W Polsce powstaną supernowoczesne radioteleskopy

Decyzją Nr 6339/IA/158/2013.1 minister Barbara Kudrycka przyznała polskiemu konsorcjum POLFAR kwotę 25 792 000 zł na budowę i wyposażenie trzech stacji europejskiego systemu radioastronomicznego LOFAR w Polsce, w ramach środków MNiSW przeznaczonych na dużą infrastrukturę badawczą.

Przedmiotem projektu jest uczestnictwo w tworzeniu i użytkowaniu europejskiego interferometru radiowego LOw Frequency ARray (LOFAR). Jako finalny produkt powstanie nowy, unikalny instrument składający się z kilkudziesięciu stacji (zespołów anten) rozmieszczonych w zachodniej i środkowej Europie, połączonych w całość dedykowanym, szybkim łączem internetowym. Dzięki nowatorskiej koncepcji LOFARa zostanie otwarte nowe niskoczęstotliwościowe okno obserwacyjne dla radioastronomii, a także będzie możliwe rozszerzenie możliwości diagnozowania i monitorowania właściwości środowiska kosmicznego w najbliższym otoczeniu Ziemi. Pozwoli to uzyskać nowe wyniki naukowe, jak i zastosowania praktyczne. Budowa co najmniej jednej stacji w Polsce jest warunkiem koniecznym dostępu polskich uczonych do całości instrumentu i możliwości wykonywania obserwacji całą europejską siecią interferometryczną. Dotyczy to zarówno obserwacji w czasie gwarantowanym, jak i pełnego dostępu do wszystkich danych. Daje to również możliwość pełnoprawnego udziału w decyzjach o gospodarowaniu zasobami systemu. Dzięki uzyskanym funduszom w latach 2013-2015 powołane w tym celu narodowe konsorcjum POLFAR (POlish Low Frequency ARray) planuje budowę i instalację trzech stacji LOFAR: Uniwersytet Jagielloński w okolicach Krakowa (Łazy), Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w okolicach Olsztyna (Bałdy) i Centrum Badań Kosmicznych PAN w Borówcu, koło Poznania. Jest to minimalna ilość stacji, która umożliwi również prowadzenie własnych badań krajową podsiecią interferometryczną, gdy nie będzie ona przeciążona pracą w sieci ogólnoeuropejskiej, co znakomicie zwiększy nasze możliwości obserwacyjne. Polskie stacje będą połączone ultraszybką siecią PIONIER z centrum w Poznaniu, a stamtąd z centralą LOFAR w Holandii, zapewniając integrację polskiej podsieci z pozostałymi stacjami LOFAR w Europie.

Utworzone w 2007 roku wspomniane narodowe konsorcjum POLFAR w składzie: Uniwersytet Jagielloński w Krakowie, Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie, Centrum Badań Kosmicznych PAN, Uniwersytet Mikołaja Kopernika w Toruniu, Uniwersytet w Zielonej Górze, Centrum Astronomiczne im. Mikołaja Kopernika PAN, Uniwersytet w Szczecinie, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, a także Instytut Chemii Bioorganicznej PAN - Poznańskie Centrum Superkomputerowo-Sieciowe w Poznaniu, zgłosiło z sukcesem niniejszy projekt na konkurs MNiSW. W rezultacie w lipcu 2010 r. projekt budowy trzech stacji LOFAR w Polsce został również zamieszczony na Polskiej Mapie Drogowej Infrastruktury Badawczej.

LOFAR, stanowiący unikalne narzędzie radioastronomiczne na następne dziesięciolecia, będzie pracował w zakresie bardzo niskich częstotliwości (10 - 240 MHz), bardzo słabo dotąd zbadanym przez radioastronomów. Instrument ten umożliwi badania obiektów wczesnego Wszechświata (np. świecących radiowo obłoków wodorowych i protogalaktyk), a także studiowanie ewolucji galaktyk, ich gromad oraz radiogalaktyk i kwazarów. LOFAR umożliwi także poznanie własności cząstek promieniowania kosmicznego, aktywności słonecznej, promieniowania radiowego planet, jak i właściwości plazmy okołoziemskiej. Instrument ten pozwoli również na badania szerokiej klasy obiektów astronomicznych wykazujących rozbłyski, jak np. okolice czarnych dziur czy gwiazd neutronowych w układach podwójnych. Wszystkie te programy stanowią unikalne laboratorium plazmy kosmicznej w warunkach nieosiągalnych w ziemskich laboratoriach. Badana materia osiąga gęstości ekstremalnie duże (pulsary), jak i bardzo małe (ośrodek międzygalaktyczny), oraz temperatury w zakresie od ok. -260oC do wielu milionów stopni, wykazuje także szeroki zakres natężeń pól magnetycznych. Ważną własnością LOFARa będzie możliwość obserwacji populacji niskoenergetycznych elektronów ważnych dla fizyki plazmy kosmicznej, lecz słabo widocznych na wyższych częstotliwościach. Z kolei fizyka Słońca i przestrzeni wokół Ziemi to zagadnienia ważne dla technik satelitarnych.

System LOFAR składa się z kilkudziesięciu tzw. "stacji". Każda stacja to dwa zestawy po 96 anten, odpowiednio na wyższy i niższy podzakres wspomnianego przedziału częstotliwości. Do funkcjonowania sieci LOFAR niezbędne jest dedykowane, ultraszybkie łącze internetowe. Przesyłane takimi łączami sygnały z anten tworzących stację są następnie opracowywane (korelowane) w czasie rzeczywistym przez superkomputer (tzw. korelator) w centrum zarządzania siecią w Groningen. Istotnym novum jest wykorzystanie koncepcji "sieci fazowanej", której diagram kierunkowy (lub kilka naraz) będzie formowany drogą kombinowania sygnałów z wyliczaną na bieżąco macierzą opóźnień fazowych. Jest to wyzwanie i stymulator rozwojowy współczesnych technik gromadzenia i opracowania danych.

LOFAR jest obecnie w zaawansowanej fazie budowy. W dniu 12 czerwca 2010 r. dokonano w Holandii oficjalnej inauguracji instrumentu. Aktualnie 36 stacji w Holandii, sześć w Niemczech  i po jednej we Francji, Szwecji i Wielkiej Brytanii już w pełni pracuje i przynosi pierwsze niskoczęstotliwościowe obrazy nieba. Wykonane próbne obserwacje jasnych radioźródeł pokazują, że LOFAR (w aktualnym stanie) może obserwować struktury radiowe z rozdzielczością osiągalną dla istniejących instrumentów tylko na wielokrotnie wyższych częstotliwościach, i natomiast  nieporównywalnie lepszą w zakresie niskich częstotliwości. Z początkiem 2013r. za pomocą działających już stacji rozpoczęty został pierwszy, testowy przegląd całego nieba na częstotliwościach 60 i 150 MHz. Przynosi on już pierwsze dane posiadające wartość naukową.

Zaproponowany przez członków konsorcjum unikalny program badań, łączący cele naukowe i aplikacyjne spotkał się z ogromnym zainteresowaniem społeczności międzynarodowej. Ponadto opracowanie metody korekcji danych pomiarowych ze względu na wpływ jonosfery i atmosfery Ziemi ma szansę stać się polską specjalizacją w całym programie LOFAR. Właśnie w celu wykorzystania tych możliwości oraz zapewnienia polskim uczonym pełnego dostępu do tego urządzenia, wspomniane powyżej polskie narodowe konsorcjum pod nazwą POLFAR planuje budowę polskich stacji LOFAR.

Należy podkreślić, że budowa trzech najbardziej wysuniętych na wschód elementów LOFARa spowoduje radykalne (o rząd wielkości) polepszenie zdolności rozdzielczej planowanego urządzenia w kierunku wschód-zachód. Tereny rozmieszczenia anteny LOFARa będą też wykorzystywane do eksperymentów użytkowych z zakresu fizyki gleby, geofizyki i nawigacji satelitarnej. Stacje będą miały zatem ogromne znaczenie dla badań astrofizycznych i stosowanych.

Źródło informacji (CBK PAN)