Droner hjælper med at kalibrere radioteleskop på Brookhaven Lab

Kosmologer ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Brookhaven National Laboratory eksperimenterer med et prototype radioteleskop, kaldet Baryon Mapping Experiment (BMX). Bygget på laboratoriet i 2017, prototypen fungerer som et testbed til håndtering af radiointerferens og udvikling af kalibreringsteknikker. Erfaringer fra prototypen kunne bane vejen for Brookhaven til at udvikle et meget større radioteleskop i samarbejde med andre nationale laboratorier, universiteter, og internationale partnere. Et sådant teleskop ville kortlægge neutral brint over store dele af universet, gør det muligt for forskere at få en bedre forståelse af dens accelererede ekspansion, samt karakteren af ​​mørk energi.

Vellykkede eksperimenter på BMX har allerede ført til store opgraderinger af teleskopet, såsom tilføjelse af tre retter. Og nu, i samarbejde med forskere fra Yale University, forskerne er begyndt at teste en ny kalibreringsteknik, der bruger droner.

"Traditionelle radioteleskoper er ofte fokuseret på følsomhed, men dette teleskop handler om kalibrering. Vi vil gerne vide præcis, hvad teleskopet ser med nøjagtigheden af ​​en del ud af tusind, eller bedre, " sagde Anže Slosar, en fysiker ved Brookhaven Lab. "Til sidst, vi ville foreslå at bygge et teleskop med tusindvis af tallerkener, men kalibreringsmetoden ville være den samme. Så, hvis vi kan vise, at vi kalibrerede prototypen til den rigtige præcision, så ved vi, at vi også kan gøre det for et større teleskop."

For at kalibrere BMX med en drone, Yale-samarbejdspartnerne monterede en lille radiokilde på en quadcopter-drone og fløj den over teleskopet, lave et zig-zag mønster over hele teleskopets synsfelt. Ved at sammenligne dronens kendte flyvevej fra GPS-signaler med radiosignalerne opfanget af BMX, forskerne er i stand til at bestemme, hvilke signaler der blev savnet af teleskopet.

"Denne metode til at kalibrere teleskoper har eksisteret i omkring 10 år, men det er meget svært at gøre i praksis, " sagde Emily Kuhn, en kandidatstuderende ved Yale. "En af de største vanskeligheder er at vide præcis, hvor dronen er med tilstrækkelig præcision. Vi løste dette problem ved at bruge en differentiel GPS (DGPS)."

Sammenlignet med GPS, DGPS opnår langt større præcision – ned til en centimeter, i stedet for en meter – gennem en ekstra jordbaseret station.

Forskerne eksperimenterer også med en helt ny kalibreringsteknik, der bruger en lille, fastvinget plan. Sammenlignet med droner, flyet er hurtigere, kan flyve i længere tid, og kan nemt flyve tilbage til samme punkt, gør det langt lettere for forskere at krydstjekke deres resultater; imidlertid, flyet kan ikke svæve som en drone kan.

Disse kalibreringseksperimenter er stadig i gang, og Brookhaven-teamet vil fortsætte med at arbejde med Yale University for at indsamle flere data fra dronerne og det lille fly.