Реферат циклу робіт " Радіовипромінювання Всесвіту на декаметрових хвилях"



Скачати 104.79 Kb.
Дата конвертації08.05.2018
Розмір104.79 Kb.
ТипРеферат


РЕФЕРАТ

циклу робіт

Радіовипромінювання Всесвіту на декаметрових хвилях”

Представлено Радіоастрономічним інститутом НАН України для участі у конкурсі зі здобуття Державної премії України у галузі науки і техніки за 2018 рік.


Автори:

Коноваленко О.О., ак., д.ф.-м.н., Захаренко В.В., чл.-кор., д.ф.-м.н., Калініченко М.М., д.ф.-м.н., Мельник В.М., д.ф.-м.н.,

Сидорчук М.А., н.сп., Станіславський О.О., д.ф.-м.н.,

Степкін С.В., н.сп., Ульянов О.М., к.ф.-м.н.
Радіоастрономія є одним з найбільш прогресуючих напрямів фундаментальної науки, який значно збагатив знання людства про Всесвіт. Є вагомі підстави вважати, що подальший розвиток цієї науки дасть нові відкриття, що важливі як для астрофізики, так і для фізичної науки у цілому. Зараз відповідні дослідження охоплюють надширокий діапазон космічного радіовипромінювання від кілометрових, гектаметрових, декаметрових, метрових хвиль (частоти 30 кГц ... 300 МГц), які відносяться до низькочастотної радіоастрономії, до високочастотних діапазонів (300 МГц … 300 ГГц) із дециметровими, сантиметровими і міліметровими довжинами хвиль.

Нагадаємо, що радіоастрономія як наука народилася саме у декаметровому діапазоні хвиль біля 85 років тому завдяки Карлу Янському, котрий випадково відкрив радіовипромінювання нашої Галактики поблизу частоти 20 МГц. Однак подальший прогрес цієї молодої науки був пов'язаний, перш за все, з освоєнням усе більш короткохвильових ділянок радіоспектра – до сантиметрових та міліметрових хвиль. Причини цього прості та очевидні – для покращення кутової роздільної здатності (це одне з головних завдань спостережної астрономії взагалі), яке визначається відношенням довжини хвилі електромагнітного випромінювання до розміру телескопу необхідно скорочувати довжину хвилі. Крім того, вже в ті роки стали очевидними і інші апаратно-методичні та фізичні проблеми низькочастотної радіоастрономії. До них відносяться висока яскравісна температура галактичного фону, яка обмежує чутливість, негативний вплив середовища розповсюдження низькочастотних радіохвиль, що катастрофічно руйнує структуру космічних сигналів, а також величезна кількість земних радіозавад штучного та природного походження, значно інтенсивніших, ніж корисні сигнали з космосу.

По цій причині до 60-х років минулого століття невелика кількість найбільш низькочастотних радіотелескопів (перш за все, декаметрового діапазону хвиль з частотами 10…30 МГц , оскільки на менших частотах радіовипромінювання на Землю взагалі не проходить, поглинаючись в іоносфері) мали низькі кутову роздільну здатність, чутливість, вузьку смугу частот, неможливість керування променем. Однак вже тоді попередні фізичні та астрофізичні оцінки показували, що низькочастотна радіоастрономія спроможна давати деяку унікальну інформацію про Всесвіт. В основі таких оцінок було порівняння спектральних індексів різних механізмів випромінювання, які принципово відрізняються за значенням та знаком – теплове радіовипромінювання домінує на високих радіочастотах та в оптиці, а нетеплове радіовипромінювання – навпаки, у тисячі разів більш інтенсивне на низьких частотах. Безумовно, ці передбачення вимагали ретельного експериментального та теоретичного підтвердження.

Одним з тих, хто першим оцінив високу астрофізичну значущість радіоастрономії декаметрових хвиль і ризикнув розпочати її розвиток, був видатний вчений академік НАН України Семен Якович Брауде (1911 – 2003). Під його керівництвом в 60-х роках минулого століття почала створюватися експериментальна база декаметрової радіоастрономії. В результаті біля 50 років тому під Харковом був побудований унікальний величезний радіотелескоп УТР-2. Дещо пізніше у різних місцях України на відстанях до 1000 км (розподілених з півдня на північ і з заходу на схід) була побудована серія радіотелескопів УРАН-1…УРАН-4. Не можна з вдячністю не згадати постійну підтримку розвитку цього напряму Президента НАН України Бориса Євгеновича Патона і всього керівництва Академії.

Відразу після створення та введення в дію радіотелескопу УТР-2 стали зрозумілими деякі недоліки в апаратно-методичній сфері, що були пов’язані з рівнем науки і техніки тих далеких років. Це обмежувало також спостереження та широкомасштабні астрофізичні дослідження. В ті часи головним чином вивчалися найбільш інтенсивні радіоджерела континуального (неперервного) випромінювання, галактичний фон, а також потужні радіосплески Сонця та Юпітера. Можна при цьому згадати, що тоді світова низькочастотна радіоастрономія практично взагалі не розвивалась за вказаними вище причинами.

Тим не менш ситуація змінилася у 70-х роках, коли у низькочастотну радіоастрономію прийшло нове покоління фахівців, що добре знали напівпровідникову і мікросхемотехнику, цифрову реєстрацію і обробку сигналів, комп’ютери та програмування, теорію інформації, методи сучасної теоретичної й експериментальної фізики. Саме вони збагатили апаратно-методичну і спостережну ідеологію УТР-2, що на протязі останніх десятиліть відкрило принципово нову сторінку в існуванні та розвитку декаметрової радіоастрономії. Це дозволило отримати безліч пріоритетних наукових результатів, які стали добре відомими, визнаними, затребуваними світовою радіоастрономічною спільнотою та стимулювали активний розвиток цього актуального наукового напряму за кордоном.



Значною мірою наукова новизна поданого циклу робіт та високий рівень отриманих результатів були забезпечені комплексним підходом усіх виконавців робіт до наукової діяльності, а саме, поєднанням апаратно-методичних розробок та досліджень, проведенням довготривалих складних радіоастрономічних спостережень на найкращих в світі вітчизняних радіотелескопах і обробкою великих об’ємів експериментальних даних, астрофізичною інтерпретацією та теоретичним аналізом спостережної інформації. Це дозволило отримати нові наукові результати в усіх перерахованих вище напрямах діяльності, серед яких головними є наступні.

  1. Розроблені, впроваджені та постійно модернізуються нові системи, елементи та антени найбільших в світі українських радіотелескопів декаметрових-метрових довжин хвиль УТР-2, УРАН-1, УРАН-2, УРАН-3, УРАН-4, ГУРТ. Разом зі створенням декількох поколінь аналогової та цифрової приймально-реєструючої апаратури і нової експериментальної методології забезпечено найкраще в світі поєднання головних спостережних параметрів унікальної вітчизняної експериментальної бази – чутливості, роздільної здатності, завадостійкості, ефективності та багатофункціональності. Забезпечені існування та сталий розвиток експериментальних засобів, реалізоване безперервне довготривале (більше, ніж 40 років) щоденне ефективне функціонування найбільших в світі українських радіотелескопів, в першу чергу, зусиллями авторів поданого циклу робіт. Це дало можливість отримати велику кількість пріоритетних астрофізичних результатів і зробити низку наукових відкриттів, що добре відомі та визнані у світі.

  2. Задетектовані нові особливості (включаючи невідомі раніше тонкі частотно-часові структури) та типи низькочастотного спорадичного радіовипромінювання Сонця, а також невідоме раніше величезне розмаїття такого випромінювання. Це дає нову інформацію про фізичні умови у сонячній короні на різних відстанях від поверхні, а також нові підходи до вирішення проблем сонячно-земних зв'язків та космічної погоди. Обґрунтовані та реалізовані нові методи досліджень мерехтінь випромінювання далеких радіоджерел на міжпланетній плазмі, що дозволяє вивчати сонячний вітер навіть за орбітою Землі. Завдяки найкращому поєднанню чутливості, смуги аналізу, частотного та часового розділень і завадостійкості українських радіотелескопів виявлені нові особливості спорадичного радіовипромінювання Юпітера різних частотно-часових та енергетичних масштабів. Ці результати дали можливість уточнення моделей генерації L- та S- випромінювання та оптимізації пошуку юпітероподібних екзопланет. Унікальні можливості УТР-2 дозволили також відкрити та детально вивчити новий тип космічного радіовипромінювання – радіосплески, що виникають при електростатичних розрядах (блискавках) у атмосфері іншої планети-гіганта – Сатурна.

  3. Побудовані карти нетеплового фонового радіовипромінювання Галактики у діапазоні 10-25 МГц з найвищими для декаметрового діапазону чутливістю та роздільною здатністю. Це дозволяє вивчати розподілення та походження електронної компоненти космічних променів, магнітного поля та природу, взаємодію і еволюцію галактичних структур, таких як шпури, емісійні туманності та залишки наднових, включаючи детектування саме на декаметрових хвилях реліктових зон іонізації на периферії останніх. Відкрите декаметрове радіовипромінювання більше ніж чотирьох десятків пульсарів, з найвищою точністю виміряна їх міра дисперсії, задетектовані індивідуальні імпульси, багатократна варіація їх інтенсивності, тонкі часові та поляризаційні особливості. У діапазоні 10-30 МГц виявлена найбільша у світовій радіоастрономії (десятки секунд) дисперсійна затримка імпульсних сигналів при розповсюдженні у міжзоряному середовищі. Ці явища є важливими для розуміння специфічних процесів у зовнішній магнітосфері таких екзотичних об'єктів, як пульсари, а також для діагностики умов і явищ у неоднорідній, нестаціонарній та нерівноважній міжзоряній плазмі. Відкрите та всебічно вивчено нове астрофізичне явище – монохроматичне низькочастотне поглинання при переходах між надвисокими квантовими рівнями міжзоряних атомів. Задетектовані рекордно високі стани збуджених атомів – до головних квантових чисел, більших за 1000. Розмір таких атомів є гігантським – біля 0.1 мм. Доведені ефективність використання цього екзотичного явища для діагностики холодної космічної плазми та можливість отримання інформації, що є недоступною іншим методам астрофізики.

  4. Створений найбільш повний на декаметрових хвилях каталог позагалактичних радіоджерел північного неба (біля 2300 об'єктів), визначені їх спектри випромінювання з суттєвими низькочастотними варіаціями, координати, розміри, просторове розподілення та ототожнення. Вибірку задетектованих джерел складають радіогалактики, квазари, скупчення галактик, неототожнені об'єкти з такими складовими релятивістськими та реліктовими структурами в них, як джети, гарячі плями, чорні дірки. Дослідження дозволили виявити також зменшення просторової щільності розподілу далеких радіоджерел, що відображає епоху їх формування. Вказаний ефект космологічної еволюції найбільш яскраво проявляється на низьких радіочастотах. Космологічні явища також спостерігаються на УТР-2 для позагалактичного фону та червоно зміщених на низькі частоти спектральних особливостей “темних” віків.

Як видно, кількість згаданих вище типів об’єктів, що продуктивно досліджуються методами низькочастотної радіоастрономії в Україні (більше 30) є дуже великою та несподіваною. До них відносяться, зокрема, Сонце, планети, їх супутники, міжпланетне середовище, зірки, міжзоряне середовище, пульсари, залишки наднових, емісійні туманності, радіогалактики, квазари, релятивістські та космологічні явища. До початку 70-х років ніхто не передбачав таку величезну кількість об'єктів, що можуть бути доступними для досліджень методами низькочастотної радіоастрономії і таку велику кількість астрофізичних відкриттів, яку дав саме цей розділ науки про Всесвіт. Вважалося, що на дуже низьких частотах у присутності великої кількості завадових факторів можливо спостерігати лише найбільш потужні явища (причому, тільки у вузькому інтервалі зміни параметрів низькочастотного космічного випромінювання) – Сонце, Юпітер, галактичний фон, найбільш інтенсивні радіоджерела континууму. Більш слабкі об'єкти, тонкі просторово-частотно-часові особливості радіовипромінювання не можуть існувати і спостерігатися як по причині апаратно-методичних обмежень, так і під впливом фізичних ефектів «замивання» випромінювання – просторового, частотного, часового розсіювання, енергетичним поглинанням та нівелюванням потужним радіофоном Галактики. Але українські радіоастрономи довели зворотнє. Вдалося не тільки спостерігати низькочастотне радіовипромінювання від майже усіх типів відомих об'єктів Всесвіту, але і відкрити принципово нові об'єкти та їх невідомі раніше особливості випромінювання. Більш того, на низьких частотах вдалося задетектувати та пояснити особливості усіх відомих механізмів космічного радіовипромінювання до яких відносяться нетеплове синхротронне радіовипромінювання, випромінювання при розповсюдженні заряджених частинок та хвиль у магнітно-активній плазмі та теплове радіовипромінювання нагрітої плазми. Крім того, саме на низьких частотах українським радіоастрономам вдалося відкрити принципово нові механізми радіовипромінювання – сигнали при електростатичних розрядах в атмосферах планет та монохроматичне поглинання нетеплового випромінювання при квантових переходах між рівнями надзбуджених міжзоряних атомів. Непередбаченим також явився відкритий в Україні величезний діапазон змін параметрів та інформативність низькочастотного континуального, монохроматичного, імпульсного, спорадичного, просторово структурованого, поляризованого космічного радіовипромінювання.

Висока астрофізична значущість низькочастотної радіоастрономії та визначення цього факту світовою науковою спільнотою підштовхнули провідні радіоастрономічні установи поставити задачу створення радіотелескопів нового покоління. У Нідерландах, а також у Франції, Німеччині, Великій Британії, Швеції, Польщі, Ірландії, Латвії створюється система LOFAR на частоти (10) 30…80 МГц та 110…240 МГц. Система LWA в США працює на частотах 20…80 МГц; MWA в Австралії має діапазон спостережень 50…300 МГц; SKA-low – 200…1000 МГц. У цих системах, на створення яких вже витрачені мільярди доларів, для забезпечення високої чутливості, роздільної здатності, широкого поля зору та для можливостей картографування використовуються останні досягнення електронних, телекомунікаційних та інформаційних технологій.

Однак українські радіотелескопи УТР-2, УРАН, ГУРТ за головними параметрами залишаються неперевершеними, особливо на частотах, менших за 30 МГц, які є надзвичайно цінними для астрофізики. Цей факт разом з вітчизняними досягненнями добре відомі та визнані в усьому світі. Більш того, українські радіотелескопи є незамінними та максимально затребуваними у престижних міжнародних дослідженнях, включаючи офіційне приєднання до багатоантенних наземних та наземно-космічних мереж низькочастотної радіоастрономії за участю УТР-2, УРАН, ГУРТ та закордонних інструментів NDA, NenuFAR, LOFAR, LWA і космічних місій WIND, STEREO, Cassini, Juno, Solar Orbiter. Радіоастрономи Франції, Австрії, Німеччини, Великої Британії, Ірландії, Нідерландів, Бельгії, США, Швеції, Японії, Індії охоче і активно співпрацюють з українськими радіоастрономами і навіть часто приїздять до України (а не навпаки) для спільних досліджень на унікальних українських наукових установках, які входять до реєстру об’єктів Національного надбання країни. Закордонні науковці активно вивчають та переймають досягнення, науковий доробок та великий досвід у вітчизняній низькочастотній радіоастрономії як з апаратно-методичної, так і з астрофізичної точок зору. Україна офіційно бере участь у створені низькочастотного радіотелескопа нового покоління NenuFAR у Франції, в Австрії активно розглядається проект створення субрешітки ГУРТ, подібні пропозиції мають і інші країни. Є гарні підстави для подальшої інтеграції нашої країни у європейський та світовий науковий простір.

Якби не перераховані вище результати, досягнення та відкриття низькочастотної радіоастрономії, що головним чином зроблені в Україні, Всесвіт виглядав би абсолютно по-іншому. Багато дуже цікавих і важливих об'єктів і явищ були б невідомими людству, тобто наші знання про оточуючий світ були б вкрай неповними. Є вагомі підстави вважати, що подальший розвиток низькочастотної радіоастрономії в Україні і в світі значно збагатить ці знання.

Із загальної кількості публікацій співавторів, що є більшою за півтисячі, до циклу робіт включено 129 наукових статей, які найбільш повно відображають напрями і результати досліджень, а також особистий внесок усіх співавторів. Із них у міжнародних журналах надруковано 83 статті. Усі статті опубліковані у відомих журналах з найвищим для астрономії імпакт-фактором: Astrophysical Journal, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Astronomy and Astrophysics, Solar Physics, Astrophysics and Space Sciences, Planetary and Space Sciences, Icarus, Experimental Astronomy, Journal of the Astronomical Instrumentation, International Journal of Electronics, Astronomische Nachrichten, Advances in Space Research, Astronomy Reports, Листи в Астрономічний журнал, Кінематика і фізика небесних тіл, Радіофізика і Радіоастрономія.

Загальна кількість посилань на публікації авторів згідно баз даних


Scopus та Google Scholar становить 1335 та 3242  відповідно; загальний h-індекс становить, відповідно, 19 та 28. За результатами досліджень у галузі низькочастотної радіоастрономії в Україні захищено 10 докторських та 42 кандидатські дисертації.




Каталог: sites -> default -> files
files -> Додаток до наказу від
files -> Робоча програма навчальної дисципліни екологія біологічних систем
files -> Зміст 2 Коран та його переклади в контексті історії 5
files -> Робоча програма навчальної дисципліни
files -> Програма навчальної дисципліни фізична реабілітація в педіатрії
files -> Кабінет міністрів україни
files -> Робоча програма навчальної дисципліни проектування технологічних процесів
files -> Реферат 2016 Реферат циклу наукових праць на здобуття щорічної премії Президента України для молодих вчених на тему


Поділіться з Вашими друзьями:


База даних захищена авторським правом ©referatu.in.ua 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка