ОткрепитьЗакрепитьЗакрыть

Центральный офис в России
ООО «Бекхофф Автоматизация»

Серебряническая наб., д. 29
БЦ «Silver City», 1-й этаж
109028 г. Москва, Российская Федерация

+7 495 419 07 44
russia@beckhoff.com
www.beckhoff.com/ru-ru/

 © ESO/B. Tafreshi (twanight.org)
© ESO/B. Tafreshi (twanight.org)

13 авг. 2021 г.

Высокоточное наблюдение за «звездным танцем» вокруг сверхмассивной черной дыры

Технология управления на базе ПК используется при модернизации больших телескопов и других инструментов Европейской южной обсерватории

В 2020 году наблюдения, выполненные с помощью Очень Большого Телескопа (VLT) в обсерватории ESO, впервые показали, что звезда, вращающаяся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного пути, двигается в точном соответствии с предсказаниями Общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Этот долгожданный результат стал возможным благодаря высокоточным измерениям, в которых, как и в других экспериментах, ключевую роль сыграла технология управления на базе ПК от Beckhoff.

Установленный в VLT эшелле-спектрограф для скалистых экзопланет и устойчивых спектроскопических наблюдений (Espresso) позволяет с беспрецедентной точностью искать экзопланеты.
Установленный в VLT эшелле-спектрограф для скалистых экзопланет и устойчивых спектроскопических наблюдений (Espresso) позволяет с беспрецедентной точностью искать экзопланеты.

Европейская южная лаборатория (ESO), штаб-квартира которой расположена в Гархинге (Германия), – это ведущая европейская организация астрономических исследований и наиболее продуктивная с научной точки зрения обсерватория в мире. ESO реализует амбициозную программу, направленную на проектирование, строительство и эксплуатацию высокопроизводительных наземных объектов для астрономических наблюдений. Организация имеет три точки наблюдения в Чили: Ла-Силья, Параналь и Чахнантор. В настоящее время в Паранале ESO работает с Очень Большим Телескопом (VLT), интерферометром VLT и двумя обзорными телескопами (Vista и VLT). Кроме того, ESO выбрала гору Серро-Армасонес, расположенную не далеко от Паранала, в качестве места строительства Чрезвычайно Большого Телескопа (ELT) с диаметром зеркала 39 м, ввод в эксплуатацию которого в качестве самого большого оптического телескопа в мире должен состояться в 2025 году.

Черная дыра в центре Млечного пути

Общая теория относительности Эйнштейна предсказывает, что связанные орбиты одного объекта вокруг другого не являются замкнутыми, как в ньютоновской гравитации, но что сам орбитальный эллипс испытывает вращение в направлении движения вокруг притягивающего тела. Этот эффект «звездного танца» был доказан 2020 году благодаря наблюдению за движением звезды, вращающейся вокруг компактного радиоисточника Стрелец A* в центре Млечного пути. Это также доказывает присутствие сверхмассивной черной дыры, масса которой в 4 миллиона раз превышает массу солнца. Этот эффект, известный как прецессия Шварцшильда, никогда раньше не измерялся для звезд, движущихся вокруг сверхмассивной чёрной дыры.

Данный результат является кульминацией 27 лет наблюдений за этой звездой с помощью разнообразных передовых инструментов, большинство из которых использовались ESO на VLT в пустыне Атакама (Чили). Количество измерительных точек, которые отмечают положение и скорость звезды, являются доказательством точности нового исследовательского проекта: более 330 измерений было выполнено при использовании инструмента «Gravity». Поскольку звезде требуются годы для вращения вокруг черной дыры, то потребовались три декады наблюдений, чтобы разобраться с тонкостями ее орбитального движения.

Gravity – это инструмент второго поколения для интерферометра VLT, который позволит измерять положение и изучать движения астрономических объектов в гораздо меньшем масштабе чем это было возможно в настоящее время.
Gravity – это инструмент второго поколения для интерферометра VLT, который позволит измерять положение и изучать движения астрономических объектов в гораздо меньшем масштабе чем это было возможно в настоящее время.

Управление на базе ПК используется как для задач модернизации, так и для новых инструментов

Из-за продолжительного периода эксплуатации VLT в основном использует более старую технологию управления, однако уже сейчас управление на базе ПК от Beckhoff применяется в некоторых более поздних обновлениях. Одним из этих примеров является модернизация инструмента UT Coudé Train, с помощью которого звездный свет от отдельных телескопов передается на блоки периферийного оборудования, спектрографы и детекторы. Марио Кикебуш, руководитель группы программного обеспечения для управления приборами в ESO, рассказывает: «Технология Beckhoff сейчас используется во многих системах обсерватории, преимущественно в астрономических инструментах второго и третьего поколения. Первым инструментом, полностью реализованным с помощью компонентов управления Beckhoff, является спектрограф Espresso (эшелле-спектрограф для скалистых экзопланет и устойчивых спектроскопических наблюдений). Он применяется для поиска экзопланет с беспрецедентной точностью, выявляя минимальные изменения световых свойств звезд. Кроме того, свет от всех четырех телескопов VLT можно теперь впервые объединить, что позволяет достичь светосилы телескопа диаметром 16 м».

По словам Марио Кикебуша, Gravity – это другой очень важный инструмент, который использует контроллеры Beckhoff. Данный инструмент, который уже помог подтвердить существование черной дыры в нашей галактике, применяется для объединения света всех четырех телескопов VLT диаметром 8 м в один супертелескоп, разрешение которого будет аналогично 130-метровому телескопу. В среднем для каждого инструмента используется четыре контроллера, преимущественно Embedded PC серии CX20xx. В качестве программного обеспечения для управления применяется ПО TwinCAT 3 обычно с базовыми компонентами среды выполнения TwinCAT 3 PLC/NC PTP 10 (TC1250) и TwinCAT 3 C++ (TC1300), а также TwinCAT 3 Function OPC UA (TF6100).

Приблизительно 10 EtherCAT-модулей в среднем напрямую подключены к каждому Embedded PC, выполняющему роль ПЛК. По словам Марио Кикебуша, чаще всего использовались модули аналоговых входов и выходов ES2xxx и ES3xxx, а также такие коммуникационные интерфейсы как модуль последовательных интерфейсов EL6002. Также применяются контроллеры шаговых двигателей и двигателей постоянного тока, включая модуль шагового двигателя EL7041 с модулем внешнего энкодера EL5152 и модуль двигателя постоянного тока EL7342 с интерфейсным модулем инкрементального энкодера EL5101. Более того, планы на будущее для ELT включают использование приблизительно 560 четырехканальных модулей цифровых выходов EL2044 с внешней диагностикой.