MeerKAT - MeerKAT
 Блюдо типа MeerKAT | |
| Альтернативные названия | Телескоп массива Кару  |
|---|---|
| Часть | Радиоастрономические обсерватории Южной Африки |
| Местоположение (а) | Северный мыс, Южная Африка |
| Координаты | 30 ° 43′16 ″ ю.ш. 21 ° 24′40 ″ в.д. / 30,721 ° ю.ш. 21,411 ° в.д.Координаты: 30 ° 43′16 ″ ю.ш. 21 ° 24′40 ″ в.д. / 30,721 ° ю.ш. 21,411 ° в.д. |
| Организация | Департамент науки и инноваций Национальный исследовательский фонд |
| Длина волны | 3 см (10,0 ГГц) -30 см (1000 МГц) |
| Первый свет | 16 июля 2016 г. |
| Стиль телескопа | радиоинтерферометр |
| Количество телескопов | 64 |
| Диаметр | 13,5 м (44 футов 3 дюйма) |
| Место сбора | 9000 м2 (97 000 кв. Футов) |
| Интернет сайт | www |
  Расположение MeerKAT | |
 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
![[значок]](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1c/Wiki_letter_w_cropped.svg/20px-Wiki_letter_w_cropped.svg.png){kind=small} | Эта секция нуждается в расширении. Вы можете помочь добавляя к этому. (Декабрь 2020 г.) |
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.
| Количество усиков | 64 |
| Диаметр тарелки | 13,5 м |
| Минимальный базовый уровень | 29 кв.м. |
| Максимальный базовый уровень | 8 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 ГГц | 60 дБ |
| Линейный динамический диапазон на 1,4 ГГц | 40 дБ |
| Динамический диапазон мозаичного изображения на частоте 1,4 ГГц | 27 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.
| 2011 Прекурсор (КАТ-7) | 2016 MeerKAT, фаза 1 | 2018 MeerKAT фазы 2 и 3 | |
|---|---|---|---|
| Количество блюд | 7 | 64 | 64 |
| Полосы приемника (ГГц) | 0.9 – 1.6 | 1.00 – 1.75 | 0.58 – 1.015 1.00 – 1.75 8 – 14.5 |
| Максимальная обработанная полоса пропускания (ГГц) | 0.256 | 0.75 | 2 (цель 4) |
| Макс базовая линия (км) | 0.2 | 8 | 20 |
| Минимальная базовая линия (м) | 20 | 29 | 29 |
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 проекты | Руководители 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
- Австралийский квадратный километр Array Pathfinder
- Радиоастрономическая обсерватория Хартебестхук
- Кару
- САСЫ SEDS Южная Африка
- Список радиотелескопов
- Прецизионный массив для исследования эпохи реионизации
- Южноафриканская астрономическая обсерватория для оптической астрономии в Южной Африке
- Массив квадратных километров
Рекомендации
- ^ «Предтечи и первооткрыватели». SKA: Square Kilometer Array (общедоступный веб-сайт). Получено 22 декабря 2020.
- ^ «Радиотелескоп MeerKAT открыт в Южной Африке - показывает самый четкий вид на центр Млечного Пути». 13 июля 2018 г.. Получено 9 ноября 2019.
- ^ "SKA Africa eNews". СКА Южно-Африканский проект. Архивировано из оригинал 15 октября 2010 г.. Получено 27 октября 2010.
- ^ «Обзор концептуального дизайна MeerKAT». MeerKAT. Архивировано из оригинал 14 октября 2010 г.. Получено 29 мая 2011.
- ^ «История ПЭД». Телескоп массива Кару. Получено 4 января 2010.
- ^ «Прогресс с KAT - XDM». Радиоастрономическая обсерватория Хартебестхук. Получено 30 июн 2009.
- ^ Кэмпбелл, Кит (29 мая 2009 г.). «Проект радиотелескопа продвигается с объявлением тендера». Мартин Кример Инженерные новости.
- ^ Первые РСДБ-полосы HartRAO-KAT-7 сигнализируют о новых возможностях В архиве 11 марта 2012 г. Wayback Machine
- ^ Выступление Департамента науки и технологий по бюджету на 2009/10 год, 18 июня 2009 г.
- ^ Планы проекта Square Kilometer Array (SKA) в соответствии с графиком Pandor 9 ноября 2010 г.
- ^ Национальный бюджет ЮАР - оценка национальных расходов, таблица 34.6 «Исследования, разработки и инновации», стр. 766
- ^ Национальный бюджет ЮАР - оценка национальных расходов стр. 764
- ^ «Фундамент телескопа MeerKAT завершен». Phys.org. 11 февраля 2014 г.
- ^ Тшангела, Лебо (16 мая 2018 г.). «Телескоп MeerKAT завершен». Новости SABC. Получено 25 мая 2018.
- ^ «Южноафриканский телескоп MeerKAT обнаруживает гигантские радио-« пузыри »в центре Млечного Пути». Общедоступный веб-сайт. 12 сентября 2019 г.. Получено 12 ноября 2019.
- ^ "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 | |
|---|---|
 Шеннон О'Доннелл из Creamer Media разговаривает со старшим редактором Engineering News Китом Кэмпбеллом о радиотелескопе MeerKAT. 24 апреля 2009 г. |