5 декабря 2022 года, началась работа над тем, что может стать самым революционным научным объектом за всю историю: Обсерваторией квадратного километра (SKAO). Этот мегателескоп будет гораздо более чувствительным и мощным, чем все, что существовало до него, делая большинство современной астрономической техники устаревшей. SKAO также предоставит нам беспрецедентный вид на вселенную и поможет ответить на некоторые из самых насущных вопросов науки и человечества о природе бытия. Но как SKAO этого добьется?
SKAO — это телескоп, но не такой, к каким вы привыкли. Видите ли, это радиотелескоп, а не визуальный телескоп, что означает, что он построен с использованием тарелок и антенн, а не оптических зеркал и линз. Это значит, что SKAO не может создавать изображения; вместо этого он собирает радиосигналы, излучаемые многими астрономическими объектами. Поскольку нет "изображения", множество тарелок и антенн можно легко объединить для создания более сильного и детализированного сигнала, так как данные, которые они производят, проще и, следовательно, легче правильно объединить. Эта техника делает SKAO одним из самых чувствительных телескопов в истории.
В общем, SKAO состоит из трех мест: австралийского, который будет использовать низкочастотные радиоантенны, похожие на рождественские елки; южноафриканского, который будет использовать среднечастотные радиотарелки (как на изображении выше); и центра сбора и обработки данных в британском Джодрелл-Банке. Работа началась как в Австралии, так и в Южной Африке, и к 2024 году там будет четыре активных антенны в Австралии и шесть рабочих тарелок в Южной Африке. Эти антенны и тарелки будут тестироваться, чтобы убедиться, что они могут работать вместе гладко. Как только инженеры убедятся в этом, два места будут полностью развиты. Это строительство должно быть завершено к 2028 году, и SKAO будет иметь 130 000 антенн и тарелок, что даст им общую площадь сбора сигнала в 500 000 квадратных метров. После 2028 года SKAO сможет начать наблюдения, но площадка будет продолжать расширяться, пока общая площадь наблюдения не достигнет огромных 1 000 000 квадратных метров!
Для сравнения, знаменитый радиотелескоп Аресибо занимал всего 73 061 квадратный метр, а невероятно чувствительный JWST имеет площадь всего 25 квадратных метров. Таким образом, SKAO станет и самым большим, и самым чувствительным телескопом в истории!
Но почему он устроен именно так?
Ну, хотя радиотелескопы не подвержены влиянию атмосферы или погоды из-за того, что радиосигналы могут проходить через воздух и облака без препятствий, на них влияет локальный шум, созданный человеком, включая коммуникации, мощные электрические системы и даже микроволновые печи, которые излучают много радиоволн. Южное полушарие имеет гораздо меньше радиошума, и места, используемые SKAO, особенно тихие, что позволяет телескопу быть невероятно чувствительным. Более того, в южном полушарии гораздо лучше виден Млечный Путь, что помогает SKAO наблюдать гораздо больше, чем он мог бы в северном полушарии. Что касается британского сайта, Джодрелл-Банк является родиной радиоастрономии и, как таковой, обладает мировым уровнем экспертизы в этой области. Поэтому имеет смысл отправлять данные от SKAO в Джодрелл, так как это одно из лучших мест для их расшифровки и анализа.
Все эти факторы вместе означают, что SKAO будет в 50 раз более чувствительным и способным сканировать небо в 10 000 раз быстрее, чем любой другой радиообсерваторий. Это эквивалентно наличию визуального телескопа с чрезвычайно высоким разрешением и широким углом обзора, который может изображать тысячи звезд на одном изображении с достаточной детализацией, чтобы обнаруживать экзопланеты вокруг них. С учетом этого астрономы невероятно взволнованы возможностью запуска SKAO.
Но с такой наблюдательной мощностью, какие открытия может сделать SKAO?
Для начала, он будет использоваться для проверки теории общей относительности Эйнштейна до предела. Видите ли, относительность — это теория гравитации Эйнштейна, и это одна из самых тщательно проверенных теорий в науке, так как она предсказала астрономические явления, такие как черные дыры, орбита Меркурия, гравитационные волны и гравитационное линзирование. Но относительность несовместима с квантовой теорией, и квантовая теория недавно была протестирована и подтверждена так же тщательно, как и относительность. Это означает, что одна из двух теорий на самом деле неверна. SKAO намеревается тестировать относительность в экстремальных ситуациях, используя пульсары и черные дыры. Пульсары, видите ли, излучают радиосигналы с регулярной периодичностью, что делает их похожими на огромные часы, которые никогда не теряют времени. Согласно относительности, черные дыры создают чрезвычайно искривленное пространство-время, что приводит к предсказуемому количеству замедления времени, поэтому SKAO намерен наблюдать пульсар, вращающийся вокруг или падающий в черную дыру. SKAO затем сможет определить, происходит ли это замедление времени так, как предсказывал Эйнштейн (подтверждая его правоту) или же нет, и более точной окажется другая модель гравитации. Если SKAO сможет внести вклад в разработку новой теории гравитации, это может проложить путь к созданию единой теории всего, включающей гравитацию и квантовую механику.
SKAO также сможет исследовать темную материю и темную энергию. Видите ли, SKAO будет невероятно чувствителен к свету длиной волны 21 см, который излучает водород при возбуждении. Поскольку большая часть вселенной состоит из водорода (звезды), SKAO сможет точно картировать миллиарды галактик в 3D. Это детальное картирование позволит нам увидеть, как темная материя удерживает галактики вместе и как темная энергия разрывает вселенную, что позволит создать модели этих двух явлений. Надеемся, что это новое понимание поможет ответить на одну из крупнейших загадок космологии: что такое темная материя и темная энергия?
Но самой важной миссией для SKAO является его миссия "Колыбель жизни".
SKAO достаточно чувствителен, чтобы не только обнаруживать экзопланеты, но и выявлять отдельные соединения на этих далеких мирах. Химические соединения имеют так называемые линии излучения и поглощения. Эти "линии" — это частоты света (включая радиоволны низкой частоты), которые соединения излучают или поглощают при возбуждении или освещении.
Способность SKAO обнаруживать эти линии позволяет ему искать биосигнатуры, или строительные блоки жизни, такие как аминокислоты, на потенциально обитаемых экзопланетах. Это, в сочетании со способностью SKAO сканировать звездные системы с невероятной скоростью, предполагает, что это может быть нашим лучшим шансом на обнаружение наших космических соседей. То есть, если они вообще существуют.
Астрономия действительно вступает в новую эру. В сотрудничестве с передовыми телескопами, такими как JWST и предстоящим Космическим телескопом Романа, SKAO предоставит нам поразительно глубокие инсайты в реальность нашей вселенной. Так что готовьтесь к грандиозным открытиям в ближайшие годы.