Jak vědci SETI rychle a ochotně zdůrazňují, Allen Telescope Array, v současné době ve výstavbě asi 200 mil severovýchodně od San Francisca, je prvním profesionálním radioteleskopem navrženým od začátku k rychlému vyhledávání mimozemských signálů. Po dokončení se bude skládat z 350 antén rozmístěných na zhruba 150 akrech lávou rozbitých nemovitostí.
To je spousta antén a také pořádný kus majetku. Ale kde přesně na této ploše budou antény vztyčeny? Jinými slovy, jak bude pole uspořádáno? Nebude žádným překvapením, když vám řeknu, že existuje plán umístění: topografická mapa pokrytá 350 body ukazujícími, kde budou umístěny jednotlivé antény. Kdykoli ale plán rozbalím pod nosem nějakému zájemci, nad hlavou se mu nafoukne myšlenkový balónek s otazníkem. "To vypadá tak náhodně…" vyhrkli.
A skutečně tomu tak je. Plán připomíná otvory na terči – a ten, který používá méně zkušený hráč. Lidé jsou zděšeni, protože předpokládají, že antény by měly být na nějaké pravidelné mřížce.
Důvod (zdánlivé) náhodnosti je tento: protože Allen Telescope Array bude kromě svých úkolů jako vyhledávací stroj SETI sloužit k mapování mlhovin a galaxií, měl by to být dobrý rádiový „kamera“. Jinými slovy, měl by být schopen vytvářet podrobné a vysoce kvalitní rádiové mapy oblohy.
K tomu opravdu potřebujete obří anténní parabolu o velikosti půl míle nebo více. To je nejen drahé, ale je to téměř nemožné postavit.
Ale v 60. letech 20. století radioastronomové v Cambridge v Anglii přišli na to, že můžete simulovat chování monstrózní antény s menšími, pokud jimi budete pohybovat a sbírat data na různých pozicích antény. Bylo v pořádku strávit tím týdny, protože objekt, který byl „fotografován“– například galaxie – se během několikatýdenní expozice nijak výrazně nepohybuje ani nezmění. Tato technika, vhodně (i když hrozivě) nazvaná "syntéza apertury", není nic jiného než schéma rozbití neprakticky velké antény na menší části, shromažďování dat po kouscích a následné zkombinování informací s pomocí počítače k vytvoření obrázku.
Spravedlivé. Ale pokud chcete udělat vysoce kvalitní obraz, musíte měřit příchozí signál při co největším počtu různých vzdáleností antén. To znamená shromažďovat data z antén, které jsou prakticky bok po boku, stejně jako z párů antén, které jsou od sebe vzdáleny půl míle nebo více. Pokud umístíte antény na běžnou mřížku, budete mít příliš mnoho párů se stejnou vzdáleností, což je rozhodně neefektivní přístup.
Získání bodu
Astronomové vyhodnocují své plány umístění měřením takzvané „funkce rozmístění bodů“. Může to znít jako technika pro výhru v blackjacku, ale ve skutečnosti je to schéma běžně používané pro testování optických systémů, jako jsou teleskopy a čočky fotoaparátů. Funkce bodového rozprostření (PSF) není nic jiného než obrázek, který by přístroj vytvořil z bodového zdroje – rádiového vysílače (nebo žárovky, v případě optických přístrojů), který je velmi, velmi daleko. V dokonalém světě by o to šlo. Ve skutečném světě to bude alespoň trochu blobby a může mít také prsteny a věci kolem něj (pro ty, kteří jsou zasvěceni žargonu, rádioví inženýři je označují jako boční laloky). Pokud je vaše PSF opravdu druhořadé, budou obrázky z vašeho nástroje připomínat malbu Seurata: nic moc detailů.
Douglas Bock, který byl donedávna systémovým vědcem pro Allen Telescope Array, udělal těžkou práci při navrhování plánu umístění ATA. Věděl, že má nasadit 350 antén, a jeho úkolem bylo vytvořit co nejčistší a nejostřejší PSF. Samozřejmě existovalo několik omezení. "Je zřejmé, že antény se musely vejít na pozemek, který jsme si mohli pronajmout od vlastníka pozemku, a také na pozemek držený na základě zvláštního povolení k užívání od lesní správy. A to není hezký kulatý nebo čtvercový tvar, ale jakýsi legrační tvar.", " on říká.
"Kromě toho tu bylo několik praktických úvah. Musel jsem se vyhýbat okrajům lávových proudů a obcházet stávající budovy, silnice a stromy."
Ale v rámci těchto omezení mohl Bock postupovat následovně. Začal s náhodným umístěním antén a poté pomocí vhodného softwaru vypočítal ukazatel toho, jak dobrý bude výsledný PSF. "Potom jsem se postupně podíval na každou anténu a rozhodl jsem se, zda posunutím paraboly bude výsledný obraz lepší nebo horší. Pokud lepší, posunul jsem to."
O mnoho počítačového času později měl Bock funkci rozmístění bodů, která byla ostrá a bez škodlivých bočních laloků. Navrhl nástroj, který během několika minut dokázal vytvořit vysoce kvalitní snímky zdrojů kosmického rádia prakticky kdekoli na viditelném nebi.
To je výkon, který předčí téměř jakýkoli jiný radioteleskop. Proč? No, můžete to označit za jednu zřejmou, ale často přehlíženou vlastnost Allenova dalekohledu. Má spoustu a spoustu antén. Very Large Array v Novém Mexiku, nástroj často uváděný ve filmech a televizních pořadech, má 27 antén umístěných podél tří rovnoměrně rozmístěných drážek (jako zploštělé nohy stativu). Dokáže vytvořit skvělé rádiové snímky, ale k dosažení špičkové kvality je zapotřebí osm hodin pozorování, protože se spoléhá na rotaci Země, která rozmístí své antény do dostatečných „roztečů“, aby vytvořila čistý snímek. Westerbork Synthesis Radio Telescope v Holandsku má 14 antén v přímé linii východ-západ. K vytvoření dobrého obrázku oblohy je zapotřebí 12 hodin rotace Země.
Takže až uvidíte ztvárnění Allen Telescope Array se zdánlivě náhodně rozmístěnými anténami, které vypadají, jako by paraboly spadly z vysoko letícího nákladního letadla, mějte na paměti, že tento zjevný nedostatek pořádku je zavádějící. Stejně jako u obchodního parketu newyorské burzy je chaotický vzhled v rozporu s jedinečným a jemně vyladěným systémem.
