Megaprojeler

SKAO – Kare Kilometre Dizi Gözlemevi: Evrenin Radyo Dalga Kayıtları

mm
Yayınlandı
Güncellendi
Securities.io sitesini Google'daki tercih ettiğiniz kaynaklara ekleyin
Açıklama: Securities.io, incelediğimiz ürünlerin bağlantılarını kullandığınızda ücret alabilir. Bu, editoryal değerlendirmelerimizi etkilemez. Kayıtlı bir yatırım danışmanı değiliz; bu bir yatırım tavsiyesi değildir. Bağlı kuruluş açıklamamızı okuyun.

Süper Teleskoplar

Astronomi megaprojectleri, en çok dikkat çekenler genellikle görünür spektrumda veya ona yakın dalga boyunda çalışan teleskoplardır, çünkü çok etkileyici görüntüler üretirler. Bu, örneğin JWST (James Webb Uzay Teleskobu), ki daha önceki bir megaproject makalesinde detaylı olarak inceledik.

Yıldızlar ve diğer uzay nesneleri, yalnızca ışık şeklinde sinyaller yaymaz. Astronominin bir diğer önemli alanı, elektromanyetik spektrumun farklı bir bölümünü, yani radyo sinyallerini tespit eden radyo teleskoplarıdır.

Kaynak: SKAO

Eskiden, 305 metre genişliğindeki artık hizmet dışı kalan Arecibo gözlemevi gibi ultra büyük antenlere dayanıyordu; bu gözlemeyi 1990’ların James Bond filmi GoldenEye ya da Contact gibi filmlerinde görmüş olabilirsiniz.

Farklı bir teknik, çok sayıda daha küçük anten kullanır ve toplam veriyi dijital olarak tek bir büyük görüntüye birleştirir; bu yöntem interferometri olarak adlandırılır, bazen de açıklık sentezi (aperture synthesis) denir.

Bu yöntemde, antenler arasındaki mesafe ne kadar büyükse, nihai görüntünün çözünürlüğü o kadar yüksek olur. Yeterli zaman verildiğinde, çok zayıf bir kaynaktan bile yavaş yavaş yüksek kaliteli bir görüntü oluşturulabilir.

Kaynak: NRAO

Bu, en az 3.000 km mesafeye kadar uzanan alıcı istasyonlarıyla bir megaproject olan SKAO (Kare Kilometre Dizi Gözlemevi) tarafından izlenen yöntemdir. Çalışır duruma geldiğinde, SKA-Mid ve SKA-Low, Dünya üzerindeki en büyük radyo teleskop dizisi olacaklardır.

Evreni anlama şeklimizi devrim niteliğinde değiştirecek, radyo dalga spektrumunda şimdiye kadar elde edilen en ayrıntılı bilgileri sunacaktır.

Radyo Astronomi

Radyo dalgalarının gökyüzünden ilk kez tespit edildiği tarih 1933’tür; bu, Bell Telefon Laboratuvarları’nda Karl Jansky tarafından, Samanyolu galaksimizden algılanmıştır.

Takip eden yıllarda daha fazla analiz yapıldı ve bu, 1974 Fizik Nobel Ödülü ile sonuçlandı; ödül, açıklık sentezi (interferometri) geliştirdiği için Sir Martin Ryle ve pulsarları keşfettiği için Antony Hewish’e verildi (pulsarlar, çok düzenli ve çok güçlü radyo darbeleri yayan, hızlı dönen nötron yıldızlarıdır).

Kaynak: Nobel Prize

Pulsarlar ve evrendeki en güçlü ve yıkıcı astronomik olaylar arasında yer alan süper kütleli kara delikler gibi nesneler yalnızca radyo astronomisiyle gözlemlenebilir. Ayrıca, görünür ışıkta görünmez olan nötr hidrojen de tespit edilebilir.

Radyo astronomisinin bir diğer avantajı, tüm hava koşullarında çalışabilmesidir; gökyüzündeki bulutlar ya da kötü hava koşulları engel oluşturmaz. Benzer şekilde, radyo sinyalleri kozmik toz tarafından engellenmez, bu da radyo astronomisinin diğer teleskop türlerinin göremediği bölgeleri “görmesini” sağlar.

Günümüzde radyo astronomisinin büyük bir kısmı radyo interferometrisiyle yürütülmektedir; özellikle ABD’nin New Mexico eyaletindeki 27 yeme sahip Very Large Array (VLA) ve Şili’deki 66 yeme sahip Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) teleskopları (şu anda dünyanın en büyük radyo teleskop dizisi) gibi tesislerle.

  • WiFi’nin icadı.
  • Manyetik rezonans görüntüleme (MRI);
  • Uzay navigasyonu ve GPS için referans sistemleri;
  • Deprem uyarıları için önemli olan tektonik plaka hareketlerinin yüksek hassasiyetli izlenmesi;
  • Radar, telekomünikasyon ve uzaktan algılamada kullanılan düşük gürültülü amplifikatörler;

SKAO Tarihi

SKAO, temelde interferometri kullanarak bir kilometrekare (bir milyon metrekare, 10 milyon metrekare feet) büyüklüğünde bir dizi oluşturmayı hedefleyen bir projedir.

Bu, 1980’lerden beri, Büyük Patlama’dan sadece 100 milyon yıl sonra evrenin genişlemesini, hidrojen bulutlarını inceleyerek ve Büyük Patlama’dan 1 milyar yıl sonra ilk galaksilerin oluşumunu araştırarak analiz etmek için bu kadar büyük bir diziye ihtiyaç duyulacağı bilindiği içindir.

Projenin temel üyeleri Avustralya, Çin, İtalya, Hollanda, Portekiz, Güney Afrika, İsviçre ve Birleşik Krallık’tır. Diğer ülkeler ya katılım aşamasındadır, bir iş birliği anlaşması vardır ya da projeyi gözlemlemektedir; büyük ülkeler arasında ABD’nin eksikliği dikkat çekicidir.

Kaynak: Wikipedia

2005 yılında 6 potansiyel tasarımın kısa bir listesi seçildi ve SKA Organizasyonu 2011’de resmen kuruldu.

Kaynak: SKAO

2015 yılında, “Kare Kilometre Dizi ile Astrofizik İlerlemesi” adlı devasa bir bilim kitabı yazıldı. Kitap, 31 milletten 1.213 katkıda bulunan tarafından yazılmış 135 bölümü içeriyordu.

2019’da SKAO Sözleşmesi Roma’da imzalandı, projenin her ülke tarafından sağlanan katkı ve katılımı resmileştirdi.

İnşaat 2021’de onaylandı. 2022’nin sonuna kadar, SKAO’nun iddialı inşaat takviminde ilerlemesiyle birlikte yaklaşık 500 M€ değerinde sözleşmeler verildi.

İlk maliyetler 2014’te 1,8 milyar € olarak tahmin edilmişti. 2021’de, gerekli bütçenin 3 milyar $’a yükseldiği tahmin edildi.

2025’te ilk Ana Bilim Planlaması (KSP) planlaması ve teklifleri gerçekleşecek; bu, dünyanın dört bir yanındaki bilimsel ekiplerin sunduğu projelere bağlı olarak teleskobun ilk olarak neyi gözlemleyeceğini kesin olarak belirleyecek.

Kaynak: SKAO

2027’den itibaren ilk gözlemler yapılacak ve radyo teleskobu faaliyete geçecek; tüm sistemin planlandığı gibi çalıştığı doğrulaması yapılacak ve kapasite, ilk gözlemlerle birlikte 2029’da artacaktır.

Kaynak: SKAO

SKAO Tasarımı

SKAO, Birleşik Krallık’ta bir merkez ofisiyle, iki farklı kıtada (SKA-Mid için Güney Afrika ve SKA-Low için Avustralya) iki ayrı teleskop olarak dağıtılacaktır.

Kaynak: SKAO

Birleşik Krallık’taki konum, radyo astronomisinin gelişimine yaptığı katkı nedeniyle UNESCO Dünya Mirası Listesi’nde yer alan Jodrell Bank sitesidir.

Kaynak: SKAO

Güney Afrika ve Avustralya seçimi, bu bölgelerdeki daha düşük radyo paraziti (daha az kara kütlesi ve nüfus) ile bağlantılıydı; özellikle uzak çöl bölgelerinde, aynı zamanda Samanyolu’na iyi bir görüş sağlıyor.

SKA-Mid

Eşi görülmemiş bir ölçeğe ulaşmak için, SKAO’nun SKA-Mid bölümünde en az 197 tamamen yönlendirilebilir çanak bulunacak ve yeni projeye mevcut MeerKAT radyo teleskobu, Güney Afrika’da 64 bağlantılı anten sistemine dahil edilecektir.

Mevcut MeerKAT radyo teleskobunun 13,5 m çapındaki çanakları, biraz daha büyük 15 m çapındaki SKA çanaklarıyla birleştirilecek ve hepsi tek bir sisteme entegre edilecektir.

Çanaklar arasındaki maksimum mesafe (veya temel hat) 150 km olacak ve toplam toplama alanı 33.000 m² oluşturacaktır.

Çin, Avustralya, Kanada, Fransa, Almanya, İtalya, Güney Afrika, İspanya, Birleşik Krallık ve İsveç’teki kurumlar SKA-Mid tasarımına katkıda bulunmuş ve çeşitli bileşenler dünya genelinde üretilip Güney Afrika’ya gönderilerek montajı yapılacaktır.

Her bir 22 metre yüksekliğinde, 15 metre çapındaki çanak, 66 ayrı panelden oluşacak ve her panel ortalama 0,010‑0,030 mm arasında bir yüzey doğruluğuna ayarlanarak düzgün bir toplama yüzeyi sağlanacaktır.

Kaynak: SKAO

160 kg ağırlığındaki alıcılar, radyo dalgalarını analogdan dijitale dönüştürür; bu sinyaller daha sonra optik fiber aracılığıyla aktarılır ve işlenir.

15 metre anten seçimi, yüksek hassasiyet ve yüksek çözünürlük (küçük antenler daha iyidir) ihtiyacı ile gökyüzünün büyük bir bölümünü aynı anda tarama (büyük antenler daha iyidir) arasındaki bir uzlaşmaydı.

Maliyet kısıtlamaları, çanakların seri üretilebilirliği, kurulum hızı, düşük işletme maliyetlerinin sürdürülmesi ve yüksek rüzgarlar ya da termal stres gibi çevresel aşırılıklarla başa çıkabilme yeteneği, sistem tasarımı sırasında göz önünde bulundurulan diğer faktörlerdi.

Kaynak: SKAO

Genel olarak, SKA-Mid, mevcut en iyi radyo teleskobuna kıyasla 4 kat daha yüksek çözünürlük, 5 kat daha yüksek hassasiyet sağlayacak ve gökyüzünü 60 kat daha hızlı tarayabilecektir.

SKA-Low

SKA-Low, SKA-Mid’den çok farklı bir tasarıma dayanır; bu tasarım, büyük antenler kullanan diğer radyo teleskoplarına daha benzer.

Bunun yerine, SKA-Low, 512 istasyon arasında dağıtılmış 131.072 adet log‑periyodik anten kullanacak. Log‑periyodik antenler, 2 metre yüksekliğinde, düşük frekanslı radyo dalgalarını tespit etmek için tasarlanmış daha küçük antenlerdir.

Kaynak: ABC

Antenin “Noel ağacı” şekli, 50 MHz ile 350 MHz arasındaki tüm olası radyo sinyallerini tespit edecek şekilde tasarlanmıştır. Daha uzun dalgalar genellikle en eski olanlardır; çünkü evrenin genişlemesiyle “gerilmiş” durumdadırlar.

Antenler kendileri hareket etmez, ancak “beamforming” (ışın yönlendirme) adı verilen bir teknik, onları doğru yöne yönlendirmek için kullanılır; bu, bir sinyalin nereden geldiğini tespit edip onu güçlendirmeyi sağlar.

Her anten, güçlendirilmiş elektrik sinyalini optik verilere dönüştüren akıllı bir kutuya bağlanır; bu veriler optik fiberler aracılığıyla Merkezi İşleme Tesisi (CPF)’ne aktarılır.

Toplamda, SKA-Low anteni 419.000 m²’lik şaşırtıcı bir toplama alanı oluşturur. Bu, en zayıf sinyallerin bile daha önce mümkün olmayan bir şekilde tespit edilip birleştirilip güçlendirilebileceği anlamına gelir.

Kaynak: SKAO

Ayrıca, SKA-Low, şu anda kullanılan benzer en iyi sisteme kıyasla %25 daha iyi çözünürlük, 8 kat daha yüksek hassasiyet ve gökyüzünü 135 kat daha hızlı tarama yeteneğiyle performansında önemli bir artış sağlar.

SKA-Low antenlerinin tasarımında, onları seri üretme zorunluluğu, tüm parçaların hareket etmemesi gibi birçok seçeneği belirledi.

SKAO’nun Hedefleri

1. aşamada, Milky Way içinde 10.000 normal pulsar ve 1.000 milisaniyelik pulsar (çok hızlı ve güçlü pulsarlar) tespit edebilecek duyarlılığa sahip olması bekleniyor. Tam olarak dağıtıldığında, Dünya’ya doğru sinyal yayan tüm galaktik pulsarları tespit edebilecek.

Ayrıca, ilk yıldızların ve galaksilerin oluştuğu an ve koşullar olan “Kozmik Şafak”ın ilk ayrıntılı ölçümünü ve ardından “İyonlaşma Dönemi”ni (evrenin şu anki durumuna daha benzer) sağlayacak.

Kaynak: SKAO

SKAO, radyo sinyalleri üzerindeki etkileri aracılığıyla, LIGO yerçekimi dalgası dedektörünü tamamlayarak, yerçekimi dalgalarını da analiz edebilecek.

Sistemler ayrıca değişken “alt‑diziler” oluşturabilecek; bu, aynı anda paralel gözlemler ve deneyler yürütülmesini sağlar ve sadece tüm interferometri teleskobunun bir kısmını harekete geçirir.

Kaynak: SKAO

SKAO Teknolojik Başarıları

Üretim ve Ekonomik Etki

Teknik açıdan, SKAO ölçeği ve hassasiyetiyle etkileyicidir; özellikle anteni için gereken son derece hassas üretim, SKA-Mid için yüzlerce, SKA-Low için ise yüz binlerce kez ölçekli olarak tekrarlanmalıdır.

Bu, katılımcı ülkelerin şirketleriyle birçok ortaklık programı aracılığıyla sağlanmış; bu programlar, teknolojik yetenekleri ve yerel ekonomileri üzerinde güçlü bir etki yaratmıştır; örneğin:

Veri Yönetimi

SKAO’nun bir diğer etkisi, veri işleme konusundadır; antenler tarafından toplanan radyo sinyalleri dijital bilgiye dönüştürüldükçe, işlenmesi gereken bir veri seli oluşacaktır.

Ortalama 8 terabit/saniye veri, Avustralya’daki Murchison çölündeki SKA-Low teleskobundan Perth’teki işleme tesisine yüzlerce kilometre boyunca aktarılacak. SKA-Mid için veri hızı daha da yüksek, yaklaşık 20 terabit/saniyedir. Bu, şu anda dünyanın en büyük radyo teleskobu ALMA’nın ürettiği veriden 1.000 kat daha fazladır.

Her bir anten tarafından alınan veriler hafifçe farklı zamanlarda olduğundan, ultra hassas atomik saatler sayesinde hizalanmaları gerekir. Bu gereklilik o kadar sıkıydı ki, verileri senkronize etmenin yeni yollarının tasarlanmasını zorunlu kıldı.

Veriler daha sonra Bilim Veri İşleyicileri (SDP) adı verilen iki süper bilgisayara aktarılır. Her biri yaklaşık 135 PFlops (petaflop) işleme hızına sahiptir ve 2022’de Dünya üzerindeki en hızlı üç bilgisayar arasında yer almıştır.

Toplamda, proje yılda 700 petabayt veri arşivleyecek; bu, 1,5 milyon normal dizüstü bilgisayarın sabit disk kapasitesine eşdeğerdir.

Bilgi işlem gücünün çoğu bir güneş enerjisi santrali ve ilgili bataryalarla sağlanmakta, dizel jeneratör yedekleri bulunmaktadır.

SKAO Faz 1’in Ötesinde

SKAO için Bir Sonraki Adım

Daha fazla anten bağlandıkça, SKAO’nun kapasitesi artacak; hem çözünürlük hem de toplam tarama kapasitesi yükselecek.

Kaynak: SKAO

Uzun vadede, SKAO daha fazla radyo teleskop dizisini entegre edecek şekilde tasarlanmıştır. Bu, Avustralya’ya daha fazla anten eklenmesi ve diğer Afrika ülkelerinde yeni dizilerin kurulmasıyla gerçekleştirilecektir. Düşünülen yeni ortaklar arasında Güney Afrika’nın komşuları Botswana, Gana, Kenya, Madagaskar, Mauritius, Mozambik, Namibya ve Zambiya bulunmaktadır.

Projenin II. aşaması için, “Kare Kilometre Dizi ile Astrofizik İlerlemesi II” adlı yeni bir cilt hazırlanıyor.

Diğer Radyo Teleskopları

ABD, mevcut VLA’nın halefi olan Yeni Nesil Çok Büyük Dizi (ngVLA)‘yi inşa ediyor; bu dizi, 25 metre çanaklardan oluşacak ve kıta ABD toprakları, Hawaii, Porto Riko ve Kanada arasında 5.505 mil (8.860 km) yayılacak.

Kaynak: ngVLA

Başka bir plan, NASA’nın Ay’ın karanlık tarafına büyük bir radyo teleskop inşa etmesidir; bu konum, Dünya’dan gelen herhangi bir parazitten tamamen korunmuş olur ve LuSEE-Night cihazı (Ay Yüzeyi Elektromanyetik Deneyi) olarak adlandırılır. Büyük bir çanak yerine, bu konsept radyo sinyallerini tespit etmek için uzun kablolar kullanacaktır.

Kaynak: Cosmo

Daha da iddialı bir konsept, Lunar Crater Radio Telescope (LCRT), Ay’da 3‑5 km çapında bir kraterin çanak olarak kullanılmasını ve kilometre uzunluğunda bir kablonun alıcı anten olarak görev yapmasını öngörüyor.

Kaynak: NASA

Sonuç

SKAO sonuçları, diğer teleskopların aksine çok daha az görsel olacaktır; çünkü evrenin en büyük nesneleri olan nötron yıldızları ve galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara delikler gibi nesneler tarafından üretilen görünmez ve daha karmaşık radyo dalga sinyallerine odaklanır.

Bu sonuçlar, JWST gibi teleskopların verileri kadar, hatta daha fazla, evreni anlama biçimimizi dönüştürebilir. Bu, evrenin ilk anını ve yerçekimi dalgalarının evreni nasıl şekillendirdiğini içerir.

Ayrıca, dünyanın en iyi zihinlerinden binlercesini harekete geçiren büyük bir endüstriyel ve bilimsel girişimdir. Önceki radyo astronomi projelerindeki gibi, kullanılan donanım ve yazılımın aşırı teknik gereksinimleri, kablosuz veri algılama, yarı iletkenler ve hassas üretim ile veri analizinde neler yapılabileceğini ileriye taşıyacaktır.

Dolayısıyla, şüphesiz, 21.yüzyılın başlarındaki en önemli ve dönüştürücü bilimsel megaprojectlerden biri olarak hatırlanacaktır.

SKAO ile İlgili Şirket

AAC Clyde Space

Birçok şirket SKAO ile ilişkilendirilirken, bazıları için bu, şirketin daha küçük olması ve projenin onlara göre daha büyük olması nedeniyle çok daha büyük bir anlaşmadır.

AAC, 2023’te radyo teleskop projesine ana radyo astronomi alıcılarını sağlamak için bir ihale kazanan bir İsveç şirketidir.

Projenin değeri 12 M€’dur ve sipariş 2027’nin ilk çeyreğinde teslim edilecektir. Her alıcı bir metreden fazla genişliğe ve 180 kg ağırlığa sahiptir. Omnisys, projeye 80 tam işlevli ve entegre alıcı sistemi teslim edecektir. Ekli dijital dönüştürücü Qualcomm (QCOM ) tarafından üretilecektir.

Kaynak: Chalmers SE

Radyo teleskop sistemlerinin yanı sıra, AAC’nin uzmanlığı küçük uydu üretimi ve işletiminde de bulunmaktadır. Şirketin küçük uydu odaklı çalışması, fırlatma maliyetlerinin yörüngeye inmesinin azalması sayesinde birçok küçük uydunun daha karlı bir şekilde fırlatılmasını sağlıyor; özellikle uydu takımyıldızları (en bilinen örnek SpaceX’in Starlink (SPCX )) inşasıyla.

AAC, 15 uydudan oluşan kendi takımyıldızına sahiptir; bu takımyıldız, müşterilerine kendi uydularını işletmek zorunda kalmadan yörünge görüntüleri, gemi takibi, hassas tarım, ormancılık verileri vb. gibi veriler sunar.

Şirket, önümüzdeki on yıl boyunca bu “Hizmet Olarak Uzay Verisi” teklifini büyütmeyi planlıyor; 2025’te tarım için hiperspektral veri ekleyecek ve gemi iletişimi için VDES (Çok Yüksek Frekanslı Veri Değişim Sistemi) sağlayacak (ilk uydu 2023’te fırlatıldı).

Kaynak: AAC

Bu arada, şirket yeni uydular inşa etmek için sözleşmeler kazanmaktadır; örneğin Avrupa Meteoroloji Uyduları Kullanım Örgütü (EUMETSAT), gerçek zamanlı optik ve kuantum doğrudan yer iletişimi ESA OPS-SAT VOLT, İskoçya’nın ilk uydusu UKube-1 veya Denizcilik İletişim Uydusu Ymir-1.

Avrupa’ya uydu sistemleri sağlayan kilit bir tedarikçi olarak, şirket bölgenin uzay gücünü sürdürme ve kendi uydu takımyıldızlarını geliştirme hedeflerinden faydalanma konumunda; hatta ESA, Çin, SpaceX veya Rocket Lab (RKLB ) (özel Rocket Lab yatırım raporu için bağlantıyı takip edin)

mm

Jonathan, genetik analiz ve klinik deneylerde çalışan eski bir biyokimyacı araştırmacıdır. Şu anda yenilik, piyasa döngüleri ve jeopolitik konulara odaklanan bir hisse senedi analisti ve finans yazarıdır ve yayınında 'The Eurasian Century'.