Poznajcie radioteleskop, który sięga do początków czasu. Anteny LOFAR znajdują się także w Polsce

W tym artykule:

1. Radioteleskop LOFAR – gdzie się znajduje?
2. Jak działa radioteleskop?
3. Radioteleskop LOFAR – historia
4. Radioteleskop LOFAR – działanie
5. Radioteleskop LOFAR – odkrycia

Pojedyncza stacja LOFAR (LOw Frequency ARray) zajmuje obszar zbliżony wielkością do boiska piłkarskiego. W porównaniu z radioteleskopem takim jak Arecibo wygląda bardzo niepozornie. Żadnych olbrzymich czaszy, ciężkich mechanizmów i skomplikowanych, ruchomych układów. Tylko dwa okrągłe pola, a na nich 96 anten i 96 styropianowych skrzyń.

Radioteleskop LOFAR – gdzie się znajduje?

Ta z pozoru prosta konstrukcja ma jednak ogromne możliwości. W ciągu godziny radioteleskop LOFAR zbiera terabajty danych i sięga tam, gdzie jeszcze całkiem niedawno technologia nie sięgała – niemal do zarania czasu. Trzy stacje LOFAR znajdują się w Polsce:

• w Łozach pod Krakowem (zarządzana przez Uniwersytet Jagielloński);
• w Borówcu pod Poznaniem (należąca do Centrum Badań Kosmicznych PAN);
• w Bałdach pod Olsztynem – historycznie pierwsza, pieczę nad nią sprawuje Uniwersytet Warmińsko-Mazurski.

Takich stacji jest obecnie w Europie 53. Dwie kolejne są aktualnie planowane i budowane. LOFAR to największy radioteleskop na naszym kontynencie.

Polacy zajrzą do średniowiecza wszechświata

Polska dołączy do programu LOFAR badającego kosmos przed miliardami lat, zanim powstały pierwsze gwiazdy.

– Pole LOFAR w Bałdach, podobnie jak każde inne wchodzące w skład systemu, zawiera dwa zestawy anten. Pierwszy z nich przypomina wbite w środku kratownic słupki stabilizowane do pionu przez cztery odciągi. To bardzo czułe anteny dipolowe i system odbiorczy pozwalający na detekcję fal radiowych o długościach od czterech do kilkunastu metrów. Inne elementy ukryte są w tajemniczych czarnych konstrukcjach, ułożonych w okrąg o średnicy przeszło 50 metrów. To z kolei zestaw anten działających w zakresie fal o długości od około jednego do trzech metrów – wyjaśnia prof. Leszek Błaszkiewicz zarządzający stacją LOFAR w Bałdach.

Jak działa radioteleskop?

Fal radiowych nie widzimy ani w żaden sposób ich nie czujemy. Trudno więc wyobrazić sobie pracę radioteleskopu. W skrócie: energia fal radiowych docierających do Ziemi z kosmosu wywołuje niewielkie drgania elektronów w antenach. Powstają wówczas niezwykle słabe prądy elektryczne, rejestrowane przez elektronikę LOFAR. Z tych sygnałów komputery odczytują informacje o najodleglejszych miejscach we Wszechświecie.

Fale radiowe odkryto już w XIX wieku. Także wtedy rozpoczęły się próby ich nadawania i odbierania w celu przesłania wiadomości. Prace nad ulepszeniem transmisji radiowych doprowadziły do rozwoju radioastronomii. W 1931 roku Karl Jansky odkrył, że Droga Mleczna emituje słabe fale radiowe. Każdy z nas może je usłyszeć, przestawiając radio na nieużywaną częstotliwość.

Po raz pierwszy w historii wykryto możliwy sygnał radiowy z egzoplanety

- Jesteśmy przekonani, że zarejestrowaliśmy emisje radiowe – przekonuje Jake Turner, którego praca została opublikowana w czasopiśmie „Astronomy & Astrophysics”.

Wkrótce potem zaczęto prowadzić celowe obserwacje nieba w zakresie fal radiowych. Szczególne triumfy radioastronomia święciła w latach 50. i 60. XX wieku. Wtedy dzięki radioteleskopom odkrywano:

• kwazary (bardzo jasno świecące centra odległych galaktyk),
• pulsary (obracające się gwiazdy neutronowe wysyłające w kosmos regularne impulsy radiowe),
• kosmiczne masery (rejony formowania się gwiazd, emitujące mikrofale).

Te odkrycia były możliwe dzięki radioteleskopom skonstruowanym inaczej niż LOFAR. Były to wklęsłe zwierciadła skupiające energię fal radiowych. Przykładem takiego radioteleskopu była wspomniana wcześniej instalacja w Arecibo. Natomiast radioteleskop LOFAR działa na innej zasadzie, wymagającej zastosowania nowoczesnej informatyki.

Radioteleskop LOFAR – historia

Historia projektu LOFAR sięga 2010 roku. Wówczas oddano do użytku pierwsze elementy tego instrumentu. Wykorzystują one m.in. technologię interferometrii. Pierwsze pola radioteleskopu powstawały w Holandii, która do dziś jest najważniejszym ośrodkiem LOFAR. Jednak już 5 lat później system trafił do Polski, gdzie pod sztandarem polskiego konsorcjum operacyjnego POLFARO zbudowano trzy elementy tego wielkiego europejskiego instrumentu.

Zapierający dech w piersiach obraz wprost z kosmosu. Co stoi za fotografią odległej galaktyki?

Galaktyki spiralne stanowią większość takich obiektów widocznych z Ziemi. Przyzwyczaiły nas już do swojego poukładanego ”czystego” wyglądu struktury dysku z zakręconymi ramionami wych...

Osobą, bez której POLFARO by nie zaistniało, jest prof. Andrzej Krankowski z Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego. To m.in. dzięki jego staraniom w 2015 roku przyjechało do Bałd 15 TIR-ów wyładowanych sprzętem z holenderskiego Astronu. Po zmontowaniu, rozstawieniu i połączeniu sprzęt ten zmienił się w drugą najdalej wysuniętą na wschód stację radioteleskopu LOFAR.

Radioteleskop LOFAR – działanie

Każde pole LOFAR, jak to ulokowane w Bałdach pod Olsztynem, to nie tylko anteny oraz systemy elektroniczne, ale także przeszło 40 km przewodów zakopanych głęboko w ziemi. Dzięki nim do systemu informatycznego mknie sygnał generowany w antenach i odczytywany 200 milionów razy na sekundę. Każda z anten „widzi” całe niebo. Dopiero odpowiednio zaprogramowany system analizatorów wybiera kierunek na niebie. Innymi słowy, wybiera fale radiowe dochodzące od obiektu, który naukowcy w danym momencie chcą obserwować.

Odkryto źródło "obcych" sygnałów radiowych. Pomógł radioteleskop wypluwający 250 GB danych na sekundę

Błyski FRB, silne i mierzone w milisekundach sygnały rejestrowane na falach radiowych to zjawisko równie ciekawe co tajemnicze. Być może emitują je gwiazdy neutronowe z odległych galaktyk, a...

– Nazywamy to tworzeniem wiązki. System sumuje i digitalizuje te informacje i przesyła poprzez specjalnie zestawione łącza internetowe z szybkością dochodzącą do 10 gigabitów na sekundę. Tu bardzo ważny jest nasz partner w konsorcjum POLFAR – Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe. Nie tylko gromadzi ono gigantyczne ilości danych obserwacyjnych (liczone w petabajtach) i dzięki potężnym maszynom obliczeniowym pozwala na ich analizę. Ułatwia również całemu systemowi LOFAR zestawianie superszybkich połączeń internetowych – mówi prof. Błaszkiewicz.

Po co to wszystko? Aby z kosmicznych szumów radiowych uzyskać informacje o najbardziej niezwykłych i najodleglejszych miejscach we Wszechświecie. Bo współczesne, zdigitalizowane techniki obserwacji radiowych pozwalają zajrzeć wyjątkowo daleko w czas i przestrzeń. I widzieć to, co zdaje się niewidzialne.

Radioteleskop LOFAR – odkrycia

W ubiegłym roku na łamach prestiżowego czasopisma naukowego „Astronomy and Astrophisics” opublikowano największą i najdokładniejszą mapę nieba obserwowanego na ultraniskich częstotliwościach radiowych. Zawiera ona ponad 25 tys. supermasywnych czarnych dziur.

Mapę stworzono w oparciu o dane zbierane przez stacje LOFAR. W jej opracowaniu wzięli udział polscy naukowcy: Krzysztof Chyży z Uniwersytetu Jagiellońskiego oraz Katarzyna Małek z Narodowego Centrum Badań Jądrowych. Dzięki obserwacjom prowadzonym przez LOFAR udało się dostrzec wiele pulsarów i kwazarów. Radioteleskop służy też do badania jonosfery – wysoko położonej warstwy atmosfery Ziemi.

– LOFAR otworzył nowe okno obserwacyjne, czyli fale radiowe o długości powyżej jednego metra. Wcześniej nie wiedzieliśmy, jak wygląda Wszechświat na takich falach. A właśnie na nich pulsary świecą najjaśniej. Obserwacje pulsarów, traktowanych jako źródła sygnału będącego narzędziem do sondowania stanu jonosfery, przynosi przełom w opisie tej części ziemskiej atmosfery. Jonosfera jest niezwykle istotna w procesie łączności satelitarnej – wyjaśnia prof. Błaszkiewicz.

Ciekawostki o kosmosie. Czego jeszcze nie wiemy o Wszechświecie?

Ciekawostki o kosmosie bywają intrygujące, zaskakujące, a czasem też trochę straszne. Przede wszystkim uzmysławiają nam jednak, jak mało w gruncie rzeczy wiemy o naturze wszechświata oraz ...

– W Olsztynie prowadzone są też obserwacje Słońca, które w ostatnim czasie staje się coraz bardziej aktywne. Ale stacja LOFAR w Bałdach, oznaczona w systemie jako PL612, to przede wszystkim element jednego wielkiego europejskiego instrumentu. Kilku astronomów z Olsztyna regularnie proponuje i analizuje obserwacje kosmosu na długich falach radiowych, prowadzone całą siecią – dodaje prof. Błaszkiewicz.

Co jeszcze uda się odkryć dzięki takim obserwacjom? Naukowcom marzy się zbadanie obrazu Wszechświata sprzed epoki narodzin gwiazd, z okresu tzw. wieków ciemnych. – Potencjał LOFAR jest ogromny. Ale gdyby tak wyekspediować go poza Ziemię, na przykład na niewidoczną stronę Księżyca, to umożliwiłoby nam poznanie samych początków Wszechświata, czasów tuż po Wielkim Wybuchu – mówi prof. Hanna Rothkaehl z Centrum Badań Kosmicznych PAN.

1 z 3

Poznajcie radioteleskop, który sięga do początków czasu. Anteny LOFAR znajdują się także w Polsce (fot. LOFAR)

Anteny radioteleskopu LOFAR.

2 z 3

Poznajcie radioteleskop, który sięga do początków czasu. Anteny LOFAR znajdują się także w Polsce (fot. LOFAR)

Okablowanie radioteleskopu LOFAR.

3 z 3

Poznajcie radioteleskop, który sięga do początków czasu. Anteny LOFAR znajdują się także w Polsce (fot. LOFAR)

Schemat stacji radioteleskopu LOFAR.