برای ساخت بزرگترین رصدخانه رادیو تلسکوپ جهان چه چیزی لازم است؟

رصدخانه تلسکوپ رادیویی SKA (آرایه کیلومتر مربع) – که قرار است بزرگترین مرکز نجوم رادیویی در جهان باشد – پس از 30 سال برنامه ریزی شروع به ساخت کرده است. این پروژه ماموت شامل دو تلسکوپ رادیویی، یکی در آفریقای جنوبی و دیگری در استرالیا است. این یک رصدخانه جهانی است که با دو تلسکوپ در سه قاره کار می کند.

SKAO یک مرکز داده های بزرگ نجوم رادیویی نسل بعدی با هدف درک بهتر جهان و قوانین فیزیک بنیادی است. ساخت این تاسیسات عظیم رادیویی تنها مرحله اول طرح بزرگ است. دانشمندان امیدوارند با استفاده از SKOA اطلاعات بیشتری در مورد تشکیل ستاره های اولیه بیاموزند. چگونه تلسکوپ های رادیویی می توانند به آنها در مطالعه کمک کنند؟

تلسکوپ های رادیویی SKA

دولت های استرالیا و آفریقای جنوبی در اوایل دهه 2000 برای رسیدن به این نقطه با تلسکوپ رادیویی SKA همکاری طولانی داشتند. احتمالا تا چند سال دیگر به بهره برداری می رسد. آماده شدن برخی از اپراتورهای علمی چندین سال دیگر طول خواهد کشید. با این حال، پس از تکمیل، این تلسکوپ رادیویی نسبت به هر تلسکوپ رادیویی دیگری، بینش عمیق تری را در مورد جهان به اخترشناسان ارائه می دهد.

SKAO یک رصدخانه جهانی خواهد بود که با دو تلسکوپ در سه قاره عمل می کند. در حال حاضر 16 کشور از سراسر جهان در این پروژه مشارکت دارند. مشابه نحوه جمع‌آوری و تقویت نور توسط تلسکوپ‌های نوری برای تولید تصاویر دقیق، تلسکوپ‌های رادیویی امواج رادیویی را تقویت می‌کنند تا اخترشناسان بتوانند آنها را تجزیه و تحلیل کنند. امواج رادیویی می توانند اطلاعات بسیار بیشتری در مورد ستارگان، کهکشان ها و سایر اجرام نجومی در اختیار دانشمندان قرار دهند تا اینکه تنها با داده های بصری رصد کنند.

مشخصات و کاربردها

رصدخانه رادیویی تلسکوپ SKA شامل دو مرکز اصلی خواهد بود – رصدخانه رادیویی مورچیسون در غرب استرالیا و ذخیره‌گاه نجوم کارو در آفریقای جنوبی. رصدخانه رادیویی مورچیسون تلسکوپ SKA1-LOW را در خود جای خواهد داد. این تلسکوپ برای رصد امواج رادیویی در محدوده 50 تا 350 مگاهرتز طراحی شده است.

هدف اصلی آن مشاهده عصر یونیزه شدن مجدد است – دوره ای در تاریخ کیهانی که اولین ستاره ها شکل گرفتند. برای این منظور، SKA1-LOW از ایستگاه های آنتن دوقطبی فازی در فاصله 65 کیلومتری از هم تشکیل خواهد شد. این پیکربندی بهینه برای مشاهده امواج رادیویی با فرکانس پایین است.

ذخیره‌گاه نجوم Karoo میزبان SKA1-MID خواهد بود. طراحی این تلسکوپ به آن اجازه می دهد از گیرنده های رادیویی با قابلیت تشخیص فرکانس تا 20 گیگاهرتز پشتیبانی کند. برای این منظور SKA1-MID از 197 آنتن سهموی توزیع شده در برد 100 کیلومتری استفاده خواهد کرد.

طیف وسیعی از فرکانس‌های قابل دسترسی با این تلسکوپ به چندین حوزه علمی اساسی می‌پردازد – از جمله بازسازی امواج گرانشی با استفاده از زمان‌بندی تپ اختر با دقت بالا. برد SKA1-MID به قدری زیاد است که می تواند آثار حیات را در سیارات دیگر نیز جستجو کند.

چالش ها و برنامه

ساخت هر دو تلسکوپ در 5 دسامبر 2022 آغاز شد. اولین پروژه ساخت آرایه اسمبلی 0.5 است که از شش ایستگاه آنتن SKA-LOW و چهار بشقاب SKA-MID تشکیل شده است. کار ساخت و ساز قرار است در اوایل سال 2024 به پایان برسد.

پس از اتمام کار بر روی آرایه اسمبلی 0.5، ساخت آرایه اسمبلی 1 آغاز خواهد شد. این شامل 18 ایستگاه SKA-LOW و هشت ظرف SKA-MID خواهد بود. تا سال 2026 تکمیل خواهد شد. آرایه اسمبلی 2 در اوایل سال 2027 تکمیل خواهد شد که شامل 64 ایستگاه SKA-LOW و 64 دیش SKA-MID است.

تمام سیستم ها باید تا سال 2028-2029 عملیاتی شوند و تاسیسات باید برای عملیات علمی آماده باشد. با این حال، رصدخانه رادیویی تلسکوپ SKA با چالش های زیادی مواجه است. یکی از معایب اصلی تلسکوپ های رادیویی امکان تداخل رادیویی است. آنها باعث ایجاد تصاویر تار می شوند و تعداد امواج رادیویی قابل مشاهده را محدود می کنند.

عوامل طبیعی تداخل رادیویی ایجاد می کنند، اما منابع اصلی سیستم های هواپیما و ماهواره ها هستند. ماهواره‌ها مشکل پیچیده‌ای برای تلسکوپ‌های رادیویی ایجاد می‌کنند، زیرا امواجی که آنها ارسال می‌کنند لایه‌ای از تداخل ایجاد می‌کنند که با اضافه کردن شرکت‌های بیشتر، قوی‌تر می‌شود.

این تداخل به طور قابل توجهی بر SKA-MID تأثیر می گذارد، زیرا محدوده رصد آن تا 20 گیگاهرتز است – همان فرکانس یا فرکانس مشابه اکثر ماهواره ها.

با این حال، اعضای رصدخانه SKA گفته اند که بیش از این چالش را تحمل می کنند.

هر دو تلسکوپ در مکان هایی ساخته شده اند که به عنوان مناطق آرام رادیویی ملی تعیین شده اند. در این مکان‌ها، تلسکوپ‌ها می‌توانند دامنه رصد را به حداکثر برسانند و در عین حال تداخل رادیویی ماهواره‌ها و منابع دیگر را در نظر بگیرند. علاوه بر این، SKA-LOW و SKA-MID اطمینان حاصل می کنند که تلسکوپ ها تداخل رادیویی کمی ایجاد می کنند.

ساخت رصدخانه تلسکوپ رادیویی SKA ادامه دارد و آینده نجوم رادیویی روشن به نظر می رسد. بزرگ‌ترین و پیشرفته‌ترین رصدخانه رادیویی به دانشمندان درک عمیق‌تری از کیهان و نحوه عملکرد آن نسبت به قبل خواهد داد.

منابع.

Scaife، AMM (2020). تلسکوپ بزرگ، مقادیر زیاد داده: در راه رسیدن به محدوده اگزاسال با آرایه کیلومتر مربعی. معاملات فلسفی انجمن سلطنتی A, 378(2166), 20190060. https://doi.org/10.1098/rsta.2019.0060

کشف | SKAO. (دوم). https://www.skao.int/en
نیوتن، ای. (28 مارس 2023). کیهان: اجرام کیهانی چیست؟ انقلاب کرد. https://revolutionized.com/cosmic-objects/

کوپر، کی (2023). رصدخانه SKA (SKAO): راهنمای آنچه به زودی بزرگترین تلسکوپ های رادیویی جهان خواهد شد. Space.com https://www.space.com/square-kilometre-array-observatory-skao#section-when-will-the-ska-telescopes-become-operational
فاوست، جی (2023). تلسکوپ رادیویی با تهدید “بسیار نگران کننده” از سوی صورت های فلکی ماهواره ای مواجه است. اسپیس نیوز https://spacenews.com/radio-telescope-faces-extremely-concerning-threat-from-satellite-constellations/

اعتبار عکس: SKAO. https://www.skao.int/en/media