестве площадки для ASKAP была выбрана Мурчисонская радиоастрономическая обсерватория (англ. Murchison Radio-astronomy Observatory, MRO) в Западной Австралии. В 2009 году Государственное объединение научных и прикладных исследований (CSIRO) приобрело пастбищную территорию Boolardy Station, а также заключило соглашение с правительством Западной Австралии об использовании участка площадью 12 803 га для обсерватории MRO. В 2010—2013 годах на территории Boolardy Station проводились строительные работы и существенная модернизация инфраструктуры, включая переоборудование существующих объектов, создание новых жилых и хозяйственных помещений, систем электроснабжения и водоснабжения[4].

Первым полнофункциональным прототипом системы ASKAP стал Boolardy Engineering Test Array (BETA) — интерферометр из шести 12-метровых антенн, каждая из которых была оснащена приёмными фазированными антенными решётками первого поколения. BETA использовался для разработки и проверки методов формирования лучей и широкопольной калибровки[5].

BETA был оборудован фазированной приёмной решёткой (PAF — англ. Phased Array Feed) первого поколения, позволявшими формировать не менее девяти двухполяризационных лучей одновременно. Это обеспечивало получение изображений нескольких квадратных градусов неба за одно наведение[5].

Опыт эксплуатации BETA привёл к существенной переработке конструкции ASKAP. В рамках проекта ASKAP Design Enhancements была разработана система PAF второго поколения Mk II, отличавшаяся меньшей стоимостью, лучшей ремонтопригодностью и эффективной температурой системы менее 80 К в большей части рабочего диапазона[1].

Программа ранних научных наблюдений ASKAP началась в 2016 году с 12 антеннами, оснащёнными PAF Mk II. На этом этапе проводились небольшие тестовые наблюдения, позволявшие проверять программное обеспечение обработки изображений и выявлять проблемы в данных интерферометрических видимостей[1].

Интеграция всех 36 антенн с PAF Mk II и цифровыми системами была завершена в феврале 2019 года[1].

22 февраля 2019 года все 36 антенн были впервые одновременно направлены на астрономический источник, что позволило получить интерферометрические полосы от всей решётки[6]. 15 июля 2019 года ASKAP начал программу пилотных обзоров, предназначенную для проверки готовности системы к длительным научным наблюдениям[1]. В 2019 году ASKAP перешёл к полноценной эксплуатации в составе всех 36 антенн, что ознаменовало завершение проекта строительства и начало научной эксплуатации[1].

По состоянию на июнь 2026 года ASKAP продолжал использоваться для научных исследований. Наблюдения обзора FLASH стали первым завершённым научным обзором ASKAP; при этом другие ключевые программы продолжали работу[7].

В июне 2026 года был опубликован второй выпуск данных SPICE-RACS объёмом около 130 ТБ. Он содержит кубы изображений в параметрах Стокса I, Q и U для 4 млн обнаруженных источников, а также спектры поляризации более чем 5 млн радиокомпонентов по всему доступному ASKAP южному небу[7]. На июнь 2026 года было запланировано обновление кластера приёма данных ASKAP в суперкомпьютерном центре Pawsey; это было именно планируемое обновление, а не завершённая модернизация[7].

Конструкция и технические характеристики

ASKAP состоит из 36 параболических отражательных антенн диаметром 12 м[1]. Антенны размещены с длинами баз от 22 м до 6 км. Дополнительные антенны на длинных базах обеспечивают угловое разрешение порядка 10 угловых секунд, тогда как антенны, расположенные ближе друг к другу, повышают чувствительность к протяжённому радиоизлучению[1].

Каждая антенна оснащена PAF, установленной в её фокусе. PAF содержит 188 активных приёмных элементов, по 94 на каждую из двух линейных поляризаций. Приёмные элементы PAF представляют собой плоские проводящие элементы, соединённые в решётку типа chequerboard. Сигналы от элементов после усиления и преобразования передаются по отдельным оптическим волокнам к центральному зданию управления. Таким образом, PAF не является совокупностью из 188 отдельных параболических антенн: это расположенная в фокусе отражателя плоская приёмная решётка, сигналы отдельных элементов которой цифровым способом объединяются для формирования радиолучей[1].

В процессе формирования луча комплексные коэффициенты применяются к сигналам отдельных приёмных элементов, после чего они суммируются. Изменение этих коэффициентов позволяет электронным способом изменять направление и характеристики сформированного луча без механического перемещения отражателя. Цифровая система формирования лучей способна создавать до 72 независимых выходных лучей, из которых в штатной конфигурации формируются 36 двухполяризационных лучей[1].

36 двухполяризационных лучей располагаются в виде мозаики внутри поля зрения антенны и обеспечивают покрытие участка неба площадью около 31 квадратного градуса за одно наведение[3].

Третий, дополнительный к обычным осям наведения, поворотный механизм антенн позволяет изменять ориентацию PAF относительно неба. Это является одной из особенностей конструкции ASKAP и используется, в частности, для сохранения ориентации широкопольных лучей[1].

Рабочий диапазон частот ASKAP составляет 700—1800 МГц. Максимальная мгновенная полоса наблюдения составляет 288 МГц. Цифровой приёмник формирует 384 канала шириной по 1 МГц каждый; в установленной конфигурации часть доступной цифровой полосы используется системой формирования лучей.[1]

Коррелятор ASKAP способен обрабатывать 15 552 узкополосных канала при максимальной полосе 288 МГц[1].

В интерферометрической обработке участвуют 630 баз между парами из 36 антенн; для каждой антенны также формируются автокорреляционные данные[1].

Коррелятор вычисляет корреляции между сигналами всех антенн для каждой частотной ячейки и каждого двухполяризационного луча. Полученные комплексные величины называются интерферометрическими видимостями и используются для построения радиоизображений. При минимальном времени накопления 5 с максимальный поток данных от коррелятора составляет около 2,4 ГБ/с. Совокупный необработанный поток данных от 36 антенн достигает приблизительно 100 Тбит/с. После корреляции и усреднения данные передаются в суперкомпьютерный центр Pawsey в Перте для дальнейшей обработки[1].

Передача данных от коррелятора к Pawsey осуществляется по оптической линии связи протяжённостью около 600 км; на территории обсерватории данные не записываются в буфер перед отправкой в вычислительный центр[1].

Для обработки данных ASKAP используется специализированный программный комплекс ASKAPsoft. Он выполняет, в частности, обработку интерферометрических данных и формирование радиоизображений[1].

Для получения изображений ASKAP использует принцип апертурного синтеза. Различные пары антенн образуют базовые линии, а вращение Земли изменяет их проекции на плоскость, связанную с наблюдаемым небом; это обеспечивает выборку различных пространственных частот изображения[3].

Короткие наблюдения имеют менее полную выборку пространственных частот, поэтому особенно крупномасштабные структуры могут восстанавливаться хуже. Для обзора RACS этот эффект был наиболее заметен для угловых масштабов более 10 угловых минут на частоте 887,5 МГц[3].

Для широкопольной обработки ASKAP требуется учитывать различия в характеристиках отдельных лучей. В RACS изображения 36 лучей имели различные функции рассеяния точки, поэтому для некоторых продуктов их приводили к общей угловой разрешающей способности перед объединением[3].

При наблюдениях RACS регистрируются четыре корреляционных продукта поляризации, из которых формируются изображения в параметрах Стокса I, Q, U и V.[3]

Одним из режимов цифровой системы ASKAP является поиск быстрых радиосигналов. Специализированный детектор быстрых транзиентов получает данные с разрешением 1 МГц и выполняет поиск диспергированных импульсов в реальном времени.[1]

Научные исследования

Основное преимущество ASKAP для научных обзоров заключается в сочетании большого поля зрения, широкополосного приёма, большого числа антенн и относительно высокого углового разрешения. Эта комбинация позволяет быстро получать изображения больших площадей неба и одновременно исследовать большое количество радиоисточников[1].

Радиоконтинуум и обзоры неба

Астрономический обзор RACS (англ. Rapid ASKAP Continuum Survey) стал первым крупным обзором, выполненным с использованием полного 36-антенного массива ASKAP. Его целью было создание неглубокой эталонной карты неба для калибровки последующих глубоких обзоров и получение самостоятельного каталога радиоисточников[3].

Первый выпуск RACS включал 903 изображения южной части неба, полученные в полосе шириной 288 МГц с центральной частотой 887,5 МГц; изображения охватывали область южнее склонения +41°. Для RACS была заявлена угловая разрешающая способность около 15 угловых секунд, а полный каталог обзора должен был содержать около 3 млн компонентов радиоисточников. RACS использует широкое поле зрения ASKAP и относительно короткие наблюдения отдельных участков неба, что позволяет быстро составлять крупномасштабные радиокарты[3].

Evolutionary Map of the Universe

Evolutionary Map of the Universe (EMU) — обзор радиоконтинуума, предназначенный для исследования галактик, активных ядер галактик, крупномасштабной структуры Вселенной и других радиоисточников[8].

Пилотный обзор EMU был выполнен на частоте 944 МГц и охватил около 270 квадратных градусов неба. В пилотном обзоре была достигнута среднеквадратичная чувствительность около 25—30 мкЯн/beam при угловом разрешении около 11—18 угловых секунд; каталог содержал около 220 тыс. источников, из которых примерно 180 тыс. были однокомпонентными[8].

Повышенная чувствительность EMU к протяжённому радиоизлучению позволила обнаруживать источники с низкой поверхностной яркостью, которые редко встречались или отсутствовали в более ранних обзорах[8].

В данных пилотного EMU были обнаружены необычные круговые радиообъекты, получившие название Odd Radio Circles (ORC). Они выглядят как кольцевые или краевые яркие диски радиоизлучения диаметром примерно в одну угловую минуту и не соответствовали известным классам объектов или очевидным артефактам обработки изображений[9].

В исходной работе по ORC было обнаружено три таких объекта в данных EMU; их происхождение оставалось не установленным, а предложенные механизмы не давали однозначного объяснения.[9]

Нейтральный водород

ASKAP используется для обзоров нейтрального (атомарного) водорода по радиолинии с длиной волны 21 см. Большое поле зрения позволяет одновременно исследовать значительные области неба, а спектральные данные позволяют определять распределение газа и его кинематические характеристики.[10]

Обзор First Large Absorption Survey in H i (FLASH) предназначен для поиска поглощения излучения радиоисточников нейтральным водородом в диапазоне красных смещений 0,4—1,0. В отличие от многих предыдущих исследований, поиск выполняется без предварительного отбора целей по оптическим данным[10].

В двух пилотных этапах FLASH, проводившихся в 2019—2022 годах, было обследовано около 3000 град² неба и обнаружено 30 новых надёжных линий поглощения нейтрального водорода. Это почти вдвое увеличило число известных систем поглощения H I в диапазоне красных смещений 0,4—1,0[10].

В июне 2026 года наблюдения FLASH были завершены, после чего работа проекта перешла к обработке и научному анализу накопленных данных[7].

Быстрые радиовсплески

Одним из направлений исследований ASKAP являются быстрые радиовсплески (FRB) — кратковременные импульсы радиоизлучения внегалактического происхождения.[11]

В 2019 году с помощью ASKAP был выполнен интерферометрический поиск положения одиночного FRB 180924. Всплеск был локализован с точностью, достаточной для отождествления его с конкретной галактикой на красном смещении 0,3214; положение источника находилось примерно в 4 кпк от центра галактики.[11]

Измеренная электронная колонковая плотность на луче зрения к FRB 180924 оказалась близка к значениям, ожидаемым для межгалактической среды, что продемонстрировало возможность использования локализованных FRB для исследования барионного вещества космической сети.[11]

На основе выборки локализованных быстрых радиовсплесков, включавшей четыре новых локализации в галактиках-хозяевах, было получено независимое измерение плотности барионного вещества Вселенной. Полученное значение согласовывалось с оценками, основанными на реликтовом излучении и нуклеосинтезе Большого взрыва.[12]

Поляризация и магнитные поля

ASKAP используется для исследования поляризации радиоизлучения и магнитных полей в Галактике, галактиках, скоплениях галактик и межгалактической среде[13].

Обзор POSSUM предназначен для создания крупной сетки мер Фарадея для компактных внегалактических радиоисточников и изучения свойств поляризации различных галактических и внегалактических объектов.[13]

Полная программа POSSUM началась в мае 2023 года; в публикации 2025 года её завершение ожидалось к середине 2028 года.[13]

Переменные и транзиентные источники

ASKAP применяется для поиска транзиентных и переменных радиоисточников, включая пульсары и другие объекты, меняющие радиоизлучение со временем[14].

Пилотный этап VAST включал поиск переменных и транзиентных источников на площади 1646 град². В двух исследованных областях было обнаружено 28 сильно переменных и/или транзиентных источников[14].

Среди обнаруженных объектов были 7 известных пульсаров, 7 звёзд, 2 активных ядра галактик и несколько источников, для которых на момент исследования не удалось установить природу[14].

В июне 2026 года CSIRO сообщала также об ASKAP J1745−5051 — источнике долгопериодического радиоизменения, природа которого была установлена как катаклизмическая переменная, то есть система с аккрецирующим белым карликом[7].

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Hotan A. W. et al. Australian square kilometre array pathfinder: I. system description (англ.) // Publications of the Astronomical Society of Australia. — 2021. — Vol. 38, no. e009. — doi:10.1017/pasa.2021.1.
  2. ↑ ASKAP radio telescope (англ.). CSIRO. CSIRO. Дата обращения: 24 сентября 2026.
  3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 McConnell, D. et al. The Rapid ASKAP Continuum Survey I: Design and first results (англ.) // Publications of the Astronomical Society of Australia. — 2020. — Vol. 37, no. e048. — doi:10.1017/pasa.2020.41.
  4. ↑ Inyarrimanha Ilgari Bundara, the CSIRO Murchison – Radio astronomy Observatory (англ.). CSIRO. Дата обращения: 24 сентября 2026.
  5. ↑ 1 2 Hotan, A. W. et al. The Australian Square Kilometre Array Pathfinder: System Architecture and Specifications of the Boolardy Engineering Test Array (англ.) // Publications of the Astronomical Society of Australia. — 2014. — Vol. 31, no. e041. — P. 1—15. — doi:10.1017/pasa.2014.36.
  6. ↑ ASKAP Commissioning Update, March 2019 (англ.). Australia Telescope National Facility. CSIRO (март 2019). Дата обращения: 24 сентября 2026.
  7. ↑ 1 2 3 4 5 ATNF News 8 (англ.). Australia Telescope National Facility. CSIRO (июнь 2026). Дата обращения: 24 сентября 2026.
  8. ↑ 1 2 3 Norris, R. P. et al. The Evolutionary Map of the Universe pilot survey (англ.) // Publications of the Astronomical Society of Australia. — 2021. — Vol. 38, no. e046. — doi:10.1017/pasa.2021.42.
  9. ↑ 1 2 Norris, R. P. et al. Unexpected circular radio objects at high Galactic latitude (англ.) // Publications of the Astronomical Society of Australia. — 2021. — Vol. 38, no. e003. — doi:10.1017/pasa.2020.52.
  10. ↑ 1 2 3 Yoon, H. et al. The first large absorption survey in H i (FLASH): II. Pilot survey data release and first results (англ.) // Publications of the Astronomical Society of Australia. — 2025. — Vol. 42, no. e088. — doi:10.1017/pasa.2025.10046.
  11. ↑ 1 2 3 Bannister, K. W. et al. A single fast radio burst localized to a massive galaxy at cosmological distance (англ.) // Science. — 2019. — Vol. 365, no. 6453. — P. 565—570. — doi:10.1126/science.aaw5903.
  12. ↑ Macquart, J.-P. et al. A census of baryons in the Universe from localized fast radio bursts (англ.) // Nature. — 2020. — Vol. 581, no. 7809. — P. 391—395. — doi:10.1038/s41586-020-2300-2.
  13. ↑ 1 2 3 Gaensler, B. M. et al. The Polarisation Sky Survey of the Universe’s Magnetism (POSSUM): Science goals and survey description (англ.) // Publications of the Astronomical Society of Australia. — 2025. — Vol. 42, no. e091. — doi:10.1017/pasa.2025.10031.
  14. ↑ 1 2 3 Murphy, T. et al. The ASKAP Variables and Slow Transients (VAST) Pilot Survey (англ.) // Publications of the Astronomical Society of Australia. — 2021. — Vol. 38, no. e054. — doi:10.1017/pasa.2021.44.

Литература

Ссылки

Дополнительно по теме

Категории

Pause