SKA-Mid
Bestudeer die kosmos vanuit Suid-Afrika
SKA-Mid in syfers
Grootte: 197 volledig stuurbare skottels, insluitend die bestaande MeerKAT-radioteleskoop
Versamel area: 33,000 m2
Maksimum-afstand tussen skottels: 150 km
Frekwensie-omvang: 350 MHz-15,4 GHz, met 24 GHz as mikpunt
Die 197 paraboliese skottels wat uit die grond in Suid-Afrika se Karoo-streek sal verrys, hou 'n nuwe era vir radiosterrekunde in.
Deur waarnemings in opwindende velde van die wetenskap uit te voer – van die tydsberekening van pulsars en die naspeuring van swaartekraggolwe, tot die soeke na vingerafdrukke van lewe elders in die sterrestelsel – sal SKA-Mid nuwe vensters op die heelal oopmaak.
Die bestaande MeerKAT-radioteleskoop sal deel van die SKA-Mid-versameling word, met MeerKAT se skottels van 13,5 m in deursnee wat by die effens groter SKA-skottels van 15 m sal aansluit en almal in een stelsel geïntegreer sal word.
Van 'n sentrale kern ongeveer 'n kilometer breed sal die antennas in drie spiraalarms oor 'n groot afstand uitstraal; SKA-Mid se twee verste antennas sal 150 km van mekaar af wees.
Institute in China, Australië, Kanada, Frankryk, Duitsland, Italië, Suid-Afrika, Spanje, die Verenigde Koninkryk en Swede het almal tot SKA-Mid se ontwerp bygedra, en die verskillende komponente sal oor die hele wêreld vervaardig word voordat dit na Suid-Afrika gestuur word om opgerig te word.
Hoe werk dit?
Die hoofreflektor (die oppervlak van die 15 m-skottel) bestaan uit 66 individuele panele, wat elkeen met sub-millimeter-presisie ingestel moet word om 'n gladde versameloppervlak te verseker. Vir SKA-Mid is die gemiddelde oppervlak-akkuraatheid tussen 0.01 en 0.03 mm – minder as die dikte van 'n menshaar. Hierdie vlak van presisie is nodig om te verseker dat radiogolwe uit die ruimte versamel word en nie bloot weerkaats nie. Elkeen van die sye van 'n individuele paneel is 3 m lank, en het elk sy eie spesifieke kromming, afhangende van die paneel se posisie op die oppervlak.
Die hoofreflektor rig radiogolwe op die subreflektor wat 'n entjie weg van die skottel se onderkant staan. Op sy beurt herlei die sub-reflektor die radiogolwe na 'n ontvanger.
Siende dat SKA-Mid frekwensies tussen 350 MHz en 15,4 GHz sal waarneem, bevat elke skottel 'n klompie verskillende ontvangers wat vir verskillende frekwensies bedoel is. Die ontvangers is op 'n stewige stuk hardeware gemonteer wat 'n voerindekseerder genoem word en die betrokke ontvanger laat beweeg, afhangende van die frekwensie wat waargeneem word. Die voerindekseerder moet ontvangers ondersteun wat elk 160 kg of meer weeg, en moet elkeen akkuraat tot binne breuke van 'n millimeter kan posisioneer.
Die ontvangers skakel radiogolwe van analoog na digitaal om wat dit moontlik maak om die seine te verwerk. Elektromagnetiese golwe bereik die eerste deel van die ontvangerer, bekend as die voerhoring, en word in 'n sein omgeskakel wat na 'n lae geraas-versterker gestuur word. Soos die naam aandui, versterk dit die swak sein, maar sonder om te veel interferensie by te voeg, soortgelyk aan die proses om 'n donker foto te verbeter sonder om die hele ding meer vlekkerig en vaag te laat lyk. Hierdie sterker sein gaan deur die ontvangerketting en word gedigitaliseer sodat dit met optiese vesel na verwerkingsfasiliteite elders gestuur kan word.
Om die ruimte in meer detail te sien
Daar is drie sleuteleienskappe wat die vermoë van 'n radioteleskoop bepaal: resolusie, sensitiwiteit en opnamesnelheid. Vergeleke met ander top teleskope in hierdie frekwensie-omvang, sal SKA-Mid groot vooruitgang op al drie gebiede toon.
Resolusie: 'n skerper blik
SKA-Mid se 197 skottels sal uit 'n digte sentrale kern van skottels bestaan, omring deur drie spiraalarms. Die maksimum afstand (of basislyn) tussen twee skottels sal 150 km wees. Om lang basislyne te skep, is 'n belangrike komponent van interferometrie, aangesien dit die resolusie wat teleskope kan bereik, verbeter. Soos die geval met videostroming en fotografie in die daaglikse lewe, beteken 'n beter resolusie in radiosterrekunde dat mens 'n duideliker beeld kry en dit stel sterrekundiges in staat om meer besonderhede in astronomiese voorwerpe en verskynsels te sien.
Sensitiwiteit: sien meer van die kosmos
Buiten vir 'n duideliker blik, sal SKA-Mid baie vaer voorwerpe kan sien as wat tans moontlik is – 'n maatstaf wat as sensitiwiteit in sterrekunde bekend staan en van 'n teleskoop se versamelarea afhang. Dit is die gebied wat beskikbaar is om astronomiese seine vas te lê, dus die gesamentlike oppervlakte van al die skottels in SKA-Mid se geval. Hoe meer skottels by 'n versameling gevoeg word, hoe groter die versamelarea. Met 197 skottels sal SKA-Mid 'n versamelarea van 33 000 m2 hê – gelykstaande aan die oppervlakte van 126 tennisbane!
Opnamespoed
Ontwerpers moet mededingende vereistes in ag neem wanneer hulle 'n teleskoop ontwerp. 'n Klein getal groot skottels sal hoë sensitiwiteit bied, maar SKA-Mid moet ook groot opnames doen en groot dele van die lug skandeer. Hiervoor benodig meen 'n klomp kleiner skottels wat 'n beter gesigsveld skep (aangesien hulle gelyktydig in verskillende rigtings kan kyk). Dit lewer opnamesnelhede wat veel vinniger is. Vir SKA-Mid is die balans gevind in skottels met 'n deursnee van 15 m wat 'n goeie gesigsveld bied en terselfdertyd aan die vereistes vir hoë sensitiwiteit voldoen.
How vergelyk SKA-Mid?
In vergelyking met die Karl G. Jansky Very Large Array (VLA)-teleskoop in die Verenigde State, wat tans die beste soortgelyke instrument ter wêreld is, sal SKA-Mid vier keer die resolusie hê, vyf keer die sensitiwiteit en die lug 60 keer vinniger sal kan opneem.
Het jy geweet?
Die SKA-Mid-skottels is volledig stuurbaar, toegerus met 'n dryfstelsel wat hulle met 'n akkuraatheid van 1/3600ste graad kan beweeg.
Die hele skottelstruktuur is meer as 22 m hoog.
Wanneer dit volledig gelaai is, weeg die voerindekseerder meer as twee ton.
Waarom nie een enorme skottel nie?
Dink aan 'n radioteleskoop. Wat miskien in gedagte kom, is 'n mega-skottel soos China se Five-hundred-metre Aperture Synthesis Telescope-teleskoop (FAST), of die historiese Arecibo-teleskoop in Puerto Rico wat 'n deursnee van 305 m gehad het.
SKA-Mid se ontwerp is anders; elke SKA-skottel is maar net 15 m in deursnee, maar hul krag spruit uit die getal en hoe die 197 skottels as 'n interferometer saamwerk.
Ontwerpoorwegings
Vir beide SKA-teleskope, soos met alle belangrike wetenskaplike infrastruktuur, was wetenskaplike vereistes nie die enigste oorweging tydens die ontwerp van die strukture nie. Dit moes gebalanseer word met kostebeperkings, die haalbaarheid van massaproduksie van die skottels, installasiesnelheid, die handhawing van 'n lae bedryfskoste, die vermoë om ekstreme faktore soos sterk wind of termiese spanning te weerstaan, en vele ander. Om die regte balans te vind en te verseker dat elke element aan die uiters streng vereistes van die SKAO voldoen, was 'n jarelange proses wat op ons voorkonstruksie-ontwerpwebwerf gedokumenteer is.
Wil jy meer weet?
Die SKA-konstruksievoorstel bevat al die tegniese besonderhede van beide SKA-teleskope se ontwerp en werking.