ТЕМЫ
Архив
< Август 2021 >
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
            1
2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 28 29
30 31          
Сегодня
Новости науки в Иркутской области

Построить 3D-модель Солнца и «увидеть» прошлое магнитного поля: в обсерватории ИСЗФ СО РАН в Бадарах обновили оборудование

Бурятия, 1.06.21 (ИА «Телеинформ»), - В радиофизической обсерватории Института солнечно-земной физики СО РАН в бурятской местности Бадары этой весной обновили оборудование. В новом радиогелиографе – более 500 антенн, принимающих солнечные сигналы. Что нового они привнесли в изучение Солнца – в материале Телеинформа.

Сама обсерватория существует с 1970-х годов. В здании установлено приемное оборудование, которое занимается наблюдением и первичной обработкой всех данных с антенн. За годы работы оборудование изменилось. Старые антенны диаметром 2,5 метра демонтированы и с марта 2021 года не участвуют в наблюдениях. Их было 256, установленных в две линии в направлениях восток-запад и север-юг.

Как рассказывает ведущий инженер-электроник лаборатории мониторинга солнечной активности радиоастрофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН Павел Дедюхин, новый радиотелескоп состоит из 528 антенн. Их установили в три Т-образных линии. Длина одного луча от центра до края – 365 метров. Эти антенны трех разных форматов – есть как «тарелки», так и «блюдца», с диаметром в один, два и три метра. Они работают в разных микроволновых диапазонах.

– Чем меньше антенна, тем больше частота, на которой она может работать. Антенны диаметром один и два метра будут принимать радиосигналы в диапазонах около 24 и 10 ГГц соответственно, – поясняет Павел Дедюхин.

Напомним, сейчас запущены в тестовом режиме в наблюдение трехметровые антенны, которые работают в самом низком диапазоне – от 3 до 6 ГГц. Они в режиме реального времени следуют за Солнцем и принимают сигналы в любую погоду: в отличие от оптических телескопов, этим устройствам не нужно ясное небо и отсутствие тепловых помех, чтобы уловить радиосигнал.

Построить 3D- модель Солнца и «увидеть» прошлое магнитного поля: в обсерватории ИСЗФ СО РАН в Бадарах обновили оборудование

Из чего же сделаны наши «тарелки»?

– Зачем вообще началась модернизация? Потому что самые первые антенны работали только в одном диапазоне, и на построение изображения требовалось восемь минут. Потом был запущен радиогелиограф из 48 антенн, он работал на меньшем количестве частот и в другом диапазоне. Новые антенны работают сразу на шести частотах и получают изображения буквально мгновенно и сразу в разных частотах. Прогресс налицо: чем больше мы получаем данных, тем лучше детализация и полнее картина, – пояснил специалист.

Радиогелиограф полностью российского производства, сделан по проекту ученых ИСЗФ СО РАН. НПФ «Микран» изготовил поворотные устройства, электронную «начинку», а сами «тарелки» родом из Красноярского края, их произвели в НПО «Развитие».

Построить 3D- модель Солнца и «увидеть» прошлое магнитного поля: в обсерватории ИСЗФ СО РАН в Бадарах обновили оборудование

Поворотные устройства крутятся:

– На старых антеннах стоят шаговые двигатели, которые с определенной частотой передают вращательный импульс, и когда антенны поворачиваются (с востока на запад), слышно, как они тикают. В новых устройствах двигатели другого принципа, они вращаются на 360 градусов, в отличие от старых, которые были ограничены за счет экваториальной установки, – рассказывает Павел Дедюхин.

Что же представляет собой одна «тарелка»? Как говорит специалист, это параболическая прямофокусная антенна с облучателем, снизу под ней находится приемный модуль, на который от облучателя передается СВЧ-сигнал: от Солнца приходит радиоволна, фокусируется зеркалом. Затем она преобразуется в электромагнитную и передается по оптическим линиям связи.

– В связи с расширением диапазона частот увеличен и объем получаемых данных. Он возрос примерно в 20 раз. Сейчас за день генерируется 20 Гб данных. В рамках проекта Национального гелиогеофизического комплекса ожидается поставка новых серверов, на которых будут хранить эти данные. Налицо, опять же, прогресс: изначально данные хранились на перфокартах, затем пришла эра компакт-дисков, с приходом интернета появились ftp-серверы. Теперь это масштабируется согласно потребностям, – отмечает Павел Дедюхин.

Землетрясения обсерватории не страшны: фундаменты антенн уходят вглубь на шесть метров, сваи-основания стоят в трубах, которые засыпаны песком. Сигналы от каждой антенны поступают в волноводную систему, смонтированную в подземном тоннеле для поддержания постоянной температуры.

Да и в целом обсерватория полностью независима от внешней среды. Воду ученые и инженеры получают из собственной скважины. На территории обсерватории есть своя электростанция, две резервных линии от Кырена. Кроме того, есть дизель-генератор на случай экстренных отключений. Кстати, последняя такая авария происходила около пяти лет назад.

Построить 3D- модель Солнца и «увидеть» прошлое магнитного поля: в обсерватории ИСЗФ СО РАН в Бадарах обновили оборудование

Что вообще здесь делают?

– Мы занимаемся мониторингом солнечной активности. Солнце влияет на всю электронику, которая существует на Земле. Мы изучаем, какие процессы идут на Солнце, как они могут воздействовать. Наша задача – получить качественные данные, чтобы потом предоставить ученым разных направлений для дальнейшей обработки. Я как инженер-электроник сейчас осваиваю современные технологии, потому что новое оборудование у нас по сравнению со старым «умное», оно самостоятельно определяет положение Солнца относительно координат и следит за ним. Дальше сигнал обрабатывается и передается на компьютер обсерватории. Здесь он кодируется в свой формат, записывается, хранится, а также через интернет передается в основное здание института в Иркутске, где все ученые могут свободно пользоваться данными, проводить анализы и делать какие-то выводы. Моя задача как инженера – обеспечить непрерывность наблюдений, – рассказывает Павел Дедюхин

Летом наблюдения за солнечной активностью ведутся с 8:00 до 18:00, зимой – с 10:00 до 16:00. Место для обсерватории при проектировании было выбрано специально удаленное от техногенных помех. Но сейчас до ученых все равно доходят сигналы сотовой связи, радиорелейные линии. Основная же помеха – это спутники. Автоматического выделения полезных сигналов у ученых пока нет, фильтрация идет в ручном режиме, но теоретически эта задача решаема.

– Конструкция телескопа уникальна: аналогов ему, работающих на тех же частотах с примерно таким же количеством антенн, нет. Радиотелескопов в мире достаточно, но все они – разных конструкций и работают в разных диапазонах. Мы сотрудничаем с Японией, Австралией, Америкой: только собирая все данные, можно получать общую детальную картину. Все данные находятся в свободном доступе, – отмечает инженер.

Построить 3D- модель Солнца и «увидеть» прошлое магнитного поля: в обсерватории ИСЗФ СО РАН в Бадарах обновили оборудование

Младший научный сотрудник лаборатории мониторинга солнечной активности радиоастрофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН Дмитрий Жданов добавляет:

– Мониторинг солнечной активности – это фундаментальная наука, не прикладная. Это большой вклад в развитие всеобщих знаний. Чтобы понимать, для чего сделано расширение диапазона работы антенн, нужно вспомнить, для чего был построен обычный телескоп, который работал на 5,7 ГГц. Он был создан для того, чтобы наблюдать быстрые процессы на Солнце во время солнечных вспышек. Частота эта была выбрана не случайно. Формирование этой частоты предположительно должно было совпадать с тем слоем атмосферы Солнца, в котором зарождаются солнечные вспышки.

Ученый подчеркивает: вспышки формируются не на поверхности Солнца, а на высоте. Излучение, которое в этот момент идет, формируется по слоям. Оно не может выходить с более глубоких слоев на определенной частоте. В таком случае получается слоистость. Ее можно отслеживать, меняя частоту.

– Именно поэтому понадобилось расширение частот, чтобы построить, как сейчас модно говорить, 3D-модель области, где происходят солнечные вспышки. Это можно сравнить с компьютерной томографией в медицине: когда вы изучаете какой-то орган, вы «срезаете» его по слоям. Но там вы его «режете», изменяя положение устройства и делая сканы. А на Солнце так сделать нельзя. Но мы используем замечательное свойство самой природы Солнца, о котором я сказал, – что формирование излучения идет по слоям. Меняя частоту, мы изменяем «высоту» наблюдения и можем посмотреть, где началась вспышка и как она развивалась со временем на более высоких высотах. Ведь вспышка занимает большую площадь, она со временем эволюционирует, ее ядро смещается, – отмечает Дмитрий Жданов.

Построить 3D- модель Солнца и «увидеть» прошлое магнитного поля: в обсерватории ИСЗФ СО РАН в Бадарах обновили оборудование

Зачем нужны прогнозы солнечной активности и какие они бывают?

Наблюдения за солнечной активностью, изучение солнечной короны направлены на то, чтобы улучшать прогнозы по вспышкам.

– Но прогноз – это то, что можно предсказать за минуту, час, сутки, неделю. Важно понимать, какой нужен прогноз. Если речь идет о каких-то катастрофических происшествиях на Солнце, которые почувствует все человечество, то это очень редкие события. Сложно предсказать, потому что нет понимания, за какое изменяемое свойство зацепиться, чтобы его изменение было показательным, – говорит Дмитрий Жданов.

В ИСЗФ в начале 1990-х годов была разработана методика, которая предсказывала за два-три дня с вероятностью больше 50%, что активный участок на Солнце может давать солнечные вспышки. Но область применения этой методики была ограничена тем, что участок должен выходить из-за лимба – края солнечного диска. В этих условиях участок имеет инверсную поляризацию, которая говорит нам о том, что эта область Солнца имеет высокую активность. Но это прогноз двух-трех дней. Если пятна находятся непосредственно на самом диске, эта методика не работает.

Построить 3D- модель Солнца и «увидеть» прошлое магнитного поля: в обсерватории ИСЗФ СО РАН в Бадарах обновили оборудование

– Поэтому наибольший интерес для ученых представляет ситуация, когда вспышка уже случилась, взрыв произошел, и есть несколько часов, иногда пара дней, прежде чем вещество дойдет до Земли. Это – прогноз, который можно построить с хорошей достоверностью, но он делается уже по факту самой вспышки: взрыв произошел, прошло восемь минут, пока дошел свет. Вещество же может попасть на Землю, а может и нет – это зависит от того, как оно «полетело», – рассказывает ученый.

Наблюдения позволяют посмотреть, как развивалась и зарождалась вспышка.

– Солнце, говоря популярным языком, – это «плазменная лаборатория», которую невозможно создать на Земле. Мы ее диагностируем дистанционными методами, изучаем плазму. А плазма – это будущее человечества. Если на Солнце что-то произойдет, мы предотвратить ничего не сможем. Мы изучаем саму природу солнечной короны и всех процессов, которые там происходят. Прогноз солнечных вспышек – тоже важно. Но как они влияют на Землю, изучают другие ученые, – говорит Дмитрий Жданов.

Построить 3D- модель Солнца и «увидеть» прошлое магнитного поля: в обсерватории ИСЗФ СО РАН в Бадарах обновили оборудование

Заглянуть в прошлое

Дмитрий Жданов также рассказал, как вообще происходят вспышки на Солнце, и чем важно обновление радиогелиографа.

Солнце – носитель магнитного поля. В результате его дифференциального вращения магнитные силовые линии закручиваются. Они вовлекаются неравномерным движением плазмы и происходит усиление магнитного силового потока. И в какой-то момент эти магнитные силовые линии, как волосы у человека, превращаются в «косы», которые называются солнечными петлями. Эти петли настолько туго закручиваются, что начинают «всплывать», и соединяются в разнополярные пятна на поверхности Солнца.

В разных полушариях лидирующие пятна имеют разную полярность, это одно из свойств Солнца. Все бы ничего, говорит ученый, но по солнечным петлям «бежит» электрический ток. Когда происходит взаимодействие между петлями разной направленности, происходит так называемый процесс пересоединения и выделяется громадное количество энергии. Это все видно в ультрафиолете.

– Что же видим мы со своим телескопом? Пятна наблюдают в оптическом диапазоне. Но мы видим некоторую высоту над пятном, и на ней – две части петель, которые выходят из разных пятен. Петли могут быть невысокими, тогда на определенной частоте будет видно только один участок. Увидеть то, что ниже, мешает непрозрачность атмосферы для определенной длины волны. Мы работали на частоте 5,7 ГГц, ее высота – 10 тысяч километров. Ниже это излучение выходить не может. Соответственно, если мы расширяем диапазон от 3 до 24 ГГц, сможем увидеть петли на разной высоте. Но это, опять же, зависит от высоты всплывающей конструкции. На высоте 5,7 ГГц чаще всего видно то, что находится в вершине петли. Опускание вниз (в диапазоне около 24 ГГц) показывает основания петель, а поднятие (диапазон 3 ГГц) позволяет проследить разворачивание «косы», когда она рвется, – отмечает Дмитрий Жданов.

Построить 3D- модель Солнца и «увидеть» прошлое магнитного поля: в обсерватории ИСЗФ СО РАН в Бадарах обновили оборудование

По словам ученого, на телескоп очень большая надежда как раз в 3D-изучении Солнца. Задача состоит в том, чтобы измерить магнитное поле, понять, какая энергия запасена.

– «Двигателем» всех процессов на Солнце является магнитное поле, и проблема всегда заключается в его измерении. На поверхности его можно измерить магнитометром. Но как только мы поднимаемся над поверхностью, этот способ не работает. Здесь приходит на помощь радиометр, который еще только разрабатывается в моделях. Предсказано, что если вы будете иметь изображение на разных слоях, вы сможете восстановить магнитное поле. Но этого еще никто в мире не делал. И это является важнейшей задачей, которую мы собираемся решить с помощью полученных изображений. Речь идет о поле не в момент вспышки, а перед ней. Мы смотрим, как при вспышке меняется магнитное поле, и разрабатываем новые методы диагностики магнитного поля в атмосфере Солнца, – поясняет Дмитрий Жданов.

При расположении антенн Т-образной решеткой для получения изображения Солнца применяется метод синтеза, в отличие от частотного сканирования, которое использовалось с прежними антеннами. Синтез требует коррелятора, который будет сравнивать все параметры и сводить каждую антенну попарно друг с другом.

Построить 3D- модель Солнца и «увидеть» прошлое магнитного поля: в обсерватории ИСЗФ СО РАН в Бадарах обновили оборудование

Двухметровые антенны выставили на месте старых, однометровые и трехметровые выставлены дополнительно. Получился в итоге «крест» из трех «букв Т».

– На малом сигнале от вспышек все работает хорошо. Мы ждем более мощную вспышку, чтобы проверить, как приборы поведут себя при таких нагрузках. Ведь всем интересно более мощные сигналы обрабатывать, у них выше потенциал того, что они как-то повлияют на Землю, и соответственно, к ним больше научный интерес. Не хотелось бы, чтобы в момент, когда эта вспышка произошла, телескоп не смог ее обработать, – добавляет ученый.

В перспективе все 528 антенн предполагается запустить в тестовом режиме к концу лета 2021 года.

Мария Маякова, Телеинформ. Фото автора

Читайте также:

 
Новости образования в Иркутской области
Рейтинг@Mail.ru Яндекс цитирования Яндекс.Метрика
  • Все права защищены © ООО «ИРА Телеинформ». Любое использование материалов допускается только при наличии гиперссылки на i38.ru (для интернет-СМИ) или на ИА «Телеинформ» (печатные, эфирные СМИ)
  • Дизайн-концепция © «Gombo Design». Верстка и техническая поддержка © «БайкалТелеИнформ»
  • Регистрационный номер — ИА № ФС 77 - 75717, выдан 24.05.2019 Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор)