Самый большой радиотелескоп вмире

      Комментарии к записи Самый большой радиотелескоп вмире отключены

Самый большой радиотелескоп вмире

Строительство мегарадиотелескопа Square Kilometre Array (SKA), в котором примут участие около 20 государств, начнется, в соответствии с графику, в 2017 году, а на плановую мощность конструкция выйдет в 2024-м. Это не такое отдаленное будущее, но создание «массива» — вопрос не только времени и денег (проект до тех пор пока оценивается в ?1,5 млрд), но и разработок, причем кое-какие из них еще лишь предстоит создать.

Чёрные дозвездные столетия

Посредством SKA исследователи рассчитывают собрать материал чтобы получить ответ на вопросы, которые связаны с генезисом материального мира и Вселенной, для того чтобы, каким мы его знаем. Особенный интерес воображают события, случившиеся в конце периода так называемых Чёрных столетий (Dark Ages). Сейчас (380 000 — 150 000 000 лет по окончании Громадного взрыва) буйство ионизированных газов сошло на нет и Вселенная была заполнена атомарным водородом и гелием.

Не обращая внимания на воцарившийся «покой и мир», в этом старом пространстве находилось излучение (реликтовое, и излучение атомарного водорода на волне 21 см). Нейтральный атом водорода по обстоятельству внутриатомного перераспределения энергии испускает квант радиоизлучения один раз за 11 млн лет, но так как у различных атомов это происходит не в один момент, а их огромное количество, такое излучение формирует в полной мере заметный фон.

Больше во Вселенной не было ничего до наступления эры реионизации. Как раз тогда стали образовываться первые космические объекты: звезды, квазары, их скопления и галактики. В том месте, где в пространстве вспыхивали первые светящиеся объекты, они нагревали окружающий газ, водород снова ионизировался, и его излучение на «радиолинии 21» сходило в этих местах на нет.

В том месте, где звездо- и галактикообразование не происходило, фон излучения атомарного водорода сохранялся. Так, улавливая и разбирая старее излучение нейтрального водорода и значение красного смещения в его спектре, возможно составить некую 3D-карту Вселенной, в которой будет видна структура зарождения ранних космических объектов всего через 150 млн лет по окончании Громадного взрыва. Как раз такую карту с высоким разрешением и окажет помощь, как сохраняют надежду ученые, выстроить SKA.

В отыскивании космических часов

Еще одна фундаментальная задача — обнаружение гравитационных волн, существование которых было предсказано Эйнштейном. Фактически, для этого выстроены наземные интерферометры типа LIGO, пробующие «поймать» волну, зафиксировав ее действие на время прохождения лазерного луча. Но имеется второй способ. Во Вселенной имеется космические объекты называющиеся «миллисекундные радиопульсары», периоды которых отличаются поразительной точностью — на уровне ядерных часов.

В случае если весьма совершенно верно замерить период излучения для того чтобы пульсара, а лучше целого массива, то возможно найти гравитационную волну, которая для находящегося на Земле наблюдателя внесет искажение во время излучения пульсара либо пульсаров. SKA с его огромными возможностями окажет помощь отыскать новые миллисекундные радиопульсары и с большой точностью замерит их периоды, что может существенно продвинуть дело с поиском гравитационных волн.

Два интернета в сутки

Дабы достигнуть таких впечатляющих результатов, мало тысяч антенн, раскиданных на тысячи километров. SKA — это большой поток данных, что будет каждый день генерироваться, обрабатываться, анализироваться и храниться. Согласно расчетам экспертов компании IBM, которая участвует в проекте SKA в рамках программы DOME, каждый день инструмент будет генерировать 1 эксабайт (1018 байт) информации, что в два раза больше, чем целый интернет на земном шаре.

Приобретаемый поток разрешённых будет обрабатываться суперкомпьютерами, выступающими в роли процессоров визуализации, — радиоастрономическая информация должна быть представлена в виде неких дешёвых для анализа карт. Ежедневная продукция этих процессоров составит порядка одного петабайта (1015 байт) в сутки. И все это достаток нужно где-то хранить, снабжая наряду с этим легкий доступ к нему для исследователей.

Как поведали «ПМ» в лаборатории IBM в Цюрихе, работа над SKA есть для ученых компании одним из самых прорывных и масштабных проектов, в которых задействованы «громадные эти» (Big Data). Предстоит трудиться сходу над несколькими направлениями — это разработка вычислительных мощностей, талантливых совладать с количествами данных в эксабайтном масштабе, создание на базе нанофотонных разработок сверхбыстрых магистралей для передачи информации, конструирование нового хранения устройств и поколения памяти данных.

Нужно осознавать наряду с этим, что SKA предполагается развернуть в пустынных пустынях Южного полушария, где практически нет радиопомех, но нет и энергетической инфраструктуры. Исходя из этого главным понятием делается энергосбережение. Ответ подсказывают, например, мобильные разработки: так как современные смартфоны демонстрируют высокие вычислительные мощности при маленьком энергопотреблении.

Представители IBM говорят о «микросерверах», каковые на данный момент разрабатываются и будут задействованы в работе SKA.

И скоро, и большое количество

Особенное направление — хранение и память данных, поскольку эксабайтные масштабы и тут диктуют собственную специфику. Потому, что данных огромное количество, их запрещено продолжительное время хранить в энергозависимой памяти типа DRAM. Иначе, потому, что эти количества информации будут потребовать анализа и немедленной обработки, сходу отправлять их в устройства хранения типа твёрдых дисков также запрещено, в противном случае скорость обработки снизится до непозволительных значений.

Исходя из этого IBM предлагает выстроить для SKA совсем новую иерархию запоминающих устройств. Между DRAM и устройствами хранения ёмкости и разной скорости (как сообщили бы раньше, между ПЗУ и ОЗУ) встроить новый тип памяти — «память класса хранилища» (Storage Class Memory).

Такая память должна быть энергонезависимой (другими словами не обнулять эти по окончании отключения электропитания), предоставлять намного более стремительный, чем жесткий диск либо флеш-память, доступ к данным, легко масштабироваться и, что важно, иметь довольно низкую цена. В действительности речь заходит не о конкретной технологии (разработки смогут быть различными), а о новом типе запоминающего устройства, сочетающем в себе функции оперативной памяти и хранения данных.

Однако IBM предлагает в качестве технологической базы для «памяти класса хранилища» память на базе фазового перехода. Имеется в виду изменение структуры с кристаллической на аморфную, происходящее под действием нагрева в химических соединениях типа халькогенидов. В следствии этого процесса изменяются, к примеру, отражающие особенности так называемых халькогенидных стекол (используемых в DVD-дисках).

Кроме этого при фазовом переходе халькогенида изменяется и сопротивление самого материала. Как раз значение сопротивления станет единицей хранения информации в «памяти класса хранилища», разрабатываемой IBM. Причем между всецело кристаллической и всецело аморфной формами смогут быть и промежуточные состояния (это зависит от интенсивности нагрева, другими словами от напряжения, поступающего на электрод), соответственно, одна ячейка памяти может иметь не два состояния (как в DRAM), а, к примеру, четыре, что содействует масштабированию, другими словами более компактному размещению запоминающего устройства.

Применение в SKA «памяти класса хранилища» разрешит перевоплотить всю иерархию связанных с радиотелескопом устройств хранения данных в высокодинамичную совокупность, где самые актуальные эти будут неизменно под рукой. Вместе с тем для хранения архивов IBM предлагает ветхую хорошую магнитную ленту. Не смотря на то, что и не совсем ветхую — IBM демонстрирует сейчас пленку, которая способна записать до 29 ГБ данных всего лишь на один квадратный ее дюйм.

И не смотря на то, что по скорости доступа лента намного уступает кроме того оптическим носителям, ее низкая стоимость, соотношение физического количества с количеством записанных данных, мобильность ставят ее вне конкуренции, в случае если речь заходит о больших архивах данных ежедневного сканирования Вселенной.

Создание самого громадного в истории научного инструмента

Благодаря своим невиданным прежде возможностям SKA сможет учавствовать в ответе следующих фундаментальных задач:

поиск миллисекундных радиопульсаров для детекции гравитационных волн;понимание и исследование природы тёмной материи и тёмной энергии;изучение магнетизма во Вселенной и карты 3и-составление космического магнетизма;действия и исследование генезиса черных дыр;изучение эры реионизации вселенных и галактик и возникновения звёзд;поиск сигналов от внеземных цивилизаций.

Создание самого громадного в истории научного инструмента — это технологический вызов человечеству, что потребует передовых разработок в материаловедении, вычислительных разработках и ПО.

Эмуляция гиганта

    Могучий поток с небес SKA — это не только прикосновение к тайнам времени и пространства, но еще и большой поток данных, с которым нужно обучиться трудиться

SKA будет складываться из тысяч маленьких радиотелескопов, каковые расставят на огромных территориях, которыми владел нескольким государствам.

Вычислительная техника объединит поставляемые антеннами эти и сможет эмулировать так работу одного радиотелескопа с огромным фокусирующим зеркалом. Телескоп, либо радиоинтерферометр, сможет сканировать небо вдесятеро стремительнее, чем сейчас существующие радиотелескопы, на частотах от 70 МГц до 10 ГГц.

Принимающие устройства SKA включают в себя три типа: классические антенны-блюдца диаметром 15 м, и высокочастотные и среднечастотные массивы антенн, могущие принимать излучение из любой точки неба и трудящиеся по типу фазированной антенной решетки.

На данный момент существуют прототипы-демонстраторы, к примеру голландский LOFAR (около 1% мощности SKA).

Глаза пустыни

    SKA будет состоять не только из классических антенн-блюдец, но и из омнидирекциональных массивов, трудящихся по принципу фазированной антенной решетки. Направление луча будет вычисляться по отличию фаз в момент успехи разнесенных в пространстве антенн

Не смотря на то, что штаб-квартира SKA будет размешаться в известной манчестерской обсерватории «Джодрелл Бэнк» (Англия), массивы антенн разместятся в пустынных районах Южного полушария, где антропогенное радиоизлучение сведено к минимуму.

— Ядро телескопа (круг 5 км в диаметре с громадным числом антенн всех типов) отыщет собственный место в южноафриканской пустыне Кару, на высоте 1000 м над уровнем моря.

— Ядро будет окружено двумя периферийными территориями (до 180 и до 3000 км от центра). Так, отдельные станции SKA разместятся не только в ЮАР, но и в Ботсване, Мозамбике, Намибии а также в Кении и на Мадагаскаре.

— Первоначально за право разместить телескоп соревновались ЮАР, Австралия, Китай и Аргентина. Последние две государства выбыли из конкурса, а вот Новая Зеландия и Австралия также создадут у себя личный массив SKA.

Статья «память и Вселенная» размещена в издании «Популярная механика» (№122, декабрь 2012).

Китай запустил самый большой в мире радиотелескоп


Интересные записи на сайте:

Подобранные по важим запросам, статьи по теме: