MeerKAT - MeerKAT - Wikipedia

MeerKAT
MeerKAT Radio Telescope.jpg
Блюдо типа MeerKAT
Альтернативные названияТелескоп массива Кару Отредактируйте это в Викиданных
ЧастьРадиоастрономические обсерватории Южной АфрикиОтредактируйте это в Викиданных
Местоположение (а)Северный мыс, Южная Африка
Координаты30 ° 43′16 ″ ю.ш. 21 ° 24′40 ″ в.д. / 30,721 ° ю.ш. 21,411 ° в.д. / -30.721; 21.411Координаты: 30 ° 43′16 ″ ю.ш. 21 ° 24′40 ″ в.д. / 30,721 ° ю.ш. 21,411 ° в.д. / -30.721; 21.411 Отредактируйте это в Викиданных
ОрганизацияДепартамент науки и инноваций
Национальный исследовательский фонд  Отредактируйте это в Викиданных
Длина волны3 см (10,0 ГГц) -30 см (1000 МГц)
Первый свет16 июля 2016 г.Отредактируйте это в Викиданных
Стиль телескопарадиоинтерферометрОтредактируйте это в Викиданных
Количество телескопов64 Отредактируйте это в Викиданных
Диаметр13,5 м (44 футов 3 дюйма) Отредактируйте это в Викиданных
Место сбора9000 м2 (97 000 кв. Футов) Отредактируйте это в Викиданных
Интернет сайтwww.ska.ac.za Отредактируйте это в Викиданных
MeerKAT находится в Южной Африке.
MeerKAT
Расположение MeerKAT
Страница общин Связанные СМИ на Викискладе?

MeerKAT, первоначально Телескоп массива Кару, это радиотелескоп состоящий из 64 антенн в Северный мыс Южной Африки. В 2003 году Южная Африка выразила заинтересованность в проведении Массив квадратных километров (SKA) Радиотелескоп в Африке, а MeerKAT, спроектированный и изготовленный на местном уровне, был включен в первую фазу SKA. MeerKAT выпущен в 2018 году.

Вместе с Водородная эпоха реионизации массива (HERA), также в Южной Африке, и два радиотелескопы в Западная Австралия, то Австралийский СКА Следопыт (АСКАП) и Мурчисон Уайдфилд Массив (MWA) MeerKAT - один из четырех предшественников финального SKA.

История

MeerKAT является предшественником массива SKA-mid, как и система Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA), австралийский SKA Pathfinder (ASKAP) и Murchison Widefield Array (MWA).[1]

Описание

Находится на площадке СКА в г. Кару, и является первопроходцем в области технологий и науки SKA-mid. Он был разработан инженерами Радиоастрономическая обсерватория Южной Африки и южноафриканской промышленности, и большая часть оборудования и программного обеспечения была закуплена в Южной Африке. Он состоит из 64 антенн диаметром 13,5 м каждая, оснащенных криогенными приемниками. Антенны имеют места для четырех приемников, и одна из трех вакантных позиций будет заполнена приемниками S-диапазона, предоставленными Институт радиоастрономии Макса Планка (MPIfR). Конфигурация антенной решетки имеет 61% антенн, расположенных в пределах круга диаметром 1 км, а остальные 39% распределены в радиусе 4 км.[нужна цитата ]

Выходы приемника оцифровываются сразу на антенне, а потоки цифровых данных транспортируются в здание процессора массива Karoo (KAPB) по скрытым оптическим волокнам. Сигналы антенны обрабатываются цифровым сигнальным процессором Correlator / Beamformer (CBF). Данные из CBF передаются компьютерному кластеру научного процессора и дисковым модулям хранения. Данные антенны MeerKAT также доступны ряду предоставляемых пользователем цифровых серверных модулей через CBF, включая поисковые системы пульсаров и быстрых радиопередач (FRB), точную систему синхронизации пульсаров и SETI сигнальный процессор. Система отсчета времени и частоты (TFR) обеспечивает сигналы часов и абсолютного времени, необходимые для дигитайзеров и других подсистем телескопа. Эта система TFR состоит из двух водородных мазерных часов, двух атомных часов с рубидием, точного кварцевого генератора и набора систем приемников GNSS для передачи времени с UTC.[нужна цитата ]

Массивные вычислительные системы и системы цифровой обработки сигналов, расположенные в KAPB, размещены в большой экранированной камере (или Клетка Фарадея ), чтобы радиосигналы от оборудования не создавали помех чувствительным радиоприемникам. Сам KAPB частично заглублен ниже уровня земли, чтобы обеспечить дополнительную защиту от радиопомех (RFI) и обеспечить стабильность температуры. В KAPB также есть установка для кондиционирования электроэнергии для всего объекта, включая три дизельных роторных ИБП, которые обеспечивают бесперебойное электроснабжение всей площадки.[нужна цитата ]

По оптоволокну большой протяженности передаются данные от KAPB в Центр высокопроизводительных вычислений (CHPC) и в офис SARAO в Кейптауне, а также обеспечивается связь для управления и мониторинга с операционным центром SARAO в Кейптауне. Обработка и обработка данных телескопа выполняется на вычислительных средствах, предоставляемых системами MeerKAT SP, и на других высокопроизводительных компьютерных средствах, предоставляемых пользователями MeerKAT.[нужна цитата ]

Характеристики

MeerKAT открыт в июле 2018 г.[2] состоит из 64 тарелок диаметром 13,5 метров каждая со смещением Григорианский конфигурация.[3] Конфигурация офсетной антенны была выбрана потому, что ее незаблокированная апертура обеспечивает бескомпромиссные оптические характеристики и чувствительность, отличное качество изображения и хорошее подавление нежелательных радиочастотных помех от спутников и наземных передатчиков. Он также упрощает установку систем с несколькими приемниками в первичных и вторичных фокусных зонах и является эталонным дизайном для концепции SKA среднего диапазона.[4]

MeerKAT поддерживает широкий спектр режимов наблюдения, включая глубокий континуум, поляризацию и спектральная линия визуализация пульсар и временные поиски. Предоставляется ряд стандартных информационных продуктов, включая конвейер визуализации. Также доступен ряд «ответвлений данных» для поддержки инструментальных средств, предоставляемых пользователем. Запланированы значительные усилия по проектированию и квалификации, чтобы обеспечить высокую надежность, низкие эксплуатационные расходы и высокую доступность.

Характеристики
Количество усиков64
Диаметр тарелки13,5 м
Минимальный базовый уровень29 кв.м.
Максимальный базовый уровень8 км
Полосы частот (приемники)0,58 - 1,015 ГГц
1 - 1,75 ГГц
8 - 14,5 ГГц
Динамический диапазон непрерывной визуализации на частоте 1,4 ГГц60 дБ
Линейный динамический диапазон на 1,4 ГГц40 дБ
Динамический диапазон мозаичного изображения на частоте 1,4 ГГц27 дБ
Перекрестная связь с линейной поляризацией через луч −3 дБ−30 дБ

64 блюда MeerKAT разделены на два компонента:

  • Плотный внутренний компонент, содержащий 70% блюд. Они распределяются двумерным образом с Гауссово распределение со средней дисперсией 300 м, самой короткой базой 29 м и самой длинной базой 1 км.
  • Внешний компонент, содержащий 30% посуды. Они также распределены в двумерном распределении Гаусса со средней дисперсией 2 500 м и самой длинной базой 8 км.

График строительства

Чтобы приобрести опыт в создании интерферометрических телескопов, члены телескопа Karoo Array Telescope построили Поэтапный экспериментальный демонстратор (PED) в Южноафриканская астрономическая обсерватория в Кейптаун с 2005 по 2007 гг.[5]

В 2007 году 15-метровый (49 футов) телескоп экспериментальной опытно-конструкторской разработки (XDM) был построен на Радиоастрономическая обсерватория Хартебестхук в качестве испытательного стенда для MeerKAT.[6]

Строительство массива предшественников MeerKAT (MPA - также известный как KAT-7) на площадке началось в августе 2009 года.[7] В апреле 2010 года четыре из семи первых тарелок были объединены в единую систему для получения первого интерферометрического изображения астрономического объекта. В декабре 2010 г. было успешно обнаружено интерферометрия с очень длинной базой (РСДБ) граница между 26-метровой тарелкой радиоастрономической обсерватории Hartebeesthoek и одной из тарелок KAT-7.[8]

Несмотря на первоначальные планы завершить MeerKAT к 2012 году,[9] строительство было приостановлено в конце 2010 года в связи с реструктуризацией бюджета. Министр науки Наледи Пандор отрицает, что приостановка означает какой-либо провал проекта SKA или «внешние соображения».[10] Строительство MeerKAT не получало финансирования в 2010/11 и 2011/12 гг.[11] В национальном бюджете Южной Африки на 2012 год прогнозировалось, что к 2015 году будет построено всего 15 антенн MeerKAT.[12]

Последний из железобетон фундамент для антенн MeerKAT был завершен 11 февраля 2014 года. Почти 5000 м3 бетона и более 570 тонн стали было использовано для строительства 64 баз за 9 месяцев.[13]

MeerKAT планируется завершить в три этапа. На первом этапе будут задействованы все антенны, но будет установлен только первый приемник. Доступна полоса обработки 750 МГц. На втором и третьем этапах будут установлены оставшиеся два приемника, и полоса пропускания обработки будет увеличена как минимум до 2 ГГц с целью 4 ГГц. После завершения строительства всех шестидесяти четырех антенн MeerKAT начались проверочные испытания, чтобы гарантировать правильную работу приборов.[14] После этого MeerKAT будет введен в эксплуатацию во второй половине 2018 года, а затем массив будет запущен для научных операций.

Инаугурация

13 июля 2018 г. заместитель президента ЮАР, Дэвид Мабуза, открыла телескоп MeerKAT и представила изображение, полученное с помощью MeerKAT, которое показывает беспрецедентные детали области, окружающей сверхмассивную черную дыру в центре нашей Галактики Млечный Путь.

64 антенны MeerKAT будут включены в Фазу 1 среднечастотной решетки SKA после того, как 133 антенны SKA будут построены и введены в эксплуатацию на площадке Кару, в результате чего в общей сложности будет 197 антенн для массива SKA. Вся инфраструктура, связанная в настоящее время с MeerKAT, будет перенесена в массив SKA. KAPB имеет возможность разместить дополнительное оборудование, необходимое для SKA Mid.

График фазирования MeerKAT
2011
Прекурсор (КАТ-7)
2016
MeerKAT, фаза 1
2018
MeerKAT фазы 2 и 3
Количество блюд76464
Полосы приемника (ГГц)0.9 – 1.61.00 – 1.750.58 – 1.015
1.00 – 1.75
8 – 14.5
Максимальная обработанная полоса пропускания (ГГц)0.2560.752 (цель 4)
Макс базовая линия (км)0.2820
Минимальная базовая линия (м)202929

Научные цели

Научные цели опросов MeerKAT соответствуют основным научным мотивам для первого этапа исследования. СКА, подтверждая обозначение MeerKAT в качестве инструмента-предшественника SKA. Пять лет наблюдений на MeerKAT были отведены ведущим астрономам, которые запросили время для проведения исследований.

Сайт

Департамент науки и технологий ЮАР через NRF и SARAO инвестировал более 760 миллионов рандов в инфраструктуру южноафриканского участка SKA. Инновационный дизайн и проектирование инфраструктуры, созданной для MeerKAT, а также среда с низким уровнем шума от радиопомех, благоприятные физические характеристики и технические знания на месте сделали площадку в Кару идеальным местом для других радиоастрономических экспериментов.

Радиотелескоп HERA (Hydrogen Epoch of Reionisation Array) - один из таких инструментов, расположенный на южноафриканской площадке SKA. HERA впервые предназначена для обнаружения радиосигналов от самых первых звезд и галактик, которые сформировались на раннем этапе жизни Вселенной. Южноафриканские инженеры и ученые работают со своими коллегами из Калифорнийского университета в Беркли в США и Кембриджского университета в Великобритании над созданием HERA и использованием ее уникальных и фундаментальных научных возможностей.

Другие эксперименты, которые были построены на сайте SA SKA, включают PAPER (прецизионный массив для исследования эпохи ионизации) и C-BASS (обзор всего неба в диапазоне C).

Чтобы обеспечить долгосрочную жизнеспособность площадки Кару для MeerKAT и SKA, а также для других радиоастрономических инструментов, парламент ЮАР принял в 2007 году Закон о географических преимуществах астрономии. Закон дает министру науки и технологий право защищать области, которые имеют стратегическое национальное значение для астрономии и связанных с ней научных исследований.

Открытия

В сентябре 2019 года международная группа астрономов с помощью южноафриканского радиотелескопа MeerKAT обнаружила огромные шарообразные структуры, возвышающиеся на сотни световых лет над и под центром нашей галактики.[15]

ЮАР и СКА наука и технологии

Опыт, накопленный южноафриканскими инженерами при проектировании и строительстве MeerKAT, был перенесен в конструкцию SKA, что снизило риски и затраты на разработку. Южноафриканские инженеры в рамках SARAO и южноафриканские промышленные партнеры участвовали в 7 из 11 консорциумов инженерного проектирования SKA, составляя около 10% рабочей силы в этих международных консорциумах. Консорциум Infrastructure South Africa и Консорциум сборки, интеграции и проверки (AIV) возглавляются SARAO, а также участие Южной Африки в Консорциуме DISH, Консорциуме обработки научных данных (SDP), Консорциуме передачи сигналов и данных (SaDT Consortium) , Консорциум Telescope Manager (TM) и Консорциум среднечастотных массивов апертуры. Южноафриканские инженеры курировали системные инженерные аспекты 5 консорциумов. SARAO подписала меморандум о взаимопонимании с SKAO о предоставлении ресурсов для Bridging Activities, которые продолжат развитие подсистем SKA теперь, когда консорциумы завершили свою работу. SARAO способствует участию южноафриканских промышленных партнеров в предыдущей работе консорциума и будущих связующих мероприятиях в рамках инициативы по финансированию Программы финансовой помощи (FAP).

Ученые из университетов SARAO и Южной Африки широко представлены в различных научных рабочих группах SKA (SWG), при этом около 10% авторов статей в Научной книге SKA имеют филиалы южноафриканских организаций. Крупные научные проекты MeerKAT (LSP) тесно связаны с научным примером SKA, и существует большое совпадение членства между командами LSP и соответствующими SWG.

Развитие потенциала радиоастрономии в Африке

Чтобы сформировать необходимые навыки для проектирования, изготовления и эксплуатации телескопов SKA и MeerKAT, а также для оптимального использования этих радиотелескопов для исследований, после ввода в эксплуатацию SARAO инициировала программу развития потенциала в 2005 году. Программа полностью интегрирована в операции SARAO, и он создан для развития и удержания превосходных исследователей, инженеров и ремесленников, необходимых для обеспечения успеха MeerKAT и SKA в Южной Африке. На сегодняшний день программа предоставила более 1000 стипендий и стипендий для всех соответствующих академических уровней и для ряда соответствующих квалификаций. Программа пользуется успехом у зарубежных коллег из-за того, что за последние 14 лет она успешно накопила значительный опыт в области радиоастрономии.

Научные проектыРуководители исследований
Тестирование Эйнштейна теория гравитации и гравитационное излучение - Изучение физики загадочных нейтронных звезд посредством наблюдений за пульсарами.Профессор Мэтью Бейлс, Суинбернский центр астрофизики и суперкомпьютеров, Австралия
ЛАДУМА (Глядя на далекую Вселенную с помощью массива MeerKAT)[16] - Ультра-глубокий обзор нейтральный газообразный водород в ранней вселенной.Д-р Сара Блит, Кейптаунский университет, Южная Африка
Д-р Бенне Холверда, Европейское космическое агентство, Нидерланды
Д-р Эндрю Бейкер, Университет Рутгерса, Соединенные Штаты
MESMER (MeerKAT Поиск молекул в Эпоха реионизации ) - поиск CO на высоком уровне красное смещение (z> 7), чтобы исследовать роль молекулярного водорода в ранней Вселенной.Д-р Ян Хейвуд, Оксфордский университет, Объединенное Королевство
Обследование линий поглощения MeerKAT для атомарного водорода и линий поглощения на фоне удаленных источников континуума (соотношение линий OH может дать ключ к разгадке изменений фундаментальных констант в ранней Вселенной).Д-р Нирадж Гупта, АСТРОН, Нидерланды
Д-р Рагхунатан Шриананд, Межуниверситетский центр астрономии и астрофизики, Индия
MHONGOOSE (MeerKAT HI Observation of Nearby Galactic Objects: Observing Southern Emitters) - Исследования различных типов галактик, темная материя и космическая паутина.Профессор Эрвин де Блок, Кейптаунский университет, Южная Африка
TRAPUM (Transients and Pulsars with MeerKAT) - поиск и исследование нового и экзотического пульсары.Д-р Бенджамин Стапперс, Центр астрофизики Джодрелл Бэнк, Объединенное Королевство
Проф Майкл Крамер, Институт радиоастрономии Макса Планка, Германия
Исследование MeerKAT HI Fornax Cluster (Формирование и эволюция галактик в кластерной среде).Д-р Паоло Серра, АСТРОН, Нидерланды
MeerGAL (MeerKAT High Frequency). Галактический самолет Обзор) - Структура и динамика Галактики, распределение ионизированного газа, линии рекомбинации, межзвездный молекулярный газ и мазеры.Д-р Марк Томпсон, Университет Хартфордшира, Объединенное Королевство
Д-р Шармила Гоэдхарт, СКА ЮАР, ЮАР
MIGHTEE (MeerKAT International GigaHertz Tiered Extragalactic Exploration Обзор) - Наблюдения за глубоким континуумом самых ранних радиогалактик.Д-р Курт ван дер Хейден, Кейптаунский университет, Южная Африка
Д-р Мэтт Джарвис, Университет Западной Капской провинции, Южная Африка и Университет Хартфордшира, Объединенное Королевство
ThunderKAT (Охота на динамические и взрывные переходные процессы с помощью MeerKAT) - например, гамма-всплески, новые и сверхновые, плюс новые типы переходных радиоисточников.Профессор Патрик Вудт, Кейптаунский университет, Южная Африка
Проф Роб Фендер, Саутгемптонский университет, Объединенное Королевство
Прорыв Слушайте Поиск Intelligent Life, комменсальный опрос - например, SETI.Доктор Эндрю Симион, Исследовательский центр SETI в Беркли Калифорнийский университет в Беркли, Соединенные Штаты

Африканская сеть интерферометрии с очень длинными базами (AVN)

Африканская сеть интерферометрии с очень длинными базами (VLBI) (AVN) является важным шагом на пути к созданию SKA на африканском континенте. Программа AVN будет передавать навыки и знания в африканских странах-партнерах SKA (Ботсвана, Гана, Кения, Мадагаскар, Маврикий, Мозамбик, Намибия и Замбия) для создания, обслуживания, эксплуатации и использования радиотелескопов.

MeerKAT также будет участвовать в глобальных операциях VLBI со всеми основными радиоастрономическими обсерваториями по всему миру и значительно повысит чувствительность глобальной сети VLBI. Дальнейшие потенциальные научные цели MeerKAT - участие в поиск внеземного разума и сотрудничать с НАСА о загрузке информации с космических аппаратов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Предтечи и первооткрыватели». SKA: Square Kilometer Array (общедоступный веб-сайт). Получено 22 декабря 2020.
  2. ^ «Радиотелескоп MeerKAT открыт в Южной Африке - показывает самый четкий вид на центр Млечного Пути». 13 июля 2018 г.. Получено 9 ноября 2019.
  3. ^ "SKA Africa eNews". СКА Южно-Африканский проект. Архивировано из оригинал 15 октября 2010 г.. Получено 27 октября 2010.
  4. ^ «Обзор концептуального дизайна MeerKAT». MeerKAT. Архивировано из оригинал 14 октября 2010 г.. Получено 29 мая 2011.
  5. ^ «История ПЭД». Телескоп массива Кару. Получено 4 января 2010.
  6. ^ «Прогресс с KAT - XDM». Радиоастрономическая обсерватория Хартебестхук. Получено 30 июн 2009.
  7. ^ Кэмпбелл, Кит (29 мая 2009 г.). «Проект радиотелескопа продвигается с объявлением тендера». Мартин Кример Инженерные новости.
  8. ^ Первые РСДБ-полосы HartRAO-KAT-7 сигнализируют о новых возможностях В архиве 11 марта 2012 г. Wayback Machine
  9. ^ Выступление Департамента науки и технологий по бюджету на 2009/10 год, 18 июня 2009 г.
  10. ^ Планы проекта Square Kilometer Array (SKA) в соответствии с графиком Pandor 9 ноября 2010 г.
  11. ^ Национальный бюджет ЮАР - оценка национальных расходов, таблица 34.6 «Исследования, разработки и инновации», стр. 766
  12. ^ Национальный бюджет ЮАР - оценка национальных расходов стр. 764
  13. ^ «Фундамент телескопа MeerKAT завершен». Phys.org. 11 февраля 2014 г.
  14. ^ Тшангела, Лебо (16 мая 2018 г.). «Телескоп MeerKAT завершен». Новости SABC. Получено 25 мая 2018.
  15. ^ «Южноафриканский телескоп MeerKAT обнаруживает гигантские радио-« пузыри »в центре Млечного Пути». Общедоступный веб-сайт. 12 сентября 2019 г.. Получено 12 ноября 2019.
  16. ^ "Домашняя страница обзора LADUMA (Взгляд в далекую Вселенную с помощью массива MeerKAT)". Архивировано из оригинал 15 марта 2016 г.. Получено 19 августа 2011.
Внешнее видео
значок видео Шеннон О'Доннелл из Creamer Media разговаривает со старшим редактором Engineering News Китом Кэмпбеллом о радиотелескопе MeerKAT. 24 апреля 2009 г.

внешняя ссылка