Пущинская радиоастрономическая обсерватория

Все три перечисленные радиотелескопа (РТ-22, ДКР-1000 и БСА ФИАН) являются достаточно универсальными инструментами и используются для исследований околосолнечной плазмы и солнечного ветра, пульсаров, остатков вспышек сверхновых, радиогалактик и квазаров, областей звёздообразования и межзвёздных газовых туманностей.

Во 2-й половине 1960-х гг. силами сотрудников обсерватории были сооружены ещё две антенны метрового диапазона длин волн, размерами около 250 × 10 м каждая, одна из которых располагалась в районе г. Старица Тверской области, а другая – на берегу Плещеева озера (г. Переславль-Залесский). Эти антенны предназначались для одновременных с антенной Восток – Запад ДКР-1000 наблюдений межпланетных мерцаний радиоисточников, что, в частности, позволило впервые измерить скорость солнечного ветра на высоких гелиоширотах.

Антенна Север – Юг ДКР-1000 в 1980-е гг. очень эффективно использовалась для наблюдений спектральной линии поглощения атомарного углерода, соответствующей переходу между уровнями с очень большими главными квантовыми числами (747 и 749).

На интерферометре метрового диапазона с переменной базой, образованном антенной Восток – Запад ДКР-1000 и передвижной антенной, специально изготовленной для выносных пунктов интерферометра, в 1970–1980-е гг. выполнены важные исследования структуры радиогалактик и квазаров в метровом диапазоне длин волн.

В 2011–2019 гг. радиотелескоп РТ-22 очень эффективно работал не только по программам наблюдений космических источников радиоизлучения, но и в качестве основной антенны станции слежения в международном проекте наземно-космического интерферометра «Радиоастрон», обеспечивая получение всей научной информации со спутника «Спектр-Р», на котором был расположен космический радиотелескоп КРТ-10.

В состав Пущинской радиоастрономической обсерватории входят 3 научных отдела:

• отдел дискретных радиоисточников;
• отдел плазменной астрофизики;
• отдел наземно-космической радиоинтерферометрии.

Также в структуру обсерватории входит один научно-технический отдел – отдел радиотелескопов.

В качестве основных направлений исследований, ведущихся в обсерватории, можно выделить:

• исследования околосолнечной и межпланетной плазмы по наблюдениям эффектов просвечивания и мерцаний радиоисточников в метровом диапазоне длин волн;
• спектральные исследования газовых туманностей и областей звёздообразования, ведущиеся на радиотелескопе РТ-22 в спектральных линиях высоковозбуждённых атомов и в мазерной линии водяного пара (на длине волны 1,35 см);
• исследования радиопульсаров – компактных нейтронных звёзд, обладающих мощными магнитными полями;
• исследования межзвёздной и межгалактической плазмы;
• исследования внегалактических источников радиоизлучения.

До конца 1960-х гг. большое место отводилось исследованиям радиоизлучения Солнца и Луны, планет Солнечной системы и их спутников. Со временем, по мере увеличения числа межпланетных космических аппаратов, радиоастрономические исследования перестали быть столь актуальными, какими они были ранее.

В обсерватории ведутся работы по созданию макета радиотелескопа метрового диапазона длин волн с широким полем зрения. Такой радиотелескоп существенно увеличил бы возможность обнаружения различных спорадических вариаций интенсивности космических источников радиоизлучения. Обсуждаются также возможности модернизации радиотелескопа РТ-22 и использования его в качестве антенны наземной станции слежения в других космических проектах.

Широкие возможности открывает анализ богатых архивных данных, полученных в результате многолетних наблюдений на радиотелескопах обсерватории по нескольким научным программам. Сюда следует отнести многолетний (более 50 лет) мониторинг динамики спектров свыше сотни областей звездообразования в мазерной радиолинии водяного пара (на длине волны 1,35 см). Большой интерес представляют также данные 40-летнего мониторинга времён прихода импульсов излучения десятков пульсаров (тайминг пульсаров). Громадный объём информации содержится и в ежесуточном мониторинге радиоизлучения около ⅓ всей небесной сферы с высоким временным и частотным разрешением, который ведётся на длине волны около 3 м с помощью высокочувствительного радиотелескопа БСА ФИАН уже на протяжении около 8 лет. Перечисленные архивные данные и продолжающиеся наблюдения могут использоваться не только в ведущихся в ПРАО АКЦ ФИАН фундаментальных исследованиях, но и в отработке методики прогноза космической погоды, для ведения пульсарной шкалы времени, для разработки методов космической навигации и в других прикладных исследованиях.

Время от времени тематические сборники статей сотрудников обсерватории издаются в Трудах Физического института имени П. Н. Лебедева РАН. Большинство же публикаций сотрудников ПРАО АКЦ ФИАН выходят в отечественных и зарубежных научных журналах.

Одной из важнейших задач, стоявших в начале 1960-х гг., была задача определения температуры и давления на поверхности Венеры в преддверии запуска отечественных космических аппаратов серии «Венера» со спускаемыми на поверхность планеты зондами. Потребовавшиеся для этого измерения яркостной температуры планеты в сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн выполнены на радиотелескопе РТ-22 ФИАН сотрудником обсерватории А. Д. Кузьминым (Кузьмин. 1960^[2]) и независимо американскими радиоастрономами (Mayer. 1958^[3]). Однако эти измерения не позволяли сделать уверенный выбор из двух альтернативных моделей атмосферы Венеры, предсказывавших существенно различные значения температуры и давления на поверхности планеты. А. Д. Кузьминым был предложен эксперимент, позволявший сделать однозначный выбор из указанных двух моделей. Этот эксперимент выполнен Кузьминым вместе с американским радиоастрономом Б. Дж. Кларком (Кузьмин. 1965^[4]) на радиоинтерферометре Калифорнийского технологического института. Результаты этой работы легли в основу проектирования и изготовления спускаемых зондов на поверхность планеты с советских межпланетных станций серии «Венера».

В 1964 г. сотрудниками РАС ФИАН во главе с Р. Л. Сороченко в радиоспектре туманности Омега впервые зарегистрирована радиолиния высоковозбуждённого атома водорода (Sorochenko. 1964). Эта радиолиния, обусловленная переходом между уровнями атома с главными квантовыми числами 91 и 90 (линия 90α), наблюдалась на длине волны около 3 см на РТ-22 ФИАН.Возможность наблюдения радиолиний высоковозбуждённых атомов предсказана Н. С. Кардашёвым ещё в конце 1950-х гг. (Кардашев. 1959^[5]), но первые попытки наблюдения таких линий, выполненные за рубежом, не дали положительного результата. Следует отметить, что положительный результат получен в том же 1964 г. сотрудниками Пулковской обсерватории (ГАО АН СССР) при наблюдении радиолинии высоковозбуждённого атома водорода (104α) (Дравских. 1964). Этот успех советских радиоастрономов зафиксирован Государственным Комитетом по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР с датой открытия 31 августа 1964 г., когда об этих результатах было сделано сообщение в Гамбурге на XII Генеральной Ассамблее Международного астрономического союза. И указанное открытие, и последовавший за ним обширный цикл работ сотрудников РАС ФИАН легли в основу нового направления исследований в радиоастрономии. Одна из важных работ в этом направлении выполнена на антенне Север – Юг ДКР-1000 ФИАН в 1980-е гг. (Leht. 1989^[6]), когда в спектре остатка сверхновой Кассиопея А была зарегистрирована линия поглощения атома углерода 747β. Активным участникам всех этих работ, среди которых 5 сотрудников РАС ФИАН, в 1988 г. присуждена Государственная премия СССР.

К концу 1960-х гг. оформилось тесное сотрудничество группы Р. Л. Сороченко с группой радиоспектроскопистов из ГАИШ МГУ, которые уделяли особое внимание мониторингу вариаций мазерной линии водяного пара на длине волны 1,35 см в известных областях звездообразования. В результате этого сотрудничества накоплен уникальный материал наблюдений на РТ-22 ФИАН спектров более сотни таких объектов на протяжении уже 50 лет, со скважностью (интервалом между последующими наблюдениями каждого объекта) около 1 месяца.

Во 2-й половине 1960-х гг. на радиотелескопе Восток – Запад ДКР-1000 выполнен обширный цикл измерений плотностей потоков излучения радиоисточников в метровом диапазоне длин волн. Анализ спектров большой выборки радиоисточников в диапазоне метровых и дециметровых волн обнаружил наличие космологической эволюции спектров синхротронного излучения внегалактических радиоисточников (Дагкесаманский. 1969; Dagkesamanskii. 1970^[7]). Спустя 12 лет эти выводы были подтверждены в работах индийских радиоастрономов.

Открытие в 1967 г. кембриджскими радиоастрономами во главе с Э. Хьюишем пульсаров (Observation of rapidly pulsating radio sources. 1968^[8]) ознаменовало появление нового направления в радиоастрономии, связанного с исследованием как периодических, так и изолированных всплесков радиоизлучения различной природы. По инициативе В. В. Виткевича исследование пульсаров сразу же вошло в число наиболее важных научных направлений Радиоастрономической станции, а теперь уже и Пущинской радиоастрономической обсерватории ФИАН. Этому способствовало то обстоятельство, что и радиотелескоп Восток – Запад ДКР-1000, и вступивший в строй позднее радиотелескоп БСА ФИАН позволяли проводить самые разнообразные исследования пульсаров на очень высоком уровне. Уже в 1968 г. был открыт первый «пущинский пульсар» РР 0943 (Новый пульсар PP 0943 ... 1969^[9]). Наблюдения пульсаров на этих радиотелескопах позволили выполнить исследования индивидуальных импульсов и спектров пульсаров в широком диапазоне частот (Ю. П. Шитов, В. М. Малофеев, В. А. Извекова), поляризации их излучения (С. А. Сулейманова), стабильности периодов следования импульсов (Т. В. Шабанова). Сотрудниками обсерватории (А. Д. Кузьмин, Ю. П. Илясов, Ю. П. Шитов, Т. В. Шабанова и др.) вместе с коллегами из института ВНИИФТРИ Госстандарта СССР была выдвинута идея использовать пульсары в качестве внеземных стандартов частоты и организовать на этой основе пульсарную шкалу времени (Ильин. 1983). Ныне пульсарная шкала времени ведётся не только в ПРАО АКЦ ФИАН, но и во многих крупных обсерваториях мира, а сотрудники обсерватории исследуют возможности использования пульсаров в целях космической навигации (В. В. Орешко, В. А. Потапов, А. Е. Родин).

К числу важнейших развивающихся и ныне направлений исследований в Пущинской радиоастрономической обсерватории следует отнести изучение межпланетной и межзвёздной плазмы методом просвечивания. Этот метод применяется для изучения параметров протяжённой среды, через которую распространяется излучение, исходящее от более далёких радиоисточников. Анализируя параметры приходящего на Землю излучения радиопульсаров и очень далёких квазаров, удаётся получить сведения не только о характерных параметрах среды, через которую распространяется излучение этих источников, но и о временны́х вариациях этих параметров. Так, ещё в начале 1980-х гг. сотрудник обсерватории В. И. Власов обратил внимание, что с помощью ежедневных наблюдений мерцаний большого числа радиоисточников, расположенных на разных расстояниях от Солнца, можно проследить распространение возмущений межпланетной плазмы, обусловленное корональными выбросами высокоэнергичных частиц (Власов. 1981^[10]). Он же обратил внимание и на корреляцию подобных выбросов с возмущениями индексов геомагнитной активности. Всё это впоследствии легло в основу предложенного метода прогноза космической погоды.В. В. Виткевич инициировал не только экспериментальные, но и теоретические исследования межпланетной плазмы и солнечного ветра, фактически сформировав сильную группу теоретиков, в которую вошли М. В. Конюков, И. В. Чашей и лауреат Государственной премии СССР 1990 г. В. И. Шишов. Эта группа существенно расширила представления о формировании солнечного ветра и создала основу, необходимую для интерпретации регистрируемых мерцаний радиоисточников и эффектов рассеяния их излучения на неоднородностях межпланетной плазмы, а затем и межзвёздной среды.

После модернизации радиотелескопа БСА ФИАН, выполненной в 2009–2012 гг., этот радиотелескоп является лучшим в мире инструментом для исследования возмущений, распространяющихся в межпланетной плазме от Солнца после мощных корональных выбросов. Мониторинг состояния межпланетной плазмы, осуществляемый на этом радиотелескопе, может позволить предсказать не только геомагнитные бури, но и потоки распространяющихся от Солнца высокоэнергичных частиц. Данные этого мониторинга открывают широкие возможности и для поиска различного рода спорадических вариаций космического радиоизлучения, поиска новых пульсаров и одиночных радиовсплесков самого различного происхождения. Именно такие работы ведутся группой молодых сотрудников обсерватории под руководством С. А. Тюльбашева (Tyul'bashev. 2018^[11]; 2020^[12]).

На протяжении всей истории существования Радиоастрономической станции ФИАН (а позже – Пущинской радиоастрономической обсерватории) её сотрудники тесно сотрудничали со своими зарубежными коллегами. Уже в 1961 г. в Национальной радиоастрономической обсерватории США состоялась первая встреча советских и американских радиоастрономов, в которой с советской стороны приняли участие В. В. Виткевич, А. Д. Кузьмин, Р. Л. Сороченко, П. Д. Калачёв (все сотрудники РАС ФИАН), а также В. А. Санамян (Бюраканская обсерватория, Армянская ССР) и Г. Г. Гетманцев (Научно-исследовательский радиофизический институт – НИРФИ, г. Горький). Позже последовала длительная (чуть меньше 1 года) командировка А. Д. Кузьмина в США для постановки наблюдений, обработки и анализа результатов измерений поляризации радиоизлучения Венеры на радиоинтерферометре Калифорнийского технологического института, о которых упоминалось выше. В середине 1960-х гг. в США вышел перевод книги А. Д. Кузьмина и А. Е. Саломоновича «Радиоастрономические методы измерений параметров антенн» (Кузьмин. 1964^[13]).

Исследования, проведённые после открытия радиолиний высоковозбуждённых атомов, легли в основу монографии, написанной Р. Л. Сороченко совместно с сотрудником Национальной радиоастрономической обсерватории США М. А. Гордоном и выдержавшей уже по 2 издания на русском и на английском языках (Сороченко. 2003^[14]).

В 1970–1980-е гг. сотрудники Пущинской обсерватории в тесном контакте с английскими радиоастрономами из радиоастрономической обсерватории Джодрелл-Бэнк Манчестерского университета (Великобритания) проводили радиоастрономические исследования пульсаров. В те же годы были отдельные работы по исследованию пульсаров и скоплений галактик, выполненные в сотрудничестве с австралийскими и американскими коллегами.

Сотрудники Пущинской радиоастрономической обсерватории принимали активное участие в международном проекте наземно-космического радиоинтерферометра «Радиоастрон». На базе ПРАО АКЦ ФИАН в самом начале 2000-х гг. был сооружён полигон для испытаний 10-метрового космического радиотелескопа КРТ-10. Испытания КРТ-10 прошли на этом полигоне в 2003–2004 гг. В 2011 г. он был запущен в космос на космическом аппарате «Спектр-Р». В течение последующих 9 лет радиотелескоп РТ-22 ФИАН работал в качестве антенны наземной станции слежения проекта «Радиоастрон», принимая основную часть научной информации с аппарата «Спектр-Р». При этом РТ-22, насколько позволяла программа «Радиоастрон», использовался и по своей обычной программе радиоастрономических исследований.

• Mayer C. H. Observations of Venus at 3,15 cm wavelength / C. H. Mayer, T. P. McCullough, R. M. Sloanaker // The Astrophysical Journal. – 1958. – Vol. 127, № 1. – P. 1–10.
• Кардашев Н. С. О возможности обнаружения разрешенных линий атомарного водорода в радиодиапазоне // Астрономический журнал. – 1959. – Т. 36, № 5. – С. 838–844.
• Кузьмин А. Д. Радиоизлучение Венеры в 8-мм диапазоне волн / А. Д. Кузьмин, А. Е. Саломонович // Астрономический журнал. – 1960. – Т. 37, № 2. – С. 297–300.
• Кузьмин А. Д. Радиоастрономические методы измерений параметров антенн / А. Д. Кузьмин, А. Е. Саломонович. – Москва : Советское радио, 1964.
• Кузьмин А. Д. Измерения поляризации и распределения яркостной температуры Венеры на волне 10,6 см / А. Д. Кузьмин, Б. Дж. Кларк // Астрономический журнал. – 1965. – Т. 42, № 3. – С. 595–617.
• Sorochenko R. L. The detection of 3 cm line in Omega nebulae / R. L. Sorochenko, E. V. Borodzich // Trans. IAU. – 1964. – Vol. 12. – P. 360.
• Сороченко Р. Л. Рекомбинационные радиолинии : физика и астрономия / Р. Л. Сороченко, М. А. Гордон. – Москва : Физматлит, 2003.
• Дравских З. В. О попытке наблюдения радиолинии возбужденного водорода / З. В. Дравских, А. Ф. Дравских // Астрономический циркуляр. – 1964. – № 282. – С. 2–4.
• Observation of rapidly pulsating radio sources / A. Hewish, S. J. Bell, J. D. H. Pilkington [et al.] // Nature. – 1968. – Vol. 217. – P. 709–713.
• Дагкесаманский Р. Д. О зависимости спектрального индекса внегалактических радиоисточников от плотности потока // Астрофизика. – 1969. – Т. 5, № 2. – С. 297–304.
• Dagkesamanskii R. D. Spectral index–flux density relation for quasars // Nature. – 1970. – Vol. 226. – P. 432.
• Дагкесаманский Р. Д. Пущинская радиоастрономическая обсерватория Астрокосмического центра ФИАН: вчера, сегодня и завтра // Успехи физических наук. – 2009. – Т. 179, № 11. – С. 1225–1235.
• Новый пульсар PP 0943 и основные характеристики его радиоизлучения / Ю. И. Алексеев, В. В. Виткевич, В. Ф. Журавлев, Ю. П. Шитов // Доклады Академии наук СССР. – 1969. – Т. 187, № 5. – С. 1019–1021.
• Власов В. И. Межпланетные ударные волны по наблюдениям мерцаний радиоисточников // Геомагнетизм и аэрономия. – 1981. – Т. 21, № 5. – С. 927–929.
• Очерки истории радиоастрономии в СССР : сборник научных трудов / ред. А. Е. Саломонович. – Киев : Наукова думка, 1985.
• Leht E. E. Observations of atoms in excitation levels close to the limit in the galaxy / E. E. Leht, G. T. Smirnov, R. L. Sorochenko // Письма в Астрономический журнал. – 1989. – Vol. 15, № 5. – P. 396–399.
• Tyul’bashev S. A. Detection of 25 new rotating radio transients at 111 MHz / S. A. Tyul’bashev, V. S. Tyul’bashev, V. M. Malofeev // Astronomy & Astrophysics. – 2018. – Vol. 618. – Art. A70.
• Tyul’bashev S. A. Search for periodic radio emission of the gamma pulsar J0325+3205 in individual records at the frequency of 111 MHz / S. A. Tyul’bashev, M. A. Kitaeva // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2020. – Vol. 46, № 7. – P. 225–227.
• Наблюдения коротирующих потоков солнечного ветра на радиотелескопе БСА ФИАН в 2016 / И. В. Чашей, С. А. Тюльбашев, И. А. Субаев, А. И. Чернышова // Астрономический журнал. – 2019. – Т. 96, № 5. – С. 407–417.

Интернет-ресурсы[править | править код]

• Способ создания и хранения временных интервалов : авторское свидетельство № 995062 от 8.10.1982 // Ильин В. Г., Илясов Ю. П., Иванова Ю. Д. [и др. // База патентов СССР.]
• Пущинская радиоастрономическая обсерватория (ПРАО АКЦ ФИАН).