SKA-Low
Verken die heelal uit Australië
SKA-Low in syfers
Grootte: 131,072 log-periodieke antennas oor 512 stasies versprei
Oppervlakte: 419,000 m2
Maksimum afstand tussen antenna stasies: 74 km
Frekwensie-reeks: 50-350 MHz
Vanaf 'n afgeleë plek in Wes-Australië se Murchison-shire op die tradisionele grond van die Wajarri Yamaji, sal SKA-Low se 131,072 antennas een van die min oorblywende geheimsinnige eeue van die heelal ontsluit.
Die teleskoop sal die eerste miljard jaar verken, die struktuur van die vroeë heelal vir die eerste keer karteer, die geboortes en sterftes van die eerste sterre dophou en ons help om te verstaan hoe die vroegste sterrestelsels gevorm het.
SKA-Low se antennas is verdeel in 512 stasies, met 256 antennas per stasie. Vanaf 'n sentrale kompakte kern wat 1 km breed is, word verdere stasies versprei in drie spiraalarms wat uit die middel oor 'n groot gebied uitstraal; die maksimum afstand tussen die twee verste stasies sal 74 km wees.
Staan op 2m hoog, SKA-lae antennas is merkbaar anders as die tradisionele “gereg” styl van SKA-Mid, want by lae frekwensies hierdie tipe van “draad” antenna is baie meer doeltreffend. Hierdie bedrieglik eenvoudige strukture word gekombineer met die nuutste back-end-tegnologieë wat hulle ongelooflik kragtig maak.
Instellings in Australië, China, Italië, Malta, Nederland en die Verenigde Koninkryk het tot die ontwerp van SKA-Low bygedra, en die vele komponente daarvan sal regoor die wêreld vervaardig word voordat dit na Wes-Australië gestuur word vir konstruksie by die Murchison Radio-Astronomy Observatory.
Hoe werk dit?
SKA-Low is 'n “wiskundige” teleskoop wat werk deur uit die waarneembare lug uit te filtreer wat nie verlang word nie. Sy antennas sien die hele lug, en deur dataverwerking kan sterrekundiges in verskillende rigtings “wys”, alhoewel die antennas geen bewegende dele het nie.
Die antennas is gemaak van horisontale takke van verskillende lengtes, dipole genoem. Van bo na onder word pare dipole al hoe groter. Elkeen absorbeer radiogolwe wat uit die lug kom, en hoe groter die dipool, hoe langer is die golflengte wat dit absorbeer. Wanneer radiogolwe die dipole opgewonde maak, word 'n elektriese stroom opgewek, via 'n sentrale transmissielyn versamel en na die bokant van die antenna oorgedra. Hier verhoog 'n paar lae geraasversterkers die swak sein sonder om ongewenste steuring by te voeg.
Die sein word dan vanaf die antenna na 'n smartbox by elke stasie gestuur, waar die elektriese seine omgeskakel word na optiese seine vir transmissie oor optiese vesel teen 'n tempo van 7.2 TB/s na die sentrale verwerkingsfasiliteit (CPF) ter plaatse. Die meer verafgeleë stasies langs die spiraalarms van die teleskoop het afgeleë verwerkingsfasiliteite, wat elkeen seine van ses stasies hanteer voordat dit na die CPF gestuur word.
Dit is hier waar die wiskundige teleskoop werklik gerealiseer word. Wanneer seine in die CPF aankom, staar hulle 'n ingewikkelde verwerkingstegnologie in die gesig wat hulle skoon en gedigitaliseer sien. Hulle word dan na 'n verwerkingsentrum buite die perseel gestuur, geleë in Perth, waar die korrelator en skikking balkvormer seine van verskeie stasies kombineer om die teleskoop digitaal in een of meer rigtings in die lug te laat “wys”. SKA-Low se pulserende soek- en tydsberekeningsenjin kan dan binne hierdie balke soek na pulse en ander verbygaande verskynsels, en dit akkuraat tyd gee.
Revealing the sky's faintest details
Die blote skaal van SKA-Low beteken dat dit, in vergelyking met sy voorgangers, 'n massiewe toename in resolusie, sensitiwiteit en opnamesnelheid sal bied, drie van die belangrikste elemente vir radioteleskope.
Resolusie: maak die kosmos duideliker
SKA-Low se 131,072 antennas sal gekonfigureer word met 'n digte sentrale kern van antennas, omring deur drie spiraalarms; die langste afstand (of basislyn) tussen antennas sal 65km wees. As interferometers beteken beide SKA-teleskope se lang basislyne dat hulle 'n hoër resolusie kan bereik as 'n enkele groot teleskoop, danksy 'n tegniek genaamd diafragma-sintese. Hoë resolusie vertaal in skerper beelde wat baie fyner besonderhede openbaar, 'n bietjie soos om 'n leesbril aan te trek om dinge duideliker te sien.
Sensitiwiteit: skyn 'n lig op die verre heelal
SKA-Low is sensitief vir lae frekwensie radioseine; dit is die vaagste seine, wat al miljarde jare reis en deur die uitbreiding van die heelal tot langer golflengtes “gerek” is. In radiosterrekunde hang die sensitiwiteit van 'n teleskoop af van die versamelarea wat beskikbaar is om seine uit die ruimte op te vang. SKA-Low bied 400,000m2 versamelarea, wat beteken dat selfs die swakste seine opgespoor, gekombineer en verbeter kan word op 'n manier wat nog nooit tevore moontlik was nie.
Opname spoed
Om groot lugopnames uit te voer, is 'n teleskoop met 'n wye gesigsveld nodig om groot lugruimtes doeltreffend te bestudeer. Eerder as om die antennas fisies te beweeg, gebruik SKA-Low 'n tegniek genaamd balkvorming om die teleskoop oral in die lug digitaal te “wys” deur seine van sommige of al die antennas in die skikking te kombineer. Aangesien baie verskillende balke gelyktydig geskep kan word, wat oor die hele lug wys, gee dit die teleskoop 'n groot gesigsveld, wat baie vinniger opnamesnelhede lewer as ander teleskope.
Hoe vergelyk SKA-low?
In vergelyking met die LOFAR-teleskoop in Nederland, wat tans die beste soortgelyke instrument ter wêreld is, sal SKA-Low 25% beter resolusie hê, agt keer die sensitiwiteit, en sal die lug 135 keer vinniger kan opneem.
Did you know?
Laer frekwensies stem ooreen met langer golflengtes.
Die laagste frekwensies word geabsorbeer deur die laagste dipole op die antennas.
SKA-Low se antennas beweeg nie, maar kan digitaal “gerig” word in enige rigting deur 'n proses genaamd balkvorming.
Ontwerp oorwegings
Belangrike wetenskaplike pogings is altyd 'n afweging tussen wetenskaplike vereistes en 'n verskeidenheid ander oorwegings, waaronder vir SKA-Low: die haalbaarheid van massaproduksie soveel antennas, koste-effektiwiteit en om te verseker dat die materiale die uiterstes van die afgeleë omgewing kan weerstaan. Elektriese komponente op elke stasie, en op die terrein wyer, moet ook baie goed beskerm word om te verhoed dat die teleskoop sy eie waarnemings met selfopgewekte elektriese interferensie ontwrig.
Die grootte van SKA-Low het ook geëis dat die antenna-ontwerp tienduisende kere betroubaar herhaal kan word, en dat dit vinnig sou wees om te installeer. Hierdie komplekse vereistes het gelei tot verskeie ontwerp verfynings wat gelei het tot die finale antenna. Kom meer te wete oor die proses op ons voorkonstruksie-ontwerpwebwerf.