Dwie wiązki, dwa spojrzenia na kosmos: największy europejski radioteleskop w nowej roli
Pogoda kosmiczna to termin odnoszący się do zjawisk zachodzących na Słońcu oraz w ziemskiej magnetosferze, jonosferze i termosferze wynikających z aktywności słonecznej. Należą do nich rozbłyski, koronalne wyrzuty masy, wiatr słoneczny i emisja energetycznych cząstek słonecznych. „Aby móc badać zjawiska związane z pogodą kosmiczną, musimy mieć możliwość obserwacji zdarzeń, które mają miejsce w różnych regionach naszego Układu Słonecznego i w różnych skalach czasowych”, mówi Carla Baldovin, kierowniczka projektu LOFAR4SW, który jest finansowany ze środków UE. „Wspaniale byłoby móc śledzić wszystkie łańcuchy zdarzeń, które mają swój początek na Słońcu – jak rozwijają się one w ziejącej przestrzeni między Ziemią a Słońcem i jak wpływają na naszą jonosferę”.
Przygotowywanie największego radioteleskopu do pełnienia nowej roli w kosmosie
Obserwacja wszystkich tych procesów jednocześnie za pomocą jednego teleskopu stanowi wyzwanie. Dlatego w ramach projektu LOFAR4SW zaplanowano znaczącą modernizację teleskopu LOFAR. „Oprócz wykrywania fal radiowych z astronomicznych źródeł radiowych teleskop będzie równolegle służył jako kosmiczna stacja meteorologiczna jednocześnie monitorująca Słońce, heliosferę i jonosferę”, dodaje Baldovin. LOFAR to obecnie największy na świecie radioteleskop, który składa się z sieci anten. Jej rdzeń znajduje się w Niderlandach, a sama sieć rozciąga na siedem innych krajów europejskich. Teleskop, w którym wykorzystano nowatorską technologię szyków fazowanych, operuje w rzadko wykorzystywanym zakresie niskich częstotliwości od 10 do 240 MHz i ma różne zastosowania astrofizyczne. W przeciwieństwie do innych radioteleskopów LOFAR jest wielofunkcyjną siecią czujników z innowacyjną infrastrukturą komputerową i sieciową, która może przetwarzać ogromne ilości danych. „Dzięki technologii szyków fazowanych LOFAR stał się elastycznym instrumentem umożliwiającym zaprojektowanie w pełni niezależnego systemu, który może pełnić rolę urządzenia do badania pogody kosmicznej i w tym samym czasie opracowywać astronomiczne przypadki użycia przy zastosowaniu zmodernizowanej wersji istniejącego sprzętu”, wyjaśnia Baldovin.
Dopracowywanie technologii anten w celu wytworzenia dwóch wiązek
Zasadniczą częścią modernizacji prowadzonej w ramach projektu LOFAR4SW było przeprojektowanie anten wysokopasmowych radioteleskopu. „Po zmodyfikowaniu analogowego systemu kształtowania wiązki udało nam się stworzyć prototyp wysokopasmowej anteny wytwarzającej dwie wiązki, które można kierować w różne strony”, mówi Baldovin. „Istotą modernizacji było dostosowanie anten wysokopasmowych w taki sposób, by mogły wysyłać dwie niezależne wiązki i kierować je na dwa różne obiekty na niebie jednocześnie. Jedna wiązka służyłaby do badań radioastronomicznych, a za pomocą drugiej można by monitorować pogodę kosmiczną. Porównałabym to do wyposażenia teleskopu w parę oczu, które mogą pracować niezależnie”, dodaje Baldovin. Ważne jest również to, że w teleskopie LOFAR przy wytwarzaniu danych gotowych do obróbki oprogramowanie odgrywa ważniejszą rolę niż sprzęt. To oznacza, że sygnał jest przetwarzany do postaci cyfrowej na wczesnym etapie, a następnie przetwarzany za pomocą oprogramowania przy użyciu procesora. Zespół projektu LOFAR4SW opracował prototypy oprogramowania do wykonywania programów monitorujących, które szybko reagują na zdarzenia pogodowe w przestrzeni kosmicznej i przetwarzają dane zgromadzone w ramach zróżnicowanych działań. Za pomocą udoskonalonego teleskopu możliwe będzie prowadzenie rutynowych obserwacji jonosfery oraz monitorowanie pojawiających się tam anomalii z wykorzystaniem pasywnych technik radarowych, a także prowadzenie codziennych obserwacji heliosfery z uwzględnieniem scyntylacji międzyplanetarnej, pozwalające na zmierzenie zarówno prędkości, jak i gęstości wiatru słonecznego. Przy użyciu radioteleskopu będą również prowadzone codzienne obserwacje Słońca z zastosowaniem dynamicznego zarządzania widmem oraz obrazowania w wysokiej rozdzielczości. Modernizacja teleskopu nadal trwa, ale po jej zakończeniu LOFAR będzie jednym z najlepszych europejskich systemów do obserwacji pogody kosmicznej, dzięki któremu naukowcy będą mogli dokładniej badać różne zjawiska pogodowe w kosmosie.
Słowa kluczowe
LOFAR4SW, LOFAR, pogoda kosmiczna, jonosfera, Słońce, antena wysokopasmowa, heliosfera, kształtowanie wiązki
