РАТАН 600: назначение и принцип работы

РАТАН-600 – крупнейший радиотелескоп в мире, расположенный в Карачаево-Черкессии. Главное зеркало имеет диаметр 576 метров, а геометрическая площадь антенн составляет 15000 м². Телескоп создан для исследования планет, Солнца, галактик, внегалактических объектов, спектральных излучений и других целей.

История: РАТАН-600

Идея постройки отечественного радиотелескопа на основе работ С. Э. Хайкина и Н. Л. Кайдановского витала с 50-х годов. Первоначально был создан экспериментальный Пулковский телескоп, на базе которого была доказана эффективность антенн переменного профиля для космических исследований.

Это было время холодной войны, когда соперничество США и СССР накалилось до предела. Руководство, вдохновленное запуском первого спутника, требовало (на радость ученым) закрепить успех постройкой грандиозных объектов по исследованию космоса. Ими стали уникальный шестиметровый зеркальный азимутальный телескоп БТА и радиотелескоп РАТАН-600. Окончательно проект утвердили 18.08.1965 года.

К лету 1974-го был сдан северный сектор отражателя и облучатель №1. Первый радиоисточник PKS 0521-36 был исследован 12.07.1974 года. К началу 1977-го были введены остальные части комплекса: плоский отражатель, южный, восточный и западный сектора.

Описание

Телескоп РАТАН-600 эксплуатируется Специальной астрофизической обсерваторией Российской АН (САО) – единственной в РФ обсерваторией мирового уровня. Объект оснащен 576-метровой кольцевой антенной (круговым отражателем), состоящей из 895 элементов. Размер каждого принимающего элемента – 2 м шириной и высотой 11,4 м.

Из общей площади объекта 15000 м² собственно антенна (внешняя часть) занимает всего 3500 м². Внутренняя часть представляет собой открытое пространство, где размещены излучатели, разнообразные устройства, принимающие и анализирующие космическое излучение.

Установлен РАТАН-600, фото которого впечатляет, на южной окраине Зеленчукской станицы (Карачаево-Черкессия). Поселок обсерватории, включающий лабораторные корпуса, жилые здания, школу, расположен на берегу реки Большой Зеленчук вблизи Нижне-Архызского городища 9-13 веков.

Технические характеристики

В приборе РАТАН-600 использованы новые принципы телескопостроения: альтазимутальная монтировка, апертурный синтез и управляемая поверхность. Основные характеристики:

• Частотный диапазон: 610-30000 МГц.
• Волновой диапазон: 1-50 см.
• Точность: 1-10 угловых секунд.
• Угловое максимальное разрешение: 2 угл. сек.
• Предел определения яркостной температуры: 0.050 мК.
• Предел определения плотности потока: 0.500 мЯнских.

Благодаря коллективу исследователей, создающих и постоянно усовершенствующих эти устройства, комплекс остается ключевым элементом в наблюдении за космосом.

Приемные кабины

Помимо кругового отражателя, собирающего и концентрирующего информацию (излучение), РАТАН оснащен пятью приемными кабинами. В них находятся регистрирующие приборы.

Размещаются кабины на железнодорожных платформах, что позволяет перемещать их по 12 радиальным путям. Мобильность обеспечивает исследования объектов на различных азимутах с шагом 30°.

Научная работа

В САО реализуется широкая программа разнообразных исследований, в их числе:

• Комплексное изучение солнечной активности в радиодиапазоне.
• Астрометрия с предельным угловым разрешением (спекл-интерферометрия) двойных и кратных звезд и отдельных звезд с протяженными атмосферами.
• Спектроскопия высокого разрешения атмосфер и ветров звезд различных типов (в частности, комплекс стал основным поставщиком измерений магнитных полей звезд).
• Радио- и оптическая спектроскопия туманностей в нашей и других галактиках.
• Фотометрия с предельным временным разрешением релятивистских объектов (пульсаров, черных дыр и других).
• Фотометрия и спектроскопия умеренного и низкого разрешения микроквазаров, гравитационных линз, нормальных и пекулярных галактик и отдельных звезд в них.
• Построение пространственной и кинематической картины местной группы галактик.
• Фотометрия и спектроскопия оптических компонентов гамма-всплесков на космологических расстояниях.
• Радиокартирование реликтового фона Вселенной.

РАТАН-600 (Зеленчук) имеет статус инструментов открытого коллективного пользования. Наряду с отечественными астрономами значительная часть наблюдательного времени выделяется зарубежным коллегам, как правило, для реализации совместных проектов.

Модернизация

За годы существования САО в ней сформировался уникальный коллектив астрономов-прибористов. За последнее десятилетие специалисты переоснастили телескоп приемниками излучения с высокими и постоянно наращиваемыми характеристиками: чувствительностью, спектральным, пространственным и временным разрешением.

В частности, переоснащена приводная техника вторичных облучателей РАТАН-600 и введена система автоматизированного управления позиционированием облучателей. С 2008-го работает новая версия солнечного спектрально-поляризационного комплекса высокого разрешения (СПКВР-2).

Для представления данных наблюдений Солнца разработан интернет-ресурс, который в режиме реального времени выполняет сбор и анализ данных. Он имеет сервисы для поиска и анализа данных, включая сопоставление с данными других инструментов, получение спектров и других параметров локальных источников.

Продолжаются работы по использованию первичных облучателей с единым фазовым центром, что позволяет «разгрузить» первичный фокус и проводить наблюдения в режиме многочастотного сопровождения (проект «Октава» для облучателей №1 и №3).
Проводятся работы по мониторингу и исследованию внешних помех в дециметровом диапазоне с последующей доработкой приемных трактов по защите от электромагнитных помех радиометров этого диапазона.

Перспективные исследования

САО курирует исследовательские программы, призванные пролить свет на загадки Вселенной. Среди основных проектов:

• Исследования Солнца.
• Структура и кинематика межзвездного газа в областях звездообразования.
• Активность источников внегалактического радиоизлучения.
• Поиск релятивистских струй в активных галактиках и квазарах.
• Исследование структуры и кинематики межзвездного газа в областях звездообразования.
• Исследования спектров внегалактических прото-объектов.
• Космологический ген.
• Наблюдения на Матричной радиотехнической системе МАРС-3.
• Многоволновые наблюдения объекта LSI+61 303.
• Исследование спектров и переменности GPS-источников.
• Одновременные спектры лацертид.
• Мониторинг микроквазаров.

Преимущества

Среди преимуществ российского телескопа специалисты выделяют:

• большое по площади безаберрационное поле;
• многочастотность измерений (0,6-35 ГГц);
• повышенную разрешающую способность;
• повышенную чувствительность по яркостной температуре.

В ближайшие годы РАТАН станет еще лучше: Минобрнауки РФ в 2015-м постановил выделить порядка 100 млн рублей на установку мобильных модулей. Если сейчас радиотелескоп наблюдает объекты, расположенные в прямой видимости, то после модернизации сможет сопровождать исследуемую цель. Эта уникальная возможность расширит функционал комплекса.

Несмотря на солидный для сложного технического объекта возраст, РАТАН-600 продолжает оставаться крупнейшим по площади радиотелескопом. Конкуренцию ему составляет новейший китайский комплекс FAST с пятисотметровой апертурой.