Drony pomogą w kalibracji radioteleskopów

Po lewej: Dwuwymiarowa wiązka 5-metrowego radioteleskopu w Belien Observatory. Źródło: Chang et al. 2015
Po prawej: Schemat czaszy radioteleskopu z zaznaczoną wiązką. Źródło: Landen et al. 2009.
Drony, czyli bezzałogowe statki latające, ostatnio stają się coraz bardziej powszechne i znajdują zastosowanie w wielu różnych sferach naszego życia. Zwykle kojarzą się nam z filmowaniem miejsc czy wydarzeń z dotąd trudno dostępnej perspektywy. Ale na tym nie koniec. Pojawiają się pomysły by użyć ich np. do dostarczania pizzy czy też podczas polowania na huragany. Astronomowie również znaleźli dla nich zastosowanie.

Naukowcy wykorzystali drony do wykonania precyzyjnej kalibracji radioteleskopów. Czasza radioteleskopu, choć wykonana z bardzo dobrą precyzją, zawsze zniekształca sygnał i powoduje, że w obserwacjach pojawiają się zburzenie pierwotnego obrazu. Każdy radioteleskop posiada tzw. wiązkę, która zwykle w centrum posiada wysoki pik, zaś po obu stronach piku pojawiają się tzw. listki boczne. Przykład takiej wiązki widoczny jest na górze po prawej. Wiązka radioteleskopu to obraz jaki uzyskujemy w odbiorniku, jeśli teleskop patrzyłby na obiekt o nieskończenie małym rozmiarze, czyli tzw. obiekt punktowy.

Przez lata rozwoju radioastronomii badacze nauczyli się jak usuwać z obserwacji sztuczny sygnał pochodzący z niedoskonałej wiązki, jednak do tego celu potrzebna jest bardzo dobra znajomość jej kształtu. Jest to istotne ponieważ większość obserwacji dotyczy słabych sygnałów, które jednocześnie wymagają dobrego stosunku sygnału do szumu i często zaburzenia pochodzące od wiązki instrumentu mogą generować sztuczne wyniki.

Dotychczas wykorzystywano wiele różnych sposobów na poznanie kształtu wiązki anteny. Jednym z najpopularniejszych jest wykorzystanie Słońca lub innych jasnych obiektów, jak np. pozostałości po wybuchu supernowej Kasjopeja A. Zwykle wykonuje się to w taki sposób, że teleskop ustawia się w jeden punkt na niebie i pozwala się źródłu przesuwać się wraz z obrotem nieba przed czaszą teleskopu. Ponieważ potrafimy wyliczyć gdzie w danej chwili dokładnie znajduje się obiekt, to na tej podstawie wyznaczany jest dokładny rozkład wiązki radioteleskopu. Niestety ta metoda ma jedną zasadniczą wadę - jasność Słońca (czy innego obiektu stronomicznego) ciągle się zmienia i naukowcy nie potrafią powiedzieć dokładnie ile w danej chwili wynosiła jego jasność. By rozwiązać ten problem badacze wpadli na pomysł by wykorzystać do tego celu krążące wokół Ziemi sztuczne satelity, które wysyłają sygnały radiowe. Niestety ta metoda również nie jest pozbawiona wad. Po pierwsze sygnały te nie do końca nadają się do kalibracji anten radiowych, po drugie wysyłane są na częstotliwościach, które w astronomii są rzadko używane. Rozwiązaniem łączącym zalety obu metod wydaje się być użycie dronów, które emitowałyby stały sygnał na właściwej częstotliwości o odpowiedniej do kalibracji anten mocy.

Autorzy pomysłu opisują swoje doświadczenia z użycia hexakoptera (zdj. poniżej), który został wyposażony w GPS, wysokościomierz oraz generator sygnału. GPS i wysokościomierz pozwalają na określenie pozycji geograficznej drona z dokładnością do kilku metrów i wysokości z dokładnością 10 cm. Dron został zaprogramowany tak, aby trasa lotu pokryła siatkę o szerokości i długości 75 metrów (dokładną trasę można zobaczyć na zdj. na samym dole). Na podstawie analizy sygnału odebranego przez radioteleskop udało się wyznaczyć wiązkę radioteleskopu, która widoczna jest powyżej po lewej stronie. Poziom detali w wiązce uzyskanej przy pomocy drona znacznie przewyższa tą uzyskaną w oparciu o obserwacje Słońca, co oznacza, że nowa metoda daje dużo lepszą dokładność kalibracji.

Potencjał dronów do kalibracji anten radiowych wydaje się być ogromny, jednak nowa metoda wymaga jeszcze dopracowania. Obecnie dostępne drony mogą być użyte tylko do małych czasz (o średnicy do 8 metrów) ponieważ większe czasze wymagają, aby dron leciał na wyższej wysokości. Autorzy pomysłu rozważają jednak możliwość użycia bardziej złożonych modeli, które pozwoliłby rozwiązać ten problem.


Artykuł: Beam calibration of radio telescopes with drones
http://arxiv.org/abs/1505.05885

Hubert Siejkowski | Źródło: http://astrobites.org/2015/06/02/drones
12 czerwca 2015

Liczba odsłon: 1166


Zdjęcie hexakoptera użytego w przy kalibracji radioteleskopu.
Źródło: Chang et al. 2015



Trasa przelotu drona. Po lewej planowana trasa lotu, zaś po prawej faktyczna trasa. Czarne kółko na środku lewego rysunku odpowiada czaszy radioteleskopu. Źródło: Chang et al. 2015