Вебинары РИЭПП17 мая запланировано проведение вебинара на тему «Нормативно-правовая база функционирования центров коллективного пользования научным оборудованием (ЦКП) и особенности работы с порталом ckp-rf.ru».

Записаться на вебинар и посмотреть программу других вебинаров.

Уникальные научные установки

Радиотелескоп РАТАН-600 (РАТАН-600)

УНУ создана в 1977 году

Данная УНУ была поддержана в рамках мероприятия 1.8 ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы»
Адрес
  • Северо-Кавказский
  • 369167, ст. Зеленчукская, ул. Калинина, д. 1а
  • 🌎http://www.sao.ru/ratan/
Руководитель работ
  • 👤Сотникова Юлия Владимировна
  • 📞 (87878) 46336
  • admsao@sao.ru
Сведения о результативности за 2016 год (данные мониторинга)
Участие в мониторинге Число организаций-пользователей, ед. Число публикаций, ед. Загрузка в интересах внешних организаций-пользователей, %
да132967.76
Базовая организация

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук

Информация об уникальной научной установке (УНУ)

Телескоп РАТАН-600 предназначен для исследований астрономических объектов во всем диапазоне расстояний в Метагалактике: - от самых близких – Солнце, солнечного ветра, планет и их спутников в Солнечной системе  до самых далеких звездных систем – радиогалактик, квазаров и  космического микроволнового фона. Главными преимуществами радиометрического комплекса РАТАН-600 являются: многочастотность, с помощью которой  регистрируются мгновенные спектры в широком частотном диапазоне  от 0,6 до 30 ГГц; большое безаберрационное поле;     высокая разрешающая способность и высокая чувствительность по яркостной температуре, которые позволяют проводить исследования протяженных структур, таких как флуктуации микроволнового фонового излучения на малых угловых масштабах, недостижимых даже на специализированных  космических аппаратах и наземных инструментах.     На инженерно-научном коллективе обсерватории лежит обязанность поддержания технического состояния и модернизации этих телескопов – ремонтно-профилактических работ существующего оборудования, разработки новых аппаратурно-методических комплексов, создания систем регистрации данных, архивации полученных данных и обеспечения доступа к ним, подготовки научных и инженерных кадров.  Основные характеристики РАТАН-600: - Диаметр – 588 м; - Полная геометрическая площадь – 12000 м2; - Допускается параллельная работа в 4-х независимых секторах с геометрической площадью до 3000 м2  каждый; - Предельная разрешающая способность  около двух секунды дуги; - Диапазон длин волн  0,8-50 см; - Предельная чувствительность по плотности потока в одном измерении равна  3 мЯн; - Оснащён многочастотный комплексом  радиометров, работающей в 40 частотных каналах. Радиотелескоп РАТАН-600 обладает не имеющим аналога большим безаберрационным полем для внедрения идеологии крупных матричных радиометров следующего поколения. Сегодня САО РАН является лидером в внедрении в практику наблюдений на рефлекторных радиотелескопах «прорывной технологии»  - многоэлементных матричных  радиометров (аналог ПЗС-матриц в оптике, которые совершили революцию в методах оптической астрономии). Накопленный десятилетиями опыт создания радиометров предельной чувствительности позволил, внедряя новые технологии, повышать потенциал РАТАН-600 на порядки выше первоначального проекта. Чувствительность многих радиометров оказалась выше зарубежных при тех же временах экспозиции.  Возможности РАТАН-600 иллюстрирует тот факт, что телескоп может регистрировать радиоизлучение от самых далеких объектов, родившихся 12-14 млрд. лет назад фактически сразу после того, как Вселенная стала прозрачной для излучения. Объем заявок на пользование РАТАН-600, как правило, в несколько раз превышает текущие возможности, и САО РАН имеет стратегический план дальнейшего расширения возможностей РАТАН-600. Анализ возможностей внедрения новых технологий и методов показал, что потенциал РАТАН-600 может быть увеличен в сто раз при относительно небольших вложениях, составляющих малую часть от первичных капитальных затрат. Три комплекса радиометров сплошного спектра (континуума) РАТАН-600 размещены в трех СВЧ-кабинах облучателей №№ 1, 5 и 6. Комплекс состоит из 11 радиометров в диапазоне от 1 до 49 см. Радиометры находятся в постоянной готовности для круглосуточного использования в наблюдательных программах.Матричная радиометрическая система МАРС-3:1) 16-канальная система, 32 входа (16 независимых радиометров); 2) полоса Δf = 5 ГГц;3) общая шумовая температура системы Тсис = 200–210 К4) чувствительность ΔT = 5 мК/c1/2  (на канал). Спектральный комплекс радиотелескопа РАТАН-600 располагается в наблюдательной кабине № 2, оснащен СВЧ приемными устройствами и анализаторами спектра. Солнечный комплекс: Новый спектрально-поляризационный комплекс высокого разрешения: Диапазон 0.7÷18 ГГц224 каналов с 1% полосой анализа. По сочетанию основных параметров - частотного перекрытия и разрешения, чувствительности и точности поляризационных измерений (0.02-0.03%) - такой комплекс является уникальным прибором в практике солнечной радиоастрономии.

Главные преимущества, обоснование уникальности установки, в том числе сопоставление УНУ с существующими аналогами

РАТАН-600 до сих пор является крупнейшим по диаметру в мире рефлекторным зеркалом и основным в России радиотелескопом, работающим в центральном «окне прозрачности» Земной атмосферы в диапазоне длин волн 1-50 см. Радиотелескоп был зарегистрирован в реестре уникальных установок России (№ 01-44) и включен в Книгу рекордов Гинесса как самый крупный в мире рефлекторный радиотелескоп. РАТАН-600 изначально создавался как инструмент общего пользования, а наблюдательное время распределяется Программным комитетом (КТБТ, Комитет по Тематике Больших Телескопов при Отделении физических наук РАН), в состав которого входят ведущие астрономы России и стран СНГ. В настоящее время САО РАН является единственным наземным центром астрономических наблюдений в стране и де-факто обеспечивает задачи коллективного доступа к ресурсам уникальных научных инструментов. Ежегодно на радиотелескопе РАТАН-600 выполняются наблюдения по 20-25 заявкам ученых России, стран СНГ, дальнего зарубежья. Пользовательский спрос на телескопы САО непрерывно растет – в среднем конкурс по заявкам на РАТАН-600 равен 3:1. Половина наблюдательного времени на телескопах выделяется для ученых из разных институтов России, до 20% времени предназначается для зарубежных астрономов. Остающаяся часть времени используется астрономами САО РАН. Назначение – исследование астрономических объектов. Начиная от самых близких (Солнце и солнечная система: планеты, спутники, солнечный ветер) и кончая самыми удаленными как в пространстве – радиогалактики и квазары, так и во времени – космическое микроволновое фоновое излучение. Международная деятельность САО ведется более чем по 30 постоянным научным темам с коллегами из Германии, Франции, Италии, США, Ирландии, Польши, Китая и других стран. Эти работы включают совместные исследования на телескопах САО, обработку наблюдательных данных, интерпретацию полученных результатов, создание новой приемно-регистрирующей аппаратуры. Кроме проведения фундаментальных исследований на радиотелескопе РАТАН-600 ведутся аппаратурные разработки в области СВЧ-техники, цифровой техники. Также проводятся исследования по изучению солнечно-земных связей и развитие методов прогнозирования событий на Солнце; мониторинг и анализ электромагнитных помех в очень широком частотном диапазоне (до 35 ГГц) с целью более эффективного использования радиоэфира, как для фундаментальных, так и прикладных задач. Создание аналогичного радиотелескопа в настоящее время не представляется целесообразным ввиду неподъемной стоимости. Однако проведение модернизации и финансирование текущей эксплуатации еще многие годы позволит радиотелескопу РАТАН-600 быть одним из затребованных и крупнейших инструментов радиодиапазона. Ни один радиотелескоп в мире не имеет подобного частотного перекрытия с возможностью проведения одновременных наблюдений на всех частотах. Главными преимуществами и уникальностью являются многочастотность, позволяющая получать мгновенные спектры в широком частотном диапазоне (0.6÷30 ГГц); высокая разрешающая сила и высокая чувствительность по яркостной температуре, позволяющая проводить исследования протяженных малоконтрастных деталей, таких как флуктуации микроволнового фонового излучения на малых угловых масштабах, недостижимых даже на специализированных для этих целей космических аппаратах и наземных инструментах.

Основные направления научных исследований, проводимых с использованием УНУ

  • Исследование астрономических объектов во всем диапазоне расстояний в Метагалактике, от самых близких (Солнце, солнечного ветра, планет и их спутников в Солнечной системе) до самых далеких звездных систем (радиогалактик, квазаров и космического микроволнового фона).

Наиболее значимые научные результаты исследований

1) По одновременным данным измерений телескопов РАТАН-600 и Fermi-LAT (1FGL) обнаружена значимая корреляция излучений в радио- и гамма- диапазонах для полос 0.1-1 ГэВ и слабая и незначимая для 10-100 ГэВ для обоих типов блазаров. В среднем, коэффициент корреляции выше у лацертид. Коэффициент корреляции оказался чувствительным к рассматриваемой полосе энергии (у лацертид) и к частоте и полосе энергии (у квазаров с плоским спектром). Полученные результаты говорят в пользу тесной взаимосвязи гамма- и радиоизлучения и образования их из одной популяции фотонов (в рамках синхрокомптоновского модели излучения). 2) Средний нормированный радиоспектр GPS галактик и квазаров имеет ряд отличий: GPS галактики имеют более крутые на высоких частотах спектры, в результате чего их спектры более узкие, чем у квазаров. Низкочастотный спектральный индекс в среднем не отличается. Но он меняется с ростом красного смещения Z- наблюдается его увеличение. Это может говорить в пользу наличия вещества с высокой плотностью излучающих частиц в околоядерных областях GPS-объектов. Численность GPS галактик резко падает с увеличением красного смещения, начиная с z=1. Галактики и квазары на одинаковых Z имеют угловые размеры одного порядка, при этом их светимости могут на порядок отличаться. Наблюдается дефицит объектов на больших красных смещениях с низкими частотами пика (несколько ГГц). Возможно, на больших Z отсутствуют объекты с крупными компонентами синхротронного самопоглощения. 3) Обнаружен рост поглощения рентгеновского излучения до и в течение ярких радиовспышек в GRS1915+105. В 2013 году в ходе 250-дневного мониторинга микроквазара с черной дырой GRS1915+105 на радиотелескопе РАТАН-600 в диапазоне 4.8 - 11.2 ГГц были зарегистрированы яркие вспышки с оптически тонким спектром. Такие вспышки ассоциируются с релятивистскими струйными выбросами, в ходе которых генерируются новые синхротронно радиоизлучающие электроны. За несколько часов до радиовспышек интенсивность рентгеновского излучения уярчается в несколько раз, затем становится сильно переменной в процессе самого выброса от 3 до 8 часов. Изучив данные обсерватории MAXI, установленной на японском модуле МКС, рентгеновской спектроскопии и измеренные кривые рентгеновского блеска в диапазоне 2-20 кэВ, мы впервые оценили начало и конец самого события истечения струи в двух ярких вспышках 2013 года с точностью лучше 3 часов. Был установлено, что непосредственно до вспышки, и в ходе нее, рентгеновское излучение испытывает увеличенное внутреннее поглощение, так как столбцовая плотность водорода существенно (в 3-7 раз) растет за несколько часов до радиовспышек и остается высокой в течение самих струйных истечений. Данный вывод соответствует или модели с ростом концентрации аккрецирующего вещества на относительно высоких "широтах" диска вокруг на черной дыры, или модели, когда во время выброса растет плотность истекающего ветра от самой тесной двойной системе. 4) Обнаружена область истечения плазмы из тени и полутени крупного пятна по наблюдениям в сантиметровом диапазоне волн. По спектрально-поляризационным наблюдениям на РАТАН-600 в диапазоне коротких сантиметровых волн от 1.7 см до 3 см обнаружено холодное поляризованное излучение обыкновенной моды в локальном источнике над крупным пятном NOAA 11289, которое на 2000- 3000 К ниже температуры спокойного Солнца, при температуре необыкновенной моды превышающую фоновую на величину около (30-40)х103 К. Эта область корональной плазмы примыкает к тени крупного пятна и подтверждается истечением плазмы вверх со скоростью до 12 км/с (Fe XII 195 A line, EIS) и низкой плотностью корональной плазмы около 5х108 см-3. Данное явление может указывать как на излучение плазмы в магнитном поле пятна на подфотосферных уровнях, так и на охлаждение плазмы ввиду быстрого ее испарения. Истечение корональной плазмы из пятен может определять изменения в формировании потоков солнечного ветра. 5) Измерения высотной структуры магнитного поля в короне является трудными для оптических методов. Предложен метод непосредственного измерения высот магнитного поля на основе одновременных многоволновых радиоастрономических наблюдений активных областей Солнца на больших позиционных углах. При этом находящиеся на лимбе активные области регистрируются на одномерном скане вдали от его края, значительно уменьшая краевые лимбовые эффекты. Метод эффективно работает в периоды весеннего и осеннего равноденствий, когда позиционные углы максимальны. Проведенные измерения дают возможность определять наклон магнитной структуры и ее высотный градиент. На примере многих наблюдений показано, что высотные структуры отличаются большим разнообразием от монотонных с градиентами около 0.1 Гс/км для спокойных областей до 1.6 Гс/км в случае вспышечно-активных областей. 6) В результате методических улучшений достигнута предельная чувствительность измерения поляризованного сигнала при многоволновых наблюдениях Солнца в микроволновом диапазоне. С этой целью на радиотелескопе РАТАН-600 были применены входные полосковые первичные облучатели, в которых совмещены фазовые центры по правой и левой круговым поляризациям в широком диапазоне радиоволн 3-18.2 ГГц. Благодаря высокой точности совмещения удалось свести уровень инструментального сигнала ниже уровня собственных шумов системы. При наблюдениях мелкомасштабной структуры спокойного Солнца были зарегистрированы поляризованные сигналы, по которым сделаны оценки величины магнитного поля отдельных гранул в пределах 50-230 Гс в рамках механизма тормозного излучения. 7) Впервые создана реально работающая в автоматическом режиме система заблаговременного (1-3 дня) прогноза солнечных вспышек на основе многоволновых поляризационных радиоастрономических наблюдений. Прогноз основан на многолетних исследованиях особенностей спектров микроволнового излучения активных областей, производящих мощные геоэффективные вспышки. В 2013 г на РАТАН-600 в максимуме 11-летнего цикла активности проведена рекордно длительная серия спектрально-поляризационных наблюдений Солнца с 8-минутным временным интервалом, в диапазоне 0.75-18.2ГГц, со спектральным разрешением ~1%, c пространственным разрешением, которая показала высокую эффективность метода с потенциалом развития. 8) Впервые реализован Идеальный радиометр полной мощности, имеющий расчетную чувствительность. Из-за шума вида 1/f (нестабильности различного происхождения) идеальный радиометр полной мощности был не достижим и радиоастрономы работают в модуляционном режиме (сравнение сигнал неба с искусственным опорным сигналом). Модуляционный радиометр имеет чувствительность вдвое хуже, чем идеальный радиометр полной мощности. При модернизации радиометров РАТАН-600 найдены и устранены основные источники шума 1/f. На масштабах времени до 30-50 секунд нами впервые в Мире реализован Идеальный Радиометр Полной мощности. Сейчас в опытной эксплуатации находятся два приемника, работающих в этом режиме. Исследования различных типов шумов в радиометрах РАТАН-600, а также применяемой элементной базы позволили сделать неожиданные выводы: основным источником шума 1/f является СВЧ детектор на диоде с низким барьером Шоттки; радиометр полной мощности на практике показывает чувствительность в 2 раза выше, чем модуляционный радиометр на масштабах времени до 30 секунд; на масштабах времени до 50 секунд чувствительность радиометра полной мощности остается выше, чем модуляционного.

369167, ст. Зеленчукская, ул. Калинина, д. 1а
📷

Перечень объектов в составе УНУ (1)

Наименование Изготовитель Страна Год выпуска Количество единиц
Радиотелескоп РАТАН-600 с комплексом оборудования и систем регистрации
Назначение, основные характеристики
СССР СССР (до 1991 года включительно) 1976 1

Методики (4)

Наименование методики Наименование организации, аттестовавшей методику Дата аттестации
Метод измерения интенсивности излучения в радиоконтинууме на трехчастотном (4.8, 11, 22 ГГц) приемно-измерительном комплексе РАТАН-600 вторичного зеркала №2 Комитет по тематике больших телескопов РАН 18.10.2013
Метод измерения радиоизлучения (интенсивность и поляризация) в диапазоне частот 27-33 ГГц на 16-канальном матричном радиометре МАРС-3 РАТАН-600 вторичного зеркала №2 Комитет по тематике больших телескопов РАН 18.10.2013
Метод измерения радиоизлучения (интенсивности и поляризации) с частотным разрешением до 1% в диапазоне частот 0.75-18 ГГц на солнечном спектрально-поляризационном комплексе РАТАН-600 вторичного зеркала №3 Комитет по тематике больших телескопов РАН 18.10.2013
Метод измерения интенсивности излучения в радиоконтинууме в диапазоне 0.9-30 ГГц на приемно-измерительном комплексе континуума РАТАН-600 вторичного зеркала №1 Комитет по тематике больших телескопов РАН 18.10.2013

Возврат к списку


0 комментариев

Комментарии отсутствуют!

Вы можете оставить свое сообщение первым.

Написать комментарий