Was wird die Nachfolge des Arecibo-Observatoriums antreten?

Es gibt keine einfache Antwort. In naher Zukunft werden verschiedene Radioteleskope auf der ganzen Welt die Lücke auf verschiedene Weise schließen; wie dies geschieht, hängt von den Bedürfnissen der einzelnen Beobachter und Kollaborationen ab. Es sei denn, jemand würde ein identisches Observatorium auf dem gleichen Breitengrad wie Arecibo bauen, mit dem gleichen Frequenzbereich, den gleichen Empfängeroptionen und dem gleichen Sichtfeld. . . Wir müssen die Beobachtung verteilen. Angesichts der Tatsache, dass wir nicht wirklich damit gerechnet hatten, Arecibo länger als etwa ein Jahr zu verlieren$^{\dagger}$, es liegt noch einiges in der Luft. Fügen Sie "wahrscheinlich" und "vielleicht" in diese Antwort ein, wo immer Sie möchten.

Ich mache Pulsar-Timing, also werde ich darüber sprechen, wie eine Zukunft ohne Arecibo aus unserer Sicht aussehen könnte. Die beiden Hauptinstrumente meiner Kollaboration waren Arecibo und das 100-Meter Green Bank Telescope (GBT), wobei ungefähr die Hälfte der Beobachtungszeit in Arecibo und die andere Hälfte am GBT verbracht wurde. Es gibt keine festen Pläne für die genaue Strategie, die wir in Zukunft verfolgen werden, aber wir müssen unsere Beobachtungsfrequenz beim GBT verringern (dh wie oft wir bestimmte Pulsare beobachten), damit wir einen Teil der Zeit dafür nutzen können Beobachten Sie Pulsare, die wir normalerweise mit Arecibo beobachten würden. Das GBT kann also einen Teil der Last übernehmen, aber da wir nur eine begrenzte Menge an Beobachtungszeit haben, wirkt sich das auf unsere anderen Beobachtungen aus. Wir werden wahrscheinlich die Kadenz der Beobachtungen und die Anzahl der Pulsare, die wir regelmäßig überwachen, verringern müssen.

Pulsar Timing Arrays werden in naher Zukunft auch Optionen mit anderen bestehenden Instrumenten haben. Eines der wichtigsten ist das Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) in Kanada. Die Leute von CHIME werden tatsächlich alle unsere Pulsare der nördlichen Hemisphäre beobachten können ( CHIME Pulsar Collaboration, 2017 ), was ausgezeichnet ist. Kurzfristig wird CHIME die Belastung durch den Verlust von Arecibo etwas verringern. Wir haben auch ein bisschen Timing mit dem Very Large Array gemacht, obwohl ich nicht glaube, dass das in Zukunft ein wichtiger Akteur sein wird.

Das bringt uns zu Teleskopen, die sich derzeit in der Planungsphase oder im Bau befinden. Das DSA-2000 ( Hallinan et al. 2019 ) wird hoffentlich Ende der 2020er Jahre das erste Licht erblicken und wahrscheinlich ein wichtiger Bestandteil unserer laufenden Beobachtungen werden. Das Square Kilometre Array wird auch für die Radioastronomie insgesamt extrem wichtig sein – ich weiß nicht, ob wir es speziell viel nutzen werden. Auch das SKA soll im nächsten Jahrzehnt fertiggestellt werden.

Dies sind nur die aktuellen potenziellen Optionen aus meiner Ecke der astronomischen Welt – und sie sind ziemlich vorläufig. Arecibo war unser am häufigsten verwendeter Schraubendreher in der Werkzeugkiste, also hat es uns sicherlich getroffen. Wir werden in zehn Jahren hoffentlich in der Lage sein, das GBT mit CHIME und idealerweise DSA-2000 etwas zu ergänzen – in diesem Sinne werden diese Arecibo für unsere Beobachtungen effektiv nachfolgen. In Wirklichkeit bedeutet das nur, dass wir nicht ganz so viel von unserer Beobachtungskapazität verlieren werden - aber es kann den Verlust nicht annähernd ausgleichen. Andere Kollaborationen und Astronomen werden voraussichtlich ihre Nutzung an den Observatorien verstärken, die für ihre Beobachtungen am besten ausgestattet sind, je nach Frontend-/Backend-Anforderungen und Sichtfeld.

Das wird kein Spaß. Wir werden zurückgeworfen. Aber die Wissenschaft wird weitergehen. Uns wird schon etwas einfallen.

Es lohnt sich, diese Antwort jetzt zu aktualisieren, da das Weißbuch für das vorgeschlagene Arecibo-Teleskop der nächsten Generation (NGAT) veröffentlicht wurde. Das Arecibo-Observatorium hat eine phasenweise Anordnung kleiner Schüsseln vorgeschlagen, die auf einer kreisförmigen Plattform mit einem Durchmesser von etwa 300 Metern (oder möglicherweise mehreren kleineren Plattformen) montiert sind und in verschiedene Richtungen geneigt sind, um eine angemessene Himmelsabdeckung zu gewährleisten. Eine Variante umfasste 1.112 9-Meter-Schalen, da kleinere Schalen eine höhere Verpackungseffizienz bieten und daher die Sammelfläche maximieren. Unabhängig von der genauen Konfiguration wäre die Doline, in der sich die frühere 305-Meter-Schüssel befand, idealerweise das Zuhause des neuen Arrays.

Angestrebt wird eine Frequenzabdeckung von 200 MHz bis 30 GHz über vier Breitbandempfänger und ein frequenzabhängiges Sichtfeld von 6 Grad bei 300 MHz bis 3,5 Bogenminuten bei 30 GHz, eine deutliche Sichtfelderweiterung gegenüber dem Vorgänger um einen Faktor von 500. Die Schüsseln würden auch mit Sendern für Radarbeobachtungen ausgestattet.

Ob das NGAT gebaut wird, ist eine Frage, auf die noch niemand eine Antwort hat. Es würde ungefähr 450 Millionen US-Dollar kosten, was anderen Projekten Geld entziehen könnte, es sei denn, es würde eine spezielle Kongressfinanzierung oder Unterstützung aus privaten Quellen erhalten. Darüber hinaus wurde das Setup nicht in einem so großen Maßstab getestet, sodass einige technische und technische Bedenken bestehen (die Gruppe hat Single-Dish- und klassische Array-Designs in Betracht gezogen, aber abgelehnt). Alles in allem wurde das Design in beeindruckend kurzer Zeit zusammengestellt, und selbst wenn das NGAT nicht gebaut wird, können die wissenschaftlichen Überlegungen, die darin einflossen, zukünftige Designs für Ersatzteleskope in Arecibo inspirieren.

$^{\dagger}$Das stimmt nicht ganz - ein Szenario, in dem wir Arecibo verlieren, wurde bereits im Detail untersucht. Aber . . . Ich denke, viele Leute hielten es für wahrscheinlicher, dass es für eine Weile außer Betrieb sein würde, aber auf irgendeine Weise gerettet und hoffentlich bald wieder online gebracht werden könnte. Das war nicht der Donnerstag, den wir erwartet hatten.

Wie Sie sagten, wird der Verlust von Arecibo definitiv eine Delle im Bereich der Radioastronomie hinterlassen. Was dabei helfen wird, seinen Platz einzunehmen – es gibt ein paar Optionen.

Das Green Bank Observatory war und ist ein weit verbreitetes Radioobservatorium. Es hilft bei vielen Initiativen, nicht nur, aber auch bei Breakthrough Listen . Ich weiß, dass es viele Menschen gibt, die bei/mit Arecibo arbeiten und auf verschiedene Weise mit Green Bank verbunden sind, daher stelle ich mir vor, dass einige der beobachtenden Verantwortlichkeiten/Aufgaben oder Projekte in den Händen von Green Bank landen könnten.

Darüber hinaus wird das Allen Telescope Array derzeit renoviert, um in größerem Umfang zur Beobachtung verschiedener Radioquellen - z. FRBs. Ich denke, dass die ATA in naher Zukunft, wenn die Dinge maßstabsgetreu und einsatzbereit sind, auch dazu beitragen würde, die Lücke zu füllen, die der Verlust von Arecibo geschaffen hat.

Erwähnenswert finde ich auch FAST - Chinas Five Hundred Meter Aperture Spherical Telescope. Der Name ist etwas irreführend, da die Öffnung, die das Teleskop verwendet, keinen Durchmesser von 500 Metern hat, aber es hat in den letzten Jahren Pulsare mit einer ziemlich schnellen (Wortspiel beabsichtigt) Rate entdeckt. Sie können ihre Entdeckungen hier sehen .

Und ich bin mir sicher, dass viele von Ihnen in der Welt der Radioastronomie gehört haben, dass das Square Kilometre Array voraussichtlich 2027 sein erstes Licht haben wird. Es wird das größte und leistungsstärkste/empfindlichste Radioteleskop sein, das je gebaut wurde, wenn es fertig ist , und wird sicherlich für das Gebiet der Radioastronomie von unschätzbarem Wert sein.

Der große Verlust ist für die Radarastronomie . Arecibo war eines von nur zwei regelmäßig genutzten Radarteleskopen weltweit und bei weitem das leistungsstärkere: eine 300-Meter-Antenne und ein Megawatt-Sender im Vergleich zur 70-Meter-Antenne und einem 500- Kilowatt-Sender von Goldstone . Pläne für Nachfolger sind mir nicht bekannt: FAST kann ohne kompletten Umbau der Empfangsplattform nicht mit einem Sender ausgestattet werden, und keine der anderen Schüsseln kommt auch nur annähernd an die Größe von Arecibo heran.

Was wird die Nachfolge des Arecibo-Observatoriums antreten?

(Wie bereits in dieser Antwort erwähnt ) Eine der Anwendungen von Arecibo war als leistungsstarker Sender für die Radarastronomie . Mehr dazu siehe

• diese Antwort auf Gibt es heute eine Rolle, die den Bau eines großen Radioteleskops mit einer einzigen Schüssel rechtfertigen würde, um Arecibo zu ersetzen?
• Größte Entfernung zu einem Objekt im Sonnensystem, das vom Radar gemessen wurde?
• Wie hat Arecibo Methanseen auf Titan entdeckt und die Ringe des Saturn abgebildet?
• Warum ist Saturn in diesem Radarbild seiner Ringe unsichtbar?
• Warum wurde die 100-m-Green-Bank-Schüssel zusammen mit der 70-m-Goldstone-Schüssel von DSN benötigt, um Chandrayaan-1 im Mondorbit zu entdecken? (Referenzen darin)

Nun, es scheint, dass das ikonische Green Bank (Radio) Telescope ( Website ) jetzt mit einem Sender ausgestattet wurde , um starke, gut kollimierte Radarimpulse für Zwecke der Radarastronomie in den Weltraum zu strahlen!

Laut dieser Pressemitteilung:

Das Green Bank Telescope (GBT) von GBO – das größte voll steuerbare Radioteleskop der Welt – wurde mit einem neuen, von Raytheon Intelligence & Space entwickelten Sender ausgestattet, der es ihm ermöglicht, ein Radarsignal in den Weltraum zu senden. Das kontinentweite Very Long Baseline Array (VLBA) des NRAO empfing das reflektierte Signal und erzeugte Bilder der Mondlandestelle von Apollo 15.

Der Proof-of-Concept-Test, der den Höhepunkt einer zweijährigen Anstrengung darstellt, ebnet den Weg für die Entwicklung eines leistungsstärkeren Senders für das Teleskop. Mehr Leistung wird eine verbesserte Erkennung und Abbildung kleiner Objekte ermöglichen, die an der Erde vorbeifliegen, Monde, die andere Planeten umkreisen, und andere Trümmer im Sonnensystem.

Die Technologie wurde im Rahmen einer kooperativen Forschungs- und Entwicklungsvereinbarung zwischen NRAO, GBO und Raytheon entwickelt.

„Dieses Projekt eröffnet sowohl NRAO als auch GBO eine ganze Reihe neuer Möglichkeiten“, sagte Tony Beasley, Direktor des National Radio Astronomy Observatory und Vizepräsident für Radioastronomie bei Associated Universities, Inc. (AUI). „Wir haben bereits an wichtigen Radarstudien des Sonnensystems teilgenommen, aber die Umwandlung des GBT in einen steuerbaren planetaren Radarsender wird unsere Fähigkeit, faszinierende neue Forschungsrichtungen zu verfolgen, erheblich erweitern.“

Unter Verwendung der bei diesem neuesten Test gesammelten Informationen werden die Teilnehmer einen Plan zur Entwicklung eines 500-Kilowatt- Hochleistungsradarsystems fertigstellen, das Objekte im Sonnensystem mit beispielloser Detailgenauigkeit und Empfindlichkeit abbilden kann. Die gesteigerte Leistung wird es den Astronomen auch ermöglichen, Radarsignale bis in die Umlaufbahnen von Uranus und Neptun zu verwenden, wodurch unser Verständnis des Sonnensystems erweitert wird.

„Das geplante System wird einen Sprung nach vorn in der Radarwissenschaft darstellen und den Zugang zu noch nie zuvor gesehenen Merkmalen des Sonnensystems von hier auf der Erde ermöglichen“, sagte Karen O'Neil, Standortleiterin des Green Bank Observatory.

Aus NRAOs erfolgreichem Test ebnet den Weg für ein neues Planetenradar (sieht ein bisschen astigmatisch aus)

Untertitel:

GBT-VLBA-Radarbild der Region, in der Apollo 15 1971 gelandet ist. Das schlangenähnliche Merkmal ist Hadley Rille, ein Überbleibsel alter vulkanischer Aktivität, wahrscheinlich eine eingestürzte Lavaröhre. Der Krater oben neben der Rille heißt Hadley C und hat einen Durchmesser von etwa 6 Kilometern. Dieses Bild zeigt Objekte mit einem Durchmesser von nur 5 Metern.

Quelle: NRAO/GBO/Raytheon/NSF/AUI