रेडियोएस्ट्रॉन - भविष्य का दूरबीन

400 साल पहले, गैलीलियो ने एक पाइप और दो ग्लास से पहली दूरबीन बनाई और इसे आकाश में भेजा। यह ब्रह्मांड के अध्ययन में मानव जाति की एक सफलता थी। वर्षों में, अनुसंधान उपकरण अधिक जटिल और अधिक महंगे हो गए हैं। वे विज्ञान, प्रौद्योगिकी में नवीनतम उपलब्धियों के आधार पर बनाए गए थे और अपने आप में अद्भुत इंजीनियरिंग स्मारक बन गए थे। इसी समय, उन्होंने ज्ञान की सीमाओं का विस्तार किया और, कभी-कभी, मानवता के पास सभी विचारों को बदल दिया। आजकल, ऐसे उपकरण, अंतरिक्ष विज्ञान के अग्रणी किनारे, उंगलियों पर गिने जा सकते हैं: हबल दूरबीन, केपलर एक्सोप्लेनेट-हंट टेलीस्कोप, चंद्र एक्स-रे दूरबीन, मंगल ग्रह के लिए जिज्ञासा, शनि पर कैसिनी। पृथ्वी पर, वीएलटी, एएलएमए और, शायद, एलएचसी दूरबीनों को यहां जोड़ा जाना चाहिए। शायद मुझे कुछ याद आया, लेकिन अब मुझे पूरा यकीन है कि रूसी अंतरिक्षीय रेडियो टेलीस्कोप स्पेकट्र-आर और रेडियोस्ट्रॉन परियोजना को इस श्रृंखला में शामिल किया जा सकता है।


इसके लॉन्च के लगभग दो साल बीत चुके हैं। इस समय सभी प्रारंभिक वैज्ञानिक कार्यक्रम आयोजित किए गए थे। जल्द ही यह समाप्त हो जाता है, और Spektr-R एक प्रमुख वैज्ञानिक कार्यक्रम को शुरू करेगा जो वादा करता है, यदि ब्रह्मांड को हिला नहीं है, तो इसकी ज्ञात सीमाओं का महत्वपूर्ण रूप से विस्तार करें।


23 मई को एनजीओ के नाम पर एसए लावोचकिना ने "रेडियोस्ट्रॉन - पहला वैज्ञानिक प्रमाण" विषय पर एक वैज्ञानिक और तकनीकी परिषद पारित की। वास्तव में, यह वैज्ञानिकों द्वारा एक रिपोर्ट थी जिन्होंने इसे बनाने वालों को डिवाइस का आदेश दिया था।

पत्रकारों को वहां आमंत्रित नहीं किया गया था, क्योंकि कुछ वैज्ञानिक परिणाम अभी भी प्रकृति और अन्य विश्व वैज्ञानिक पत्रिकाओं में प्रकाशन की प्रतीक्षा कर रहे हैं, और उनकी सख्त आवश्यकता है - इससे पहले कि वे बाहर जाएं, परिणाम कहीं भी उजागर नहीं किया जाना चाहिए। आप सम्मेलनों में बात कर सकते हैं। लेकिन केवल कहीं प्रेस में दिखाई दिया - यही वह है, आप नए शोध शुरू कर सकते हैं। इसलिए, यहां तक ​​कि मैं वह सब कुछ नहीं बताऊंगा जो मैंने सुना था।


रूसी अकादमी ऑफ साइंसेज के शिक्षाविद् निकोलाई कार्दशेव, लेबेदेव शारीरिक संस्थान के एस्ट्रोफिजिकल सेंटर के निदेशक द्वारा परिचयात्मक टिप्पणी की गई। यह उल्लेखनीय है कि वह 1965 में अंतरिक्ष रेडियो इंटरफेरोमेट्री के संस्थापकों में से एक थे। यही है, वह एक लंबा रास्ता तय करने में कामयाब रहा: "और हम इस सिद्धांत को एक उपकरण बनाने की कोशिश कर सकते हैं", "देखो, हमें एक अच्छा उपकरण मिला"। मौलिक विज्ञान में, यह हर किसी के लिए संभव नहीं है।

जब रिपोर्ट का मुख्य भाग शुरू हुआ, तो मैंने खुद को एक अलग वास्तविकता और एक अलग समय में महसूस किया। एक सेकंड के लिए, मैं 70 के दशक में यूएसएसआर में समाप्त हो गया, जब रोज़मर्रा की आवाज़ में सोवियत वैज्ञानिकों ने विज्ञान के क्षेत्र में दुनिया के महत्व के कुछ प्रकार के अनुसंधान का वर्णन किया। लेकिन नहीं, कुछ भी नहीं, लेकिन रोजमर्रा की जिंदगी भौतिक और गणितीय विज्ञान के चिकित्सक यूरी कोवालेव के शब्दों में नहीं थी। लंबे समय से मैंने एक रूसी वैज्ञानिक को नहीं देखा है जो इस तरह के शोध के लिए उत्साह और गर्व के साथ फट रहे थे। संभवतः इस तरह के गर्व के साथ, सहपाठियों के सामने स्कूली बच्चों को एक नए आईफोन का घमंड है, जिसके साथ एक विद्वान भौतिक विज्ञानी ने अंतरिक्ष इंजीनियरों और डिजाइनरों को अपने डिवाइस के बारे में बताया।

रेडियोएस्ट्रॉन के परिणामों और उपलब्धियों के विवरण के लिए आगे बढ़ने से पहले, सैद्धांतिक भाग को समझाया जाना चाहिए। तैयारी के बिना, अधिकांश के लिए, पृथ्वी डायमीटर में इन सभी इंटरफेरोमीटर, माइक्रोसेकंड, और कुर्सियां ​​शब्दों का एक समझ से बाहर सेट की तरह दिखते हैं। काम के सिद्धांतों की व्याख्या और शोध के पहले परिणाम एक लेख की मात्रा में फिट नहीं हुए, इसलिए मैं दो में विभाजित हो गया और अब तक केवल प्रस्तावना है। लेकिन पढ़ने के बाद यह संभव होगा, आखिरकार, यह समझने के लिए कि वैज्ञानिक अपनी प्रेस विज्ञप्ति में क्या कहना चाहते थे।

ऑपरेशन के सिद्धांत से रेडियो टेलीस्कोप वास्तव में एक परावर्तक दर्पण के साथ एक पारंपरिक रिफ्लेक्टर टेलीस्कोप से मेल खाता है, केवल यह एक अलग रेंज में विद्युत चुम्बकीय तरंगों को इकट्ठा करता है। तदनुसार, टेलिस्कोप की विशेषताओं को एक समान तरीके से निर्धारित किया जाता है। चूँकि ऑप्टिकल टेलीस्कोप अधिक स्पष्ट होते हैं, इसलिए मैंने उन्हें एक सादृश्य के रूप में उपयोग किया।


टेलीस्कोप का सबसे महत्वपूर्ण संकेतक संकल्प है। अब कैमरों का रिज़ॉल्यूशन पिक्सेल में इंगित करने के लिए प्रथागत है। लेकिन दूरबीन के संकल्प की अवधारणा पिक्सल की उपस्थिति से बहुत पहले दिखाई दी थी।
टेलीस्कोप का संकल्प छवि में एक बिंदु को दूसरे से अलग करने की क्षमता में व्यक्त किया गया है, और इसे कोणीय सेकंड या चाप सेकंड में मापा जाता है। सर्कल के चारों ओर का फ़ार्मूला 360 डिग्री, 60 मिनट के लिए 1 डिग्री, 60 सेकंड के लिए 1 मिनट में विभाजित किया जाता है, फिर दसवें, सौवें, हजारवें, आदि।


मानव आंख का संकल्प 1 चापलूसी है, चंद्रमा का स्पष्ट व्यास 30 मिनट है, जमीन आधारित दूरबीनों का सीमित संकल्प लगभग 1 सेकंड है, और हबल दूरबीन का संकल्प 0.05 सेकंड है।


टेलीस्कोप का व्यास जितना बड़ा होगा, इसका रिज़ॉल्यूशन उतना ही अधिक होगा, जितना दूर और अधिक विस्तृत होगा। हबल का व्यास 2.4 मीटर कई स्थलीय दूरबीनों से कम है, लेकिन इसका फायदा यह है कि यह वायुमंडल के विकृत प्रभाव को समाप्त करता है।

रेडियो दूरबीन "देखें" रेडियो रेंज में, वे एक और शारीरिक सीमा के रूप में वातावरण से इतना परेशान नहीं हैं। रिज़ॉल्यूशन (विवर्तन सीमा) सूत्र = λ / D द्वारा निर्धारित किया जाता है (रिज़ॉल्यूशन प्राप्त दर्पण के व्यास के तरंग दैर्ध्य के अनुपात के बराबर है)। ऑप्टिकल रेंज की तरंगें बहुत कम हैं, इसलिए एक छोटा दर्पण पहले से ही किसी व्यक्ति की दृश्य क्षमताओं में काफी वृद्धि करता है। रेडियो तरंगें लंबे समय तक परिमाण के कई आदेश हैं, इसलिए, उदाहरण के लिए, 3 सेमी की तरंग दैर्ध्य पर, एक विशाल 100 मीटर रेडियो टेलीस्कोप प्लेट एक संकल्प देगा ... मानव आंख की तरह।


इस कमी को तुरंत महसूस करते हुए, वैज्ञानिकों ने इंटरफेरोमेट्री की विधि का उपयोग करना शुरू कर दिया । विवरण में जाने के बिना, मैं सामान्य शब्दों में इसकी कार्रवाई के सिद्धांत की व्याख्या करूंगा। इंटरफेरोमेट्री एक स्रोत से दो या अधिक प्राप्त करने वाले उपकरणों के लिए सिग्नल की प्राप्ति है। इस मामले में, प्राप्त सिग्नल रिज़ॉल्यूशन प्राप्त उपकरणों के बीच की दूरी के लिए सीधे आनुपातिक है। इंटरफेरोमीटर के संचालन के सिद्धांत को हमारी आंखों के उदाहरण का उपयोग करके देखा जा सकता है: दो "प्राप्त करने वाले उपकरण" एक वस्तु को देखते हैं, और एक चित्र मस्तिष्क में बनता है।
इंटरफेरोमेट्री का उपयोग ऑप्टिकल खगोल विज्ञान (उदाहरण के लिए, वीएलटी पर) और रेडियो में दोनों किया जाता है।


बढ़ी हुई सटीकता के अपेक्षित परिणाम प्राप्त करने के लिए एपर्चर संश्लेषण का उपयोग करके संकेतों को ठीक से जोड़ना या सिंक्रनाइज़ करना एक इंटरफेरोमीटर के लिए बहुत महत्वपूर्ण है।

पहले रेडियो इंटरफेरोमीटर केबल द्वारा जुड़े थे, और एकल तंत्र के रूप में समकालिक रूप से काम किया। इसने कार्य को सरल बनाया, लेकिन आकार के प्रतिबंध लगाए।
1965 में, सोवियत वैज्ञानिकों एल। आई। माटवेन्को, एन.एस. कार्दाशेव, और जी। बी। शोलोमित्स्की ने संकेतों को कम करने के लिए एक कंप्यूटर का उपयोग करने का प्रस्ताव दिया। यही है, एक केबल की आवश्यकता गायब हो गई, और विभिन्न महाद्वीपों पर भी रेडियो दूरबीन का उपयोग करना संभव हो गया। इसने हमें रेडियो खगोल विज्ञान में एक नया मील का पत्थर खोलने की अनुमति दी - अतिरिक्त-लंबे ठिकानों (वीएलबीआई) के साथ रेडियो इंटरफेरोमेट्री। एक इंटरफेरोमीटर में एक "आधार" एकल एंटीना / दर्पण में "व्यास" के समान है।
ब्रह्मांड के अध्ययन की ऐसी पद्धति के लिए तार्किक सीमा पृथ्वी के आकार की थी।

12 हजार किमी के आधार के साथ ऐसी सशर्त "प्लेट" का संकल्प हबल की क्षमताओं से 100 गुना से अधिक है।

ऑप्टिकल और रेडियो दूरबीनों की तुलना करते हुए, एक और महत्वपूर्ण अंतर को समझा जाना चाहिए। रेडियो दूरबीनों को "चित्र" नहीं मिलता है। वे केवल उस स्रोत से सिग्नल की तीव्रता के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकते हैं जहां एंटीना निर्देशित है। यही है, वास्तव में, संकेत के एक माप का परिणाम भविष्य की छवि का एक एकल पिक्सेल देता है। रेडियो स्रोत (साथ ही साथ ऑप्टिकल एक) की तीव्रता को चमक कहा जाता है, और रेडियो दूरबीन स्रोत के विभिन्न बिंदुओं की चमक को मापते हैं। विभिन्न बिंदुओं के चमक डेटा से, आप तब एक योजनाबद्ध छवि बना सकते हैं, उदाहरण के लिए, एक मैट्रिक्स प्रिंटर करता है।


रेडियो इंटरफेरोमीटर पर वापस। 70 के दशक के बाद से, दुनिया के सबसे बड़े रेडियो दूरबीन एक नेटवर्क में काम करने लगे। लेकिन पृथ्वी के आकार में सीमा तक पहुंचने के बाद, वैज्ञानिकों ने अंतरिक्ष में जाने के बारे में सोचा। 1979 में सेल्युट -6 कक्षीय स्टेशन पर USSR में पहला 10-मीटर रेडियो दूरबीन स्थापित किया गया था। हालांकि उन्होंने इंटरफेरोमीटर मोड में काम नहीं किया, उसी वर्ष उन्होंने अंतरिक्ष दूरबीनों की एक श्रृंखला बनाने का फैसला किया, जिनमें से पहला रेडियोस्ट्रोन्स था।


उन संभावनाओं के बावजूद, जिन्होंने रेडियो इंटरफेरोमीटर के आधार के परिमाण के आदेशों में वृद्धि का वादा किया था, 1979 की परियोजना केवल 2011 में लागू की गई थी। इससे पहले, 90 के दशक में जापानी तंत्र HALCA ने एक इंटरफेरोमीटर के रूप में उड़ान भरी थी , और उन्होंने प्रयोग को दोहराने का इरादा नहीं किया था। अब चीन दो ऐसे टेलिस्कोप बनाने जा रहा है।

"रेडियोएस्ट्रॉन" अतिरिक्त-लंबे आधारों के साथ रेडियो इंटरफेरोमेट्री की विधि द्वारा ब्रह्मांड का अध्ययन करने के लिए पूरी परियोजना का नाम है, और डिवाइस को "स्पेक्ट्रम-आर" कहा जाता है।


यह ढाई टन से अधिक वैज्ञानिक उपकरणों पर चढ़ता है और अब तक, रूस में सबसे दूर का स्वतंत्र अंतरिक्ष अभियान है। यदि पृथ्वी से कक्षा के निकटतम बिंदु पर इसे 600 किमी से अलग किया जाता है, तो सबसे दूर पर - लगभग 340 हजार किमी। मुझे आपको याद दिलाना: चंद्रमा को 390 हजार किमी।

औपचारिक रूप से, कक्षा के सुदूर बिंदु को आधार के रूप में लेते हुए, हम कह सकते हैं कि रेडियोएस्ट्रॉन 340 हज़ार किमी के एक सशर्त "प्लेट" का आकार प्रदान करता है। ऐसा लगता है कि आर्थर क्लार्क ने भी अपने स्पेस ओडिसी में इस तरह के पैमाने का सपना नहीं देखा था। लेकिन, वास्तव में, वैज्ञानिक छोटे ठिकानों का उपयोग करते हैं, जिन्हें पृथ्वी के व्यास में माना जाता है।

Spektr-R ऐन्टेना का व्यास 10 मीटर है और इस तरह के डिजाइन के प्रक्षेपण और सफल स्वचालित प्रकटीकरण का एक तथ्य इंजीनियरिंग करतब है। मुझे लगता है कि ऐन्टेना को खोलने के समय, MCC में क्यूरियोसिटी लैंडिंग के समय नासा की तुलना में कम भावनाएं नहीं थीं। यह अफ़सोस की बात है कि हमने यह नहीं देखा। कुछ हद तक, रेडियो एस्ट्रोन को समर्पित कॉस्मोनॉटिक्स न्यूज फोरम के एक विषय द्वारा उस क्षण के तनाव और महत्व को व्यक्त किया जा सकता है।


रेडियो टेलीस्कोप चार तरंग श्रेणियों पर अवलोकन करता है: 92 सेमी, 18, सेमी, 6 सेमी और 1.3 सेमी। विभिन्न रेंज विभिन्न वैज्ञानिक कार्यों के कार्यान्वयन की अनुमति देते हैं।
इंटरफेरोमीटर मोड में सफलतापूर्वक संचालित करने के लिए, रेडियोएस्ट्रॉन को पृथ्वी पर एक जोड़े की आवश्यकता होती है। और आज, दुनिया के सभी सबसे बड़े रेडियो दूरबीन एक शोध कार्यक्रम में भाग ले रहे हैं।


पृथ्वी पर रेडियो टेलीस्कोप के काम और स्पेक्ट्रम-आर-अर्थ जोड़ी के काम के बीच एक महत्वपूर्ण अंतर है - एक अंतरिक्ष यान लगभग 8 किमी / सेकंड की गति से उड़ता है। इसलिए, दो संकेतों को कम करने के लिए, अवलोकन के समय इसका सही स्थान जानना आवश्यक है। ऐसा करने के लिए, इसके प्रक्षेपवक्र को नियमित रूप से लेजर रेंजफाइंडर द्वारा निर्धारित किया जाता है, और बोर्ड पर बहुत सटीक परमाणु घड़ियों (हाइड्रोजन आवृत्ति मानक) स्थापित किए जाते हैं। और फिर भी, दो संकेतों का सटीक मिश्रण एक बहुत ही महत्वपूर्ण बिंदु है, जो हमेशा प्राप्त करना संभव नहीं होता है, और हस्तक्षेप शिखर ("पंखुड़ी") हमेशा रेडियो खगोलविदों के बीच खुशी का कारण बनता है।
यदि हम ऑप्टिकल एनालॉग्स पर लौटते हैं, तो असफल टिप्पणियों का परिणाम एक तस्वीर के रूप में प्रस्तुत किया जा सकता है, जो एक ऑफसेट के साथ दो का विकास हुआ है, और सच्ची तस्वीर अब नहीं देखी जा सकती है।


इसके प्रकाश में, यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है कि जर्मनी में सौ मीटर की प्लेट के साथ रखी गई 18 सेमी की तरंग दैर्ध्य पर पहले परीक्षणों के दौरान लगभग तुरंत "पंखुड़ी" प्राप्त की गई थी।


1.3 सेमी की आवृत्ति ने बहुत अधिक कठिनाइयों का कारण बना। लहर की कमी का कारण है। यह उच्चतम संकल्प का वादा करता है, लेकिन साथ ही दो दूरबीनों से संकेतों के सिंक्रनाइज़ेशन की गुणवत्ता पर उच्चतम आवश्यकताओं को लागू करता है। स्थिति इस तथ्य से बढ़ी है कि जल वाष्प का इस आवृत्ति पर एक मजबूत प्रभाव है, और परिणाम दृढ़ता से अवलोकन के समय जमीन आधारित दूरबीन के ऊपर मौसम पर निर्भर करता है।

पहले परीक्षणों के दौरान, केवल छठी बार से 1.3 सेमी की आवृत्ति पर संकेतों को कम करना संभव था, और, जैसा कि यह निकला, असफलता न केवल मौसम के कारण हुई, बल्कि इसलिए भी क्योंकि अमेरिकी दूरबीन पर परमाणु घड़ी विफल रही। नतीजतन, पहला सफल सिंक्रनाइज़ेशन केवल यूरोपीय दूरबीनों के साथ संभव था। इस मामले में, 6 सेमी और 1.3 सेमी की दो तरंग दैर्ध्य पर सिग्नल रिकॉर्ड करने के लिए स्पेक्ट्रा-आर रेडियो टेलीस्कोप की क्षमता ने मदद की। लंबी तरंगदैर्ध्य पर, "पंखुड़ी" को पकड़ना आसान है, और जर्मन वेधशाला के साथ 6 सेमी रिकॉर्ड किया गया, और एक ही अंतराल में। डच रेडियो टेलीस्कोप के साथ 1.3 सेमी समय।

टिप्पणियों के दौरान, टेलीस्कोप एक संकेत जमा कर सकते हैं - जितनी देर तक वे देखते हैं, उतने ही तीव्र सिग्नल प्राप्त करते हैं। उदाहरण के लिए, सभी प्रसिद्ध उज्ज्वल हबल चित्रों को कुछ घंटों ( सबसे लंबे समय तक - 555 घंटे) में प्रदर्शनी के दौरान लिया गया था। यदि आप इन वस्तुओं के करीब उड़ते हैं, तो भी आप इसे अपनी आंखों से नहीं देख सकते। पृथ्वी पर रेडियो दूरबीनों के साथ, सब कुछ बदतर है। वायुमंडल के विकृत प्रभाव के कारण, उनके प्रभावी सिग्नल संचय का समय लगभग 100 सेकंड है, जो 1 सेमी की तरंग दैर्ध्य है। पहले परीक्षणों के दौरान, हमारे दूरबीन की एक और विशेषता सामने आई थी: अंतरिक्ष से स्पेक्ट्रम-आर ने एक प्रभावी अवलोकन दो बार लंबे समय तक दिखाया था।

एक प्रारंभिक वैज्ञानिक कार्यक्रम के परिणामों के साथ, जारी रखा जाना चाहिए ...

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