Мурчисон Уайдфилд Массив - Murchison Widefield Array

Мурчисон Уайдфилд Массив
MWA 32T Tile.jpg
Индивидуальная плитка MWA-32T
Часть Радиоастрономическая обсерватория Мерчисона Отредактируйте это в Викиданных
Местоположение (а) Западная Австралия , Австралия
Координаты 26 ° 42′12 ″ ю.ш. 116 ° 40′16 ″ в.д. / 26,7033 ° ю. Ш. 116,671 ° в. / -26,7033; 116,671 Координаты: 26 ° 42′12 ″ ю.ш. 116 ° 40′16 ″ в.д. / 26,7033 ° ю. Ш. 116,671 ° в. / -26,7033; 116,671 Отредактируйте это в Викиданных
Длина волны 3,75, 1 м (80, 300 МГц)
Построено 2007–2012 гг. ( 2007–2012 ) Отредактируйте это в Викиданных
Стиль телескопа радиоинтерферометр Отредактируйте это в Викиданных
Диаметр 3 км (9842 футов 6 дюймов) Отредактируйте это в Викиданных
Зона сбора 512 м 2 (5 510 квадратных футов)Отредактируйте это в Викиданных
Веб-сайт www .mwatelescope .org Отредактируйте это в Викиданных
Murchison Widefield Array находится в Австралии.
Мурчисон Уайдфилд Массив
Расположение массива Мерчисон Уайдфилд
Страница общих ресурсов Связанные СМИ на Викискладе?
[ редактировать в Викиданных ]

Массив Мерчисонского Widefield ( МДЖ ) является совместным проектом между международным консорциумом организаций по строительству и эксплуатации низкочастотного массива радио . Основными научными целями MWA, работающего в диапазоне частот 70–300 МГц, являются обнаружение эмиссии нейтрального атомарного водорода в космологической эпохе реионизации (EoR), изучение Солнца , гелиосферы , ионосферы Земли и радиопереходных явлений. , а также карта внегалактического радио неба. Он расположен в Радиоастрономической обсерватории Мерчисон (MRO).

Наряду с Километр массивом Australian Square Pathfinder (ASKAP), также на ТОиР и два радиотелескопов в Южной Африке, Водород Epoch реионизации массива (HERA) и сурикат , то МДЖ является одним из четырех предшественников международного проекта , известный как кв.км Массив (SKA).

Разработка

MWA должен был быть расположен на станции Mileura, где проводились первоначальные испытания, затем был перемещен на юго-запад на станцию ​​Boolardy в глубинке Западной Австралии , в Радиоастрономической обсерватории Мерчисон (MRO), в 800 км (500 миль) к северу от Перта. Это место предлагает тихую радиосреду и стабильный климат для наблюдений. MRO также является местом расположения системы Pathfinder (ASKAP) компании CSIRO и одним из двух выбранных участков в Австралии для установки системы Square Kilometer Array (SKA). Помимо географической связи, MWA является одним из четырех официальных телескопов-предшественников SKA - инструментов, которые предоставляют инструментальную, научную и оперативную информацию, помогающую направлять разработки SKA, наряду с двумя объектами в Южной Африке, HERA и MeerKAT.

Изначально MWA задумывался как инструмент с 512 ячейками (512T), который будет строиться поэтапно. Первым этапом был прототип из 32 плиток (MWA-32T), который был сконструирован и эксплуатировался с возрастающими возможностями в период 2007–2011 гг., Тестируя оборудование телескопа и проводя предварительные научные наблюдения, включая первоначальные наблюдения полей EoR.

Первая фаза телескопа, так называемая «Фаза I MWA», была полностью завершена в конце 2012 года и была введена в эксплуатацию 20 июня 2013 года, после чего была запущена на полную мощность. MWA фазы I полностью коррелирует сигналы от 128 фазированных плиток, каждая из которых состоит из 16 скрещенных диполей, расположенных в квадрате 4x4. В рамках запланированного будущего развертывания инфраструктуры на объекте ТОиР была установлена ​​на этапе I, чтобы в конечном итоге можно было наращивать до 256 ячеек. Общая стоимость первой фазы проекта составила 51 миллион австралийских долларов. Массив Фазы I в значительной степени управлялся вторым директором MWA Стивеном Тингеем .

В 2017 году телескоп получил плановую модернизацию, увеличив вдвое количество антенн, что привело к увеличению разрешения и чувствительности. Этот модернизированный инструмент известен как "Phase II MWA". Фаза II была практически завершена в октябре 2017 года и официально запущена 23 апреля 2018 года. Установкой дополнительных антенн и вводом в эксплуатацию массива руководил третий директор MWA, Рэндалл Уэйт, а работу приборов Фазы II возглавлял нынешний директор. , Мелани Джонстон-Холлитт .

Наука

MWA по своей сути является универсальным прибором с очень большим полем зрения (порядка 30 градусов в поперечнике), способным охватить широкий спектр научных целей. В фазе I массив предоставляет множество научных статей, охватывающих такие темы, как обнаружение области (ов) H II в плоскости Галактики, ограничения радиоизлучения от внесолнечных планет, наблюдения гало и реликвий в скоплениях галактик до обнаружения переходных процессов. радиоисточники и отслеживание космического мусора. Двумя наиболее значительными результатами Фазы I MWA были:

Системный Обзор

Антенна MWA состоит из регулярной сетки 4х4 дипольных элементов с двойной поляризацией, размещенных на заземляющей плоскости из стальной сетки размером 4 х 4 м. Каждая антенна (с ее 16 диполями) известна как «плитка». Сигналы от каждого диполя проходят через малошумящий усилитель (МШУ) и объединяются в аналоговом формирователе луча для создания мозаичных лучей в небе. Формирователи луча сидят рядом с плитками в поле. Радиочастотные (RF) сигналы от лучей плитки передаются на приемник, причем каждый приемник может обрабатывать сигналы из группы из восьми плиток. Поэтому приемники сидят в поле рядом с группами по восемь плиток; кабели между приемниками и формирователями луча несут данные, питание и сигналы управления. Питание приемников обеспечивается центральным генератором. Приемник содержит аналоговые элементы для обработки сигналов при подготовке к дискретизации и оцифровке. Диапазон частот 80–300 МГц дискретизирован по Найквисту с высокой точностью. Цифровые элементы в приемнике (после дигитайзера) используются для преобразования данных временного ряда в частотную область с разрешением 1,28 МГц - 5 реальных бит и 5 мнимых битов для каждого элемента разрешения. Наборы каналов грубой частоты 1,28 МГц передаются по оптоволоконному соединению в подсистему коррелятора, расположенную в центре обработки данных CSIRO рядом с площадкой MWA. MWA делит объект CSIRO с программой ASKAP.

На этапе I большинство плиток (112) были разбросаны по центральной области размером примерно 1,5 км, образуя массив с очень высоким качеством изображения и полем обзора в несколько сотен квадратных градусов при разрешении в несколько угловых минут. Остальные 16 плиток размещены за пределами ядра, что дает базовые расстояния около 3 км, что позволяет проводить наблюдения с более высоким угловым разрешением.

На этапе II MWA работал в двух конфигурациях: компактной конфигурации и расширенной конфигурации на 128 ячеек каждая. Компактная конфигурация состоит из семи приемников фазы I и 56 плиток, а также 72 новых плиток, расположенных в двух плотных шестиугольных конфигурациях, каждая из 36 плотно упакованных плиток. Новые шестиугольные супер-плитки в компактной конфигурации используют концепцию «избыточных интервалов», чтобы помочь откалибровать массив с высокой точностью для обнаружения EoR. Расширенная конфигурация состоит из девяти приемников фазы I и 72 исходных плиток, а также дополнительных 56 новых длинных базовых плиток, которые обеспечивают базовые расстояния около 5 км.

Исходная подсистема коррелятора включает платы банка многофазных фильтров (PFB), которые преобразуют каналы грубой частоты 1,28 МГц в каналы с разрешением по частоте 10 кГц для подготовки к взаимной корреляции. Платы коррелятора затем перекрестно умножают сигналы от всех плиток для формирования данных о видимости. Распределенный тактовый сигнал обеспечивает согласованность приемников в полевых условиях и поддерживает синхронизацию коррелятора. Эта система способна принимать данные только из 128 ячеек, и, таким образом, хотя в настоящее время массив состоит из 256 ячеек, только половина ячеек коррелирована одновременно, что приводит к двум конфигурациям, описанным выше. MWA Collaboration планирует заменить этот коррелятор в ближайшем будущем на более новую машину, способную принимать данные со всех 256 плиток.

MWA управляется удаленно через интерфейс с программным пакетом Monitor and Control (M&C), находящимся на выделенном компьютере, расположенном в центре обработки данных CSIRO на площадке MWA. Программное обеспечение M&C поддерживает основанное на состоянии описание оборудования и управляемую событиями базу данных, описывающую планирование наблюдений прибора. Программное обеспечение M&C управляет несколькими элементами системы, включая наведение и отслеживание формирователей луча, выбор частоты приемников, параметры корреляции для коррелятора и функции RTC / RTS, среди прочего. Система M&C вносит свой вклад в архив MWA, сохраняя "метаданные" прибора во внешней базе данных. Сюда входят как конфигурации прибора для каждого наблюдения, так и служебная информация, собранная с различных аппаратных компонентов.

Данные передаются с сайта в архив MWA, расположенный в конце подключения к сети с высокой пропускной способностью. Основной архив данных MWA находится в Перте в суперкомпьютерном центре Pawsey . По состоянию на декабрь 2018 года полученные первоначально откалиброванные данные затем предоставляются международному астрономическому сообществу через узел MWA Австралийской виртуальной обсерватории All-Sky Virtual Observatory (ASVO). Значительные продукты обработки данных, произведенные MWA Collaboration, такие как первоначальный выпуск обзора GLEAM, также доступны через различные международные научные базы данных для последующего анализа и интерпретации.

Партнеры проекта

На этапе I консорциум MWA первоначально включал 110 отдельных исследователей из 12 учреждений из Австралии, Новой Зеландии, США и Индии. Новая Зеландия присоединилась к консорциуму в конце 2011 года, и еще два учреждения из США были добавлены в 2014 году, в результате чего общее количество партнерских организаций Фазы I достигло 14. К концу Фазы I в MWA было задействовано 160 отдельных ученых-исследователей.

Членство в консорциуме MWA было существенно расширено на Фазе II с принятием Канады, Китая и Японии, хотя Индия вышла из консорциума в это время. Тем не менее, в начале фазы II MWA расширился до 21 партнерской организации в 6 странах и насчитывал 270 отдельных ученых. Расширение сотрудничества было в значительной степени делом работы тогдашнего председателя правления MWA (январь 2014 г. - январь 2018 г.) и нынешнего директора MWA Мелани Джонстон-Холлитт .

По состоянию на 2018 год проект MWA состоит из следующих партнеров проекта:

Финансирование MWA до настоящего времени осуществлялось партнерскими организациями и за счет ассигнований от национальных финансовых агентств: Министерства экономического развития Новой Зеландии (ныне Министерства бизнеса, инноваций и занятости), Национального научного фонда США , Австралийского исследовательского совета ( ARC), Австралийской национальной стратегии развития инфраструктуры совместных исследований (NCRIS), администрируемой Astronomy Australia Ltd., и Австралийско-индийского фонда стратегических исследований (AISRF). Кроме того, поддержка вычислительного оборудования MWA была предоставлена ​​в рамках гранта IBM Shared University Research Grant, присужденного Веллингтонскому университету Виктории и Университету Кертина (ИП: Johnston-Hollitt и Tingay).

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки