В Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ» создана технология, потенциально расширяющая возможности радиоастрономических исследований не только для специалистов, но и для учащихся. Студенты и начинающие ученые университета, работая под руководством старшего преподавателя кафедры экспериментальной ядерной физики и космофизики Ирины Архангельской, разработали и построили малогабаритный радиоинтерферометр – прибор для проведения радиоастрономических наблюдений. Он отличается небольшим весом, низкой стоимостью, компактностью и высокой мобильностью. Эта разработка, которую можно установить на стандартной крыше и которая обходится значительно дешевле огромных аналогов, позволяет не только прогнозировать магнитные бури, но и исследовать удаленные области Метагалактики.
Пока ведущие обсерватории мира возводят гигантские, весомые «спутниковые тарелки», команда из МИФИ выбрала иной подход. Концепция возникла не в закрытом конструкторском бюро, а в рамках конкурса научных работ, организованного Студенческим научным обществом МИФИ.
Антенна прибора МИФИ-ST, названного в честь студенческой разработки, имеет диаметр всего 90 сантиметров. Для сравнения, Сибирский солнечный радиотелескоп «Бадары», расположенный в Бурятии, использует антенны диаметром 2,5 метра, для которых необходим фундамент и значительные площади.
«По словам Ирины Архангельской, с этим прибором справится любой человек. Его можно установить на крыше, и главный инженер не станет критиковать такое решение.
Ключевым фактором, определяющим неповторимость разработки, является не аппаратное обеспечение, а математические расчеты и программное обеспечение. Вместо работы с физическими материалами, специалисты из МИФИ делают акцент на цифровых технологиях. «Мы стремимся максимизировать возможности с помощью программного обеспечения для повышения качества сигнала. Наше внимание сосредоточено на увеличении числа антенн, а не на расширении площади каждой», — объясняет студентка Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Анна Виноградская, являющаяся инициатором проекта.
Устройство функционирует в диапазоне частот от 300 МГц до 6,5 ГГц. По словам создателей, именно в этом диапазоне наблюдается большинство явлений, происходящих на Солнце.
Помимо регистрации солнечных вспышек, прибор способен заявлять о себе фиксацией их влияния на Землю – возмущениями магнитосферы. Однако, на этом перечень задач не заканчивается. После установки радиоинтерферометров на крышах зданий МИФИ, они будут применяться для решения широкого круга астрофизических проблем: изучения грануляции Солнца (процессов, схожих с образованием пузырьков на поверхности звезды), исследования облаков молекулярного водорода в разных галактиках, радиогало Галактики, магнитаров, пульсаров и таинственных радиовсплесков, идущих из глубин Вселенной, происхождение которых пока остается неразгаданной загадкой для ученых. Также предусмотрено исследование радиоизлучений, возникающих под воздействием потоков частиц, достигающих земной атмосферы из космоса. В МИФИ действует экспериментальный центр НЕВОД, занимающийся изучением этих космических излучений, и радиоастрономы рассчитывают на продуктивное взаимодействие с коллегами.
Небольшие габариты МИФИ-ST ограничивают его потенциал по сравнению с более крупными аналогами, однако в радиоинтерферометрии ключевым фактором является расстояние между антеннами, объединенными в единую систему. Главная задача проекта заключается в создании системы сверхдальней радиоинтерферометрии (РСД) с базой, достигающей нескольких тысяч километров. В качестве удаленного партнера для «наблюдательного поста», расположенного на крышах МИФИ в Москве, может выступить точка в Иркутске, принадлежащая Институту солнечно-земной физики СО РАН. Еще одна точка может появиться, если компактный интерферометр удастся установить в Ташкенте, поскольку там функционирует филиал МИФИ. Развертывание РСД-системы, при которой радиоастрономические приборы разделены сотнями и тысячами километров, представляет собой весьма сложную задачу, поскольку необходимо учитывать различия антенн. Однако, поскольку антенна МИФИ-ST отличается простотой конструкции, задача по созданию системы с большой базой значительно упрощается. Стоимость одного модуля нового прибора составляет всего 60–70 тысяч рублей, что делает технологию доступной для широкого внедрения. «Такую антенну можно без труда доставить, например, в Иркутск и установить там несколько десятков», – отмечает Ирина Архангельская.
Синхронизация данных, получаемых с антенн, расположенных в Москве, Сибири и Ташкенте, обеспечит достаточную разрешающую способность для изучения не только солнечных вспышек, но и спокойного состояния Солнца, позволяя выявлять структуры, сравнимые по размеру с университетскими аудиториями.
В конструкцию было предусмотрено обеспечение подвижности: будущий интерферометр будет установлен на колеса, что даст возможность изменять положение радиоантенны в пределах нескольких десятков метров. Для подбора оптимального взаимного расположения двух антенн будут использоваться нейросети.
Радиоинтерферометр МИФИ демонстрирует, что масштабные научные исследования не обязательно требуют колоссальных финансовых вложений. Зачастую для этого достаточно студенческой увлеченности, ноутбука и антенны, которую можно установить на крыше, не подвергая перекрытиям опасности.
В летний период радиоинтерферометры МИФИ планируется использовать для проведения занятий по радиоастрономии с учащимися школ. Таким образом, новый прибор обладает не только научной, но и образовательной, а также популяризаторской ценностью.