Сигналы из метагалактики: крыша МИФИ станет обсерваторией

Студенты Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» разработали радиоинтерферометр «МИФИst» для наблюдения за Солнцем и другими астрономическими объектами. Антенные модули высотой всего около 1,5 м можно без проблем установить на крыше здания, например университетского корпуса. Команда проекта так и сделает.

Фокус внимания

Модуль «МИФИst» (st значит «студенческий») состоит из параболической антенны, приемника и «монтировки» — механизма наведения и удержания. Антенна ловит радиоволны, отражает и фокусирует их в точке, где находится приемник.

Антенны разработчики покупают готовые — офсетные параболические овальной формы. Выбрали сетчатые, чтобы не снесло ветром и не скапливались осадки. Правда, к готовой антенне прилагается приемник, на который сфокусирована антенна. Чтобы использовать свой приемник, надо найти этот фокус. «Мы берем обычную рацию, направляем на антенну и перемещаем приемник. Где самый мощный сигнал, там и фокус», — рассказывает инициатор проекта, третьекурсница Института лазерных и плазменных технологий МИФИ Анна Виноградская.

На нужной волне

Если грамотно расставить модули и соединить их кабелями, получится радиоинтерферометр. Вот схема его работы. От источника, например от Солнца, приходит плоская электромагнитная волна, которая движется с конечной скоростью. Разнесенные на определенное расстояние приемники получают волну в разной фазе. Это дает возможность узнать много полезного: интенсивность волны, поляризацию и проч.

«Антенный комплекс можно наводить на разные участки неба и сканировать какой-нибудь объект, — поясняет Анна Виноградская. — Обработав данные, мы получим фотографию. Четкость снимка напрямую зависит от углового разрешения». Чем дальше модули друг от друга, тем угловое разрешение лучше и тем больше маленьких и далеких объектов можно различить.

«МИФИst» будет работать в диапазоне от 300 МГц до 6,5 ГГц. Это одно из окон прозрачности атмосферы — волны почти беспрепятственно проходят сквозь нее, что идеально для радиотелескопов.

Один из главных элементов проекта — система обработки сигнала. Из-за того, что радиоинтерферометр будут использовать в городе, нужно учитывать радиозасветку от телестанций, станций сотовой связи и др. Студенты пишут программы, которые из этого шума вытащат полезную информацию.

От 3D-модели до крыши

Все началось два года назад. «На 1-м курсе мы участвовали в Кубке учебных групп, и там был научный этап — проектная деятельность студенческого научного общества. Мы взяли темой проекта радиотелескоп, построили 3D-модель и выступили с ней на научной сессии. Ирина Владимировна Архангельская, старший преподаватель кафедры экспериментальной ядерной физики и космофизики, была членом жюри. Посмотрела нашу презентацию, увлеклась идеей и стала научным руководителем проекта», — рассказывает Анна Виноградская.

В команде пять студентов 2-го и 3-го курсов, им помогают сотрудники кафедры. Привлекают к проекту и школьников Предуниверситария МИФИ. Они выбирают космические объекты, на которых можно калибровать приемник.

Сейчас группа дорабатывает программы и улучшает конструкцию — например, экраны от так называемого обратного лепестка, чтобы излучение одной антенны не мешало соседней. Модули радиоинтерферометра хотят установить на крышах двух корпусов МИФИ: 42 антенны на одной и 36 на другой. Начнут с прототипа комплекса из пяти антенн, это уже согласовано.

Антенна на полстраны

Модуль «МИФИst» небольшой, диаметр антенны — всего около метра. Но в радиоинтерферометрии фактический размер антенны — это расстояние между сопряженными модулями. Амбициозная цель проекта — развернуть систему сверхдальней радиоинтерферометрии с базой несколько тысяч километров. Так, напарником постов на крышах МИФИ в Москве может стать пост в Иркутске, в Институте солнечно-земной физики Сибирского отделения РАН, или в столице Узбекистана, в ташкентском филиале МИФИ.

Организовать систему радиоастрономических приборов в сотнях и тысячах километров друг от друга — дело сложное и требует учитывать различие антенн. Но поскольку антенный модуль радиоинтерферометра «МИФИst» прост и относительно недорог (около 65 тыс. рублей), задача серьезно упрощается. «Такие антенны можно поставить в любом городе, хоть два десятка, надо только обеспечить их синхронизацию», — отмечает Ирина Архангельская.

Если объединить сигналы с антенн в нескольких городах на расстоянии тысячи километров, разрешающая способность системы позволит изучать не только солнечные вспышки, но и спокойное Солнце, разглядывать на нем объекты размером несколько километров. Кроме вспышек на Солнце прибор может фиксировать их последствия на Земле — возмущения магнитосферы. Летом «МИФИst» планируют использовать на занятиях астрономией со школьниками.

Что может видеть «МИФИst»

• События на Солнце — в спокойном состоянии и при вспышках.
• Излучение водорода в протогалактиках, которые формировались на ранних стадиях эволюции видимой части Вселенной (метагалактики).
• Галактики и их скопления, в том числе радиогало.
• Радиовсплески, пульсары и магнетары.