Последние несколько лет мы предлагаем немедленно начать строительство сети метровых телескопов-роботов МАСТЕР III. Через 3 года мы можем выйти на второе место в мире по открытию опасных астероидов и занять самое высокое место по открытиям астрофизических взрывных процессов во Вселенной. Самое главное, что у нас уже есть полное математическое обеспечение, позволяющее регистрировать все типы оптических вспышек - от окрестностей Земли до самых удаленных районов. В ближайшее время министерство Науки и Образования будет выбирать пути развития астрономии России.
Форма предложения научной астрономической инфраструктуры
Создание сети универсальных телескопов-роботов МАСТЕР III метрового диаметра для решения фундаментальных и прикладных задач современной астрономии.
1.Описание предлагаемой новой научной инфраструктуры или капитальной модернизации имеющейся инфраструктуры.
В начале 21 века стало очевидным, что применение роботизированных телескопов небольшого диаметра (до метра) в астрономии позволяет совершить прорыв в исследовании резко нестационарных и короткоживущих явлений во Вселенной. С помощью роботизированных обсерваторий, построенных в развитых странах удалось открыть собственное оптическое излучение самых мощных взрывов во Вселенной - гамма-всплесков. Открытие десятков и сотен сверхновых звезд позволило открыть ускоренное расширение Вселенной (Нобелевская премия 2011г.) и заподозрить существование так называемой <темной> энергии или энергии космического вакуума. Телескопы-роботы открывают сотни и тысячи новых малых тел солнечной системы, десятки планет вне солнечной системы (экзопланет, опасные астероиды и кометы).
С 2002 года под руководством профессора В.М. Липунова создан первый отечественный двойной робот-телескоп МАСТЕР I малого диаметра (40 см), на базе которого создана Глобальная сеть самого быстрого в мире мониторинга неба до 19-20 звездной величины МАСТЕР II. За последние 5 лет сетью МАСТЕР открыты около тысячи новых оптических транзиентов всех типов - от астрофизических взрывов до потенциально-опасных астероидов и комет. Сеть МАСТЕР II получила мировое признание и наши телескопы приглашены на лучшие обсерватории южного и северного полушария, а открытые сетью объекты послужили целью наблюдений самых крупных телескопов мира и космических обсерваторий. Свидетельством качества российского проекта служит то, что с проектом МАСТЕР сотрудничают крупнейшие мировые физические эксперименты по регистрации нейтрино (ANTARES, IceCube) и гравитационных волн (LIGO/VIRGO). 10-лентний опыт работы сети МАСТЕР II показал, что Россия в силу огромной долготной протяженности не просто может, а обязана принимать участие в создании сети роботизированных обсерваторий. Непредсказуемость многих вспышечных явлений и их практически изотропное распределение по небу, делает Россию, как самую большую страну, просто незаменимым местом этих передовых исследований.
Однако область поисковых (синоптических обзоров) постоянно развивается. США и некоторые европейские страны уже перешли или переходят к более крупным широкоугольным системам (Pan-STARR (США), OGLE III (Польша-США), ePTF(США), CRTS (США), VST и т.д.). Увеличение предела обзора продиктовано новыми задачами, которые можно будет решать в недалеком будущем. Это исследование характера ускоренного расширения Вселенной, посредством открытия космологических сверхновых типа Ia. Появление гравитационно-волновых интерферометров следующего поколения позволит начать исследование слияния нейтронных звезд и нейтронных звезд и черных дыр параллельно и в оптическом диапазоне (явление килоновой на расстояниях до 100-200 Mpc) . Телескопы среднего и большого диаметра позволят наблюдать самые далекие объекты во Вселенной как оптические двойники гамма-всплесков на красных смещениях более 10. Кроме того, эти телескопы попутно могут решать задачи обнаружения опасных астероидов и комет.
Многолетний опыт работы с поисковыми системами показывает, что разумнее всего в следующие несколько лет установить телескопы среднего размера, а именно диаметром 1 метр. Нами разработан и готов к выпуску отечественным предприятием телескоп-робот третьего поколения МАСТЕР III. Телескопы MASTER III могут быть изготовлены в течении 2-3 лет и позволят России занять место в фарватере мировых исследований оптических транзиентов.
Имеющееся уникальное математическое обеспечение МАСТЕР II (на его создание ушло более 10 лет работы нескольких программистов-астрономов высочайшего уровня) после модификации позволит открывать космологические транзиенты до 22-23 звездной величины и позволит решать следующие фундаментальные задачи: исследование поведения закона ускоренного расширения Вселенной с использованием космологических сверхновых типа Ia, обнаружение самых дальних объектов во Вселенной на расстояниях Z>10 путём быстрых алертных наблюдений гамма-всплесков. Наблюдение предвестников сверхновых звезд и явления килоновой, сопровождающее слияние нейтронных звезд. Предлагаемый проект позволит Российским ученым в разы раздвинуть горизонт открытия слабых известных типов транзиентов, но по-прежнему активно изучаемых взрывных явлений протекающих в корестностях реялятивиских звезд (в том числе сверхмассивных черных дыр) и белых карликов. Телескопы МАСТЕР III позволят обнаруживать потенциально-опасные астероиды с размеров порядка Челябинского с подлетным временем до 5-7 дней.
Иллюстрация 1: Телескоп-робот МАСТЕР III. Поле зрения 4 квадратных градуса. Диаметр 1 метр. Светосила 1/2.5. Предельная звездная величина - 22 (60 сек).
Телескопы должны быть установлены в 4-х пунктах размещения телескопов системы МАСТЕР II, то есть Обсерватория Благовещенского педагогического университета, Горная обсерватория ГАИШ МГУ (под Кисловодском), Астрофизический комплекс «Тунка» Иркутского и Московского государственного университета и дополнительно на Южной станции МГУ (Крым). В этих университетах уже имеются научно-технические коллективы, способные обслуживать и работать на роботах-телескопах
Эти места представляются оптимальными с точки зрения астроклимата. А Крым и Кисловодск удачно дополняют друг-друга по сезонным колебаниям числа ясных ночей.
1.1Технические характеристики.
Элементом сети является полностью роботизированный оптический широкопольный комплекс МАСТЕР III обеспечивающий автономный режим съемки и обработки изображений вплоть до выявления новых объектов (двигающихся и неподвижных) формирующий самостоятельно оперативную тактику наблюдений, предполагающую захват быстро двигающихся или быстропеременных новых объектов, и выдачей целеуказаний для внешних пользователей. Кроме того возможен автоматический "алертный" режим работы по внешним целеуказаниям, в том числе с космических обсерваторий. Третий режим работы (реже применяемый) - это прямое управление по сети интернет.
Иллюстрация 1: Телескоп-робот МАСТЕР III. Поле зрения 4 квадратных градуса. Диаметр 1 метр. Светосила 1/2.5. Предельная звездная величина - 22 (60 сек).
Обсерватории МАСТЕР III предполагается разместить в 4-х пунктах размещения телескопов системы МАСТЕР II, то есть Обсерватория Благовещенского педагогического университета, Горная обсерватория ГАИШ МГУ (под Кисловодском), Астрофизический комплекс «Тунка» Иркутского и Московского государственного университета и дополнительно на Южной станции МГУ (Крым).
Диаметр главного зеркала1000 мм
Диаметр вторичного зеркала390 мм
Фокусное расстояние2500 мм
Радиус хорошего поля зрения2градуса/80мм
Полная длина системы1150 мм
Основные технические характеристики сети МАСТЕР III:
- Общее поле зрения 16 квадратных градусов
- Предельная звездная величина 22 за 1 минуту
- Долготная 6 часов 25 минут
- Непрерывная работа в Зимнее время - 21.5 часов.
- Масштаб изображения 1 угл.сек.пикс
1.2Уникальность в России и в мире.
Уникальность проекта в России обеспечивается, тем что в России нет других полностью роботизированных систем способных вести фундаментальные и прикладные исследования одновременно.
Уникальность в мире обеспечивается:
а. Расположением России в мире.
б. Уникальным математическим обеспечением, которое является главным ядром проекта.
в. Опыт наблюдений и открытия потенциально опасных астероидов на телескопах МАСТЕР II показывает, что распределённая по России сеть телескопов-роботов МАСТЕР III закроет около 20 процентов долготно-временного пространства мониторинга неба в мире.
г. Предлагаемая сеть имеет огромный потенциал развития и кооперации с зарубежными обсерватории в пунктах размещения МАСТЕР II: Обсерватория Канарcкого Астрофизического Института (Испания, о.Тенерифе), Обсерватория 10-ти метрового телескопа SALT (Сазерленд, Южная Африка), Обсерватория Феликса Агулара (Аргентина) и т.д..
1.3Оценка объемов предполагаемого финансового обеспечения капитального строительства, оснащения научным оборудованием, годового обслуживание после ввода в эксплуатацию.
На изготовление и установку 4-х телескопов МАСТЕР III 800 млн.руб.
На поддержание работы и ремонт 30 млн. руб. в год.
1.4Срок ввода в эксплуатацию и использования после.
2.5 года после выделения средств. 20 лет использование.
1.5Потенциальная вовлеченность отечественных производителей, включая использование или разработку высоких технологий, в реализацию. Возможность коммерциализации технических разработок. Необходимость вовлечения зарубежных организаций-партнеров.
Оптический комплекс МАСТЕР III разработан и впускается Московским Объединением "Оптика". Математическое обеспечение обеспечивает надежную долговременную работу без вмешательства человека при высокой эффективности использования комплекса.
1.6Оценка геополитических, организационных, технических рисков реализации инфраструктуры.
Основной проект практически не зависит от геополитических, организационных и технических рисков. Несколько лет назад, когда присутствовала монополия западных стран на создание монолитных ПЗС камер большого размера (более 9 см), эта часть оборудования могла представлять определенную угрозу в случае обострения санкционных мер. Однако в настоящее время есть возможность использования южно-азиатского рынка или отечественного производства.
1.7Наличие и/или необходимость создания технического задела в России.
Усилиями коллектива ученых МГУ из проекта МАСТЕР удалось создать уникальное математическое обеспечение и получить 13-летний опыт использования роботов в тяжелых условиях российской зимы вплоть до Сибири и дальнего востока.
1.8Наличие и/или необходимость подготовки соответствующего кадрового потенциала.
C 2002 в под руководством профессора В.М.Липунова России развивается сеть роботов-телескопов МАСТЕР II которая уже 8 лет (с 2007 г.) шагает по стране и миру.
Телескопы МАСТЕР II установлены в Обсерватории Благовещенского педагогического университета (2009), Горная обсерватория ГАИШ МГУ под Кисловодском (2008), Астрофизический комплекс «Тунка» Иркутского и Московского государственного университета (2009) и дополнительно на Южной станции МГУ (Крым, 2015). В этих университетах уже подготовлены научно-технические коллективы, обладающие опытом работы с полностью роботизированными обсерваториями.
2.Описание ключевых научных (фундаментальных и/или прикладных) задач, решение которых предполагается осуществить с помощью предлагаемой инфраструктуры
2.1Актуальность.
Область поисковых (синоптических обзоров) постоянно развивается. США и некоторые европейские страны уже перешли или переходят к более крупным широкоугольным системам (Pan-STARR (США), OGLE III (Польша-США), ePTF(США), CRTS (США), VST и т.д.). Увеличение предела обзора продиктовано новыми задачами, которые можно будет решать в недалеком будущем. Это исследование характера ускоренного расширения Вселенной, посредством открытия космологических сверхновых типа Ia. Появление гравитационно-волновых интерферометров следующего поколения позволит начать исследование слияния нейтронных звезд и нейтронных звезд и черных дыр параллельно и в оптическом диапазоне (явление килоновой на расстояниях до 100-200 Mpc на неоднородном фоне хозяйской галактики) . Телескопы среднего и большого диаметра позволят наблюдать самые далекие объекты во Вселенной как оптические двойники гамма-всплесков на красных смещениях более 10. Кроме того, эти телескопы попутно могут решать задачи обнаружения опасных астероидов и комет.
2.2Новизна.
Впервые в России появится возможность быстрого синоптического обзора неба до 22-23 звездной величины. Распределенная сеть средних телескопов МАСТЕР III позволит обнаруживать до 20-30 процентов открытых в мире оптических транзиентов.
2.3Ожидаемые результаты и выполнимость.
Открытие сверхновых звезд типа Ia в диапазоне красных смещений 0.1< z <0.8 где происходит смена замедленного и ускоренного расширения Вселенной, позволит участвовать России в передовых исследованиях свойств космической энергии вакуума. Особый интерес представляет регистрация новых, пока еще не наблюдавшихся или наблюдавшихся в единичных дискуссионных случаях оптических вспышек связанных с явлением "килоновых" и предвестников сверхновых звезд. Особый интерес, представляет исследование "килоновых", так как здесь сопрягается принципиально новый канал информации в астрономии - гравитационные волны, - с оптическими, рентгеновскими и гамма- диапазонами. Разумные оценки показывают, что вспышка килоновой, которую можно обнаружить по следам регистрации гравитационно- волнового импульса будет примерно в 100 раз слабее хозяйской галактики и здесь важно иметь достаточно мелкомасштабное изображения для успешного поиска транзиента на ярком фоне самой галактики.
2.4Сравнение с мировым уровнем.
Следует подчеркнуть, предлагаемая сеть идентичных телескопов станет уникальной не только по расположению в России (оно может быть протянута на западные и южные долготы и широты), но и просто уникальной в мире. Опыт работы и строительства средних широкопольных систем позволяет России стать незаменимым сектором мировых исследований нестационарных процессов во Вселенной. При установке в Южном полушарии (ЮАР, Аргентина) и на Канарах Россия станет лидером по открытию быстрых оптических транзиентов. Опыт работы с сетью МАСТЕР II показывает, что распределенные системы может решать гораздо более широкий класс фундаментальных и прикладных задач. 40 см телескоп МАСТЕР неоднократно опережал крупнейший современный обзорный телескоп Pan-STARR стоимостью 200 млн. долларов.
Расположение телескопов МАСТЕР II Глобальной сети МАСТЕР (Октябрь 2015г.)
Происходит это из-за выигрыша во времени наблюдений и более совершенного математического обеспечения робота.
2.5Оценка рисков решения научных задач.
10-летний опыт эксплуатации робот-телескопов МАСТЕР II показывает, что на данном этапе сеть даже небольших телесопов диаметром 40 см, но с хорошим математическим обеспечением позволяет занять одно из ведущих мест в мире среди обзорных телескопов. Все крупнейшие телескопы мира и многие космические обсерватории наводились по целеуказаниям МАСТЕРа II. Это делает риски неудачи решения задачи практически нереальными.
Взаимодействие Глобальной сети МАСТЕР с крупнейшими телескопами и космическими обсерваториями мира.
2.6Ожидаемый временной период решения приоритетной научной задачи.
Первые открытия пойдут через 2.5 года после получения финансирования. Еще через несколько месяцев Россия выйдет на мировые позиции в исследованиях нестационарных космологических объектов. Например теоретические предсказания частоты слияния нейтронных звезд доступные современному уровню детекторов гравитационных волн, проведенные в ГАИШ (Машина Сценариев) показывают, что процесс столкновения и его результаты можно будет наблюдать десятки раз в год. Напомним, что столкновение нейтронных звезд с нейтронными звездами или черными дырами на расстояниях до 100 мпс будут доступны телескопам МАСТЕР III . Эти наблюдения можно будет проводить в течении первых лет. В течении 5-10 лет будут открыты самые далекие объекты во Вселенной и будет установлены свойства ускоренного расширения Вселенной.
2.7Наличие или необходимость создания научного задела в России.
Коллектив проекта МАСТЕР является пионером использования крупногабаритных ПЗС приемников в широкоугольных телескопах России. С 2002 года коллективом МАСТЕР опубликовано около 340 научных телеграмм в центре исследования гамма-всплесков, более 532 в Астрономических Телеграммах, болеe 35 в центре Исследования Малых Планет МАС и десятки в телеграммах МАС. Опубликовано более 25 статей в ведущих мировых и отечественных астрономических журналах. Около 10 с высоким импакт фактором (MNRAS, ApJ, ApJLett, ExperimenatAstronomy). Коллективом МАСТЕР II наблюдалась самая ранняя поляризация оптического излучения гамма-всплесков.
Руководитель проекта является неизменно членом научных комитетов международных конференций и симпозиумов. Особенно ярким свидетельством признания достижения наших технологий является участие В.М. Липунова в научном комитете Международной конференции по роботизированным обсерваториям (Испания, Малага, последние 6 лет).
2.8Наличие или необходимость подготовки соответствующего кадрового потенциала.
C 2002 в под руководством профессора В.М. Липунова на базе Глобальной сети роботов-телескопов МАСТЕР II создан большой творческий коллектив, который способен поддерживать роботизированные сети в рабочем состоянии и вести активные научные исследования нестационарных объектов во Вселенной.
Создание сети средних широкопольных космологических универсальных телескопов МАСТЕР III не потребует коренной переподготовки кадров на местах. Большое количество молодежи привлечено к работе сети. Нами воспитаны за последние несколько лет три кандидата наук и четверо являются соискателями ученой степени кандидата физико-математических наук. Двое членов команды В.В.Чазов и С.А.Язев защитили докторские диссертации. К защитам докторских диссертаций готовятся некоторые молодые члены коллектива.
2.9Оценка количества научных организаций и индивидуальных пользователей инфраструктуры, которые будут вовлечены в решение на ней научных задач.
Результаты работы сети представляют огромный интерес практически для всех астрономических учреждений страны, поскольку телескоп-робот МАСТЕР III способен обнаруживать все типы астрофизических резко нестационарных объектов во Вселенной от карликовых новых, новых звезд и сверхновых до взрывов в ядрах галакатик и гамма-всплесков. Кроме того, МАСТЕР III будет обнаруживать до 20 процентов мировых открытий потенциально опасных астероидов в чем заинтересованы такие ведомства как Росскосмос, МО, МЧС. Подчеркнем, что именно быстро-летящие потенциально-опасные астероиды распределены практически изотропно по небу и не требуют специального изменения программы наблюдений.
База данных может быть доступна всем астрономом, которые занимаются вспыхивающими или двигающимися объектам: Речь идет о двух классах объектов. Первый класс – фундаментальный, - исследование процессов, сопровождающих образование быстровращающихся черных дыр - гамма-всплесков (самых мощных взрывов во Вселенной), образование нейтронных звезд и черных дыр (сверхновые звезды), а также термоядерные вспышки на белых карликах (Новые звезды), вспышки активных ядер галактик - свечение плазмы вблизи сверхмассивных чёрных дыр и вспышки пока еще неизвестной природы (взрывы килоновых и явление выхода ударных волн на поверхность предсверхновых, и др.).
Второй класс объектов имеет не только фундаментальное, но и прикладное значение: роботизированное программное обеспечение отождествления объектов на широкопольных и сверхширокопольных изображениях МАСТЕРа открывает потенциально-опасные астероиды и кометы. При этом, робот сам ищет объекты и пересылает их координаты и звездные величины в Международный Центр Изучения Малых Планет. Следует подчеркнуть, что главным достижением МАСТЕР является разработка и реализация уникального для России математического обеспечения, позволяющего впервые решить главную и сложнейшую задачу — обработки изображений вплоть до выделения списка новых объектов в реальном времени (изображений размером 2x2 градуса, содержащих десятки тысяч звезд(а в Млечном пути это сотни тысяч звезд) на каждом кадре).
База данных - изображения обработанные в реальном времени, а главное кандидаты в новые объекты всегда будут доступны по Интернет в реальном времени. Вся технология и веб инструменты уже созданы - нами получено и обработано около миллиона изображений звездного неба. Математическое обеспечение постоянно модернизируется в течении последних 10 лет. Всего лишь за три года сеть МАCТЕР открыла почти тысячу новых объектов на небе всех типов - от комет и опасных астероидов до оптических двойников гамма-всплесков на больших красных смещениях.
Обозрение "Физические явления на небесах" профессора В.М.Липунова.
