Учёные МИФИ создали уникальное радиоастрономическое оборудование

Студенты и молодые ученые вуза под научным руководством старшего преподавателя кафедры экспериментальной ядерной физики и космофизики Ирины Архангельской спроектировали и собрали малогабаритный радиоинтерферометр (прибор для радиоастрономических наблюдений), уникальный по своему малому весу, низкой себестоимости, компактности и мобильности. Прибор, который помещается на обычной крыше и стоит копейки по сравнению с гигантскими аналогами, способен не только предсказывать магнитные бури, но и заглядывать в глубины Метагалактики.

Пока крупнейшие обсерватории мира строят многометровые и многотонные «спутниковые тарелки», команда МИФИ пошла другим путем. Идея родилась не в секретном КБ, а на конкурсе научных работ, объявленном Студенческим научным обществом МИФИ.

Диаметр антенны прибора, получившего название МИФИ-ST (ST – значит «студенческий») составляет всего 90 см. Для сравнения: Сибирский солнечный радиотелескоп «Бадары» в Бурятии использует антенны диаметром 2,5 метра, требующие фундамента и огромных пустых пространств.

«Наш прибор любой человек сможет поднять. И его можно поставить на крышу, и главный инженер вас за это не убьет», — поясняет Ирина Архангельская.

Главный секрет уникальности — не в железе, а в математике и программировании. Вместо того чтобы гнуть металл, физики МИФИ делают ставку на цифру. «Мы всё делаем больше с программной точки зрения, чтобы улучшать наш сигнал. Мы больше делаем упор на увеличение количества антенн, а не площади одной», — поясняет инициатор проекта, студент Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Анна Виноградская.

Прибор работает в диапазоне от 300 МГц до 6,5 ГГц. «на этих частотах и происходит большая часть событий на Солнце», — объясняют разработчики.

Кроме вспышек на Солнце, прибор может также фиксировать их последствия на Земле - возмущения магнитосферы. Однако этим список задач не ограничивается. Когда радиоинтерферометры будут установлены на крышах корпусов МИФИ, они будут использованы для широкого спектра астрофизических задач — изучение грануляции Солнца (процессов, напоминающих кипение пузырьков на поверхности звезды), исследование облаков молекулярного водорода в различных галактиках, радио-гало Галактики, магнитаров, пульсаров, и загадочных, идущих из глубин Вселенной радиовсплесков, происхождение которых остается для науки загадкой. Также, планируется что будут исследоваться радиоизлучения вызванные потоками бомбардирующих земную атмосферу частиц прилетающих из Космоса - в МИФИ существует экспериментальный центр НЕВОД, изучающие эти космические излучения, и радиоастрономы надеются на конструктивное партнерство с коллегами.

Конечно, небольшие размеры МИФИ-ST уменьшают его возможности по сравнению с гигантскими аналогами, но в радиоинтерферометрии решающее значение имеют расстояние между антеннами, объединенными в единую систему. Амбициозная цель проекта — создание системы сверхдальней радиоинтерферометрии (РСД) с базой в несколько тысяч километров.  Далеким напарником «наблюдательного поста» на крышах МИФИ в Москве  может стать точка в Иркутске в Институте солнечно-земной  СОРАН. А еще одна точка может появится, если компактный интерферометр удастся установить в столице Узбекистана - поскольку в Ташкенте действует филиал МИФИ. Организация РСД – системы, когда радиоастрономические приборы находятся друга от друга  в сотнях и тысячах километров - очень сложная задача, поскольку требует учета различия антенн. Но поскольку антенна МИФИ-ST очень проста, то и задача по развертыванию системы с большой базой серьезно облегчается. При этом цена одного модуля нового прибора составляет всего 60–70 тысяч рублей. Это делает технологию доступной для массового развертывания. «Такую антенну можно просто доставить в тот же Иркутск и пристроить их там хоть два десятка», — добавляет Ирина Архангельская.

Если объединить сигналы с антенны в Москве,  в Сибири и в Ташкенте, то разрешающая способность системы позволит изучать не только солнечные вспышки, но и спокойное Солнце, и разглядывать на Солнце объекты размером с университетскую аудиторию.

Причем инженеры заложили в конструкцию подвижность. Будущий интерферометр поставят на колесики, что позволит менять расположение радиоантенны в радиусе несколько десятков метров, подбирая оптимальное взаимное расположение двух антенн с помощью нейросетей.

Радиоинтерферометр МИФИ доказывает: для большой науки не всегда нужен огромный бюджет. Иногда достаточно студенческого энтузиазма, ноутбука и антенны, которую можно вынести на крышу без риска обрушить перекрытия.