АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2019, том 96, № 4, с. 288-304

УДК 520.2

КОНЦЕПЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО

КОМПЛЕКСА И ДИНАМИЧЕСКИ ИНТЕГРИРОВАННОЙ БАЗЫ

ДАННЫХ В ПРИМЕНЕНИИ К МНОГОКАНАЛЬНЫМ НАБЛЮДЕНИЯМ

ГЛОБАЛЬНОЙ СЕТИ МАСТЕР

Д. С. Зимнухов¹, П. В. Балануца¹, В. Г. Корнилов^1,2, Н. В. Тюрина¹, О. А. Гресс^1,3,

Д. М. Власенко^1,2, А. М. Габович^1,4, В. В. Юрков^1,4, Д. А. Кувшинов^1,2, В. А. Сеник¹

¹Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,

Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга, Москва, Россия

²Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова,

Физический факультет, Mосква, Россия

³Иркутский государственный университет, Институт прикладной физики, Иркутск, Россия

⁴Благовещенский государственный педагогический университет, Благовещенск, Россия

Поступила в редакцию 14.10.2018 г.; после доработки 27.11.2018 г.; принята к публикации 27.11.2018 г.

В работе сформулирована концепция создания многофункционального астрономического комплекса в

применении к роботизированным астрономическим сетям и системам. Описана практическая реализа-

ция этого подхода в Глобальной сети телескопов-роботов МАСТЕР МГУ. Впервые описана динами-

чески интегрированная база данных МАСТЕР (ДИБД), которая превращает сеть роботов-телескопов

в роботизированную сеть. На примере реальных многоканальных астрономических исследований,

проводимых на Глобальной сети МАСТЕР, показана эффективность предложенной концепции.

Глобальная сеть МАСТЕР постоянно участвует в многоволновых и многоканальных экспериментах

по исследованию астрофизических источников, находящихся в экстремальных условиях, в том числе

источников гравитационных волн, регистрируемых на детекторах коллаборации LIGO/VIRGO, ис-

точников нейтрино сверхвысоких энергий (IceCube и ANTARES), источников быстрых радиовспышек

(FRB) и гамма-всплесков (GRB). Так, сеть МАСТЕР обеспечила самый обширный обзор первого

поля ошибок гравитационно-волнового всплеска, зарегистрированного LIGO GW 150914 (5 тысяч

квадратных градусов) и провела первую независимую локализацию гравитационно-волнового сигнала

GW 170817. Кроме того, сеть МАСТЕР открыла более 1600 оптических транзиентов различной

физической природы. По целеуказаниям системы МАСТЕР наводились все крупнейшие наземные и

космические телескопы мира.

DOI: 10.1134/S000462991904008X

1. ВВЕДЕНИЕ

время. Для исследования их областей локализации

и обнаружения возможного оптического источника

Для решения задач поиска и обнаруже-

(транзиента) не подходят узкопольные инстру-

ния оптических источников гамма-всплесков,

менты, созданные в 20 веке. Из процесса также

гравитационно-волновых импульсов (Килоновых),

необходимо исключить случайные факторы, т.е.

нейтрино сверхвысоких энергий, а также вспы-

создать полностью роботизированный телескоп:

шек квазаров, Сверхновых, Новых, карликовых

создать математическое обеспечение обработки

новых, поиска всплесков-сирот и др., необходимо

результатов наблюдений в режиме реального

исследовать области локализации, достигающих

времени на месте наблюдений, и установить такие

десятков (для GRB), сотен и тысяч (LIGO/Virgo)

идентичные телескопы по всему земному шару, что

квадратных градусов, а также обрабатывать изоб-

было реализовано в Глобальной сети телескопов-

ражения, выделяя и анализируя на них новые объ-

роботов МАСТЕР МГУ [1-5].

екты, в режиме максимально приближенном к ре-

альному времени. Cообщения о регистрации таких

Уже первые годы исследований гамма-всплес-

объектов (алерты) приходят в заранее неизвестное ков показали их изотропное распределение [6]

288

КОНЦЕПЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

289

на небесной сфере, и для наблюдателя вероят-

В настоящий момент МАСТЕР является един-

ность первым обнаружить оптический источник

ственной в мире глобальной системой оператив-

GRB [7] (вспыхнувший в заранее неизвестное вре-

ного контроля ближнего и дальнего космическо-

мя по заранее неизвестным координатам) и ис-

го пространства до 20 звездной величины, об-

следовать его собственное оптическое излучение

ладающей несколькими принципиально важными

(prompt optical emission) увеличивается с уве-

уникальными характеристиками, благодаря кото-

личением количества полностью роботизирован-

рым МАСТЕР занял лидирующие позиции в мире

ных обсерваторий, работающих над единой зада-

по исследованию быстропеременных астрофизиче-

чей и распределенных по всему Земному шару

ских процессов в космическом пространстве:

для обеспечения возможности проводить наблюде-

1) собственное программное обеспечение обра-

ния 24ч в сутки в северном и южном полушарии

ботки в режиме реального времени (1-2 мин по-

на одинаковом оборудовании в одной фотометри-

сле считывания с матрицы) широкопольных изоб-

ческой системе. Это крайне важно, т.к, напри-

ражений с идентификацией всех оптических ста-

мер, алерты (сообщения о срабатывании триггера

ционарных и движущихся объектов (фотометрия,

на детекторах, напр. [8]) гамма-всплесков при-

астрометрия) и с выделением некаталогизирован-

ходят по несколько событий в день с обсерва-

ных источников [1], в том числе c определением

тории Fermi (LAT и GBM детекторы [9,10]), до

параметров орбиты для движущихся объектов с

нескольких в неделю с обсерватории Swift [11], а

автоматической отсылкой результатов в научные

также с Konus-Wind [12], MAXI [13], Integral [14]

центры GCN, MPC [33-42] (“Робот МАСТЕР”);

и др., к ним добавляются гравитационно-волновые

2) полностью идентичные широкопольные ин-

алрты LIGO/Virgo (напр. несколько десятков за

струменты MASTER, расположенные в Северном

январь-август 2017г.), с нейтринных обсерваторий

и Южном полушариях в четырех странах (Рос-

IceCube, ANTARES, БНО. Таким образом, чтобы

сия, Испания, ЮАР, Аргентина) в 8 обсерваториях

первым обнаружить Килоновую [15, 5] или опти-

(см. рис. 1), что дает возможность проведения

ческое излучение гамма-всплескоа [7] и исследо-

наблюдений одного объекта 24 ч в сутки в одной

вать его поляризацию [16], наблюдателю необходи-

фотометрической системе;

мо непрерывно контролировать космическое про-

3) возможность наблюдения объекта одновре-

странство и создать математическое обеспечение

менно в нескольких фильтрах (в том числе поляри-

автоматического (роботизированного) анализа по-

зационных) и возможность увеличения поля зрения

ступающих данных с учетом важности целеуказа-

в 2 раза (4-8 квадратных градусов до 20 звездной

ний, работающее в режиме реального времени. Для

величины);

этого и надо строить сеть идентичных телескопов-

4) оперативный авторизованный доступ к ре-

роботов, как это было реализовано в Глобальной

зультатам наблюдений (выделенные Роботом МА-

сети телескопов-роботов МАСТЕР [1, 5].

СТЕР новые объекты, а также фотометрия, аст-

Среди первых роботизированных телескопов,

рометрия всех оптических источников на кадре и

т.е. способных быстро наводиться по неизвестным

доступ к исходным и обработанным изображениям)

заранее координатам в неизвестное заранее вре-

и контроль состояния в режиме реального времени

мя (в отличие от автоматизированных с возмож-

для всех 8 телескопов-роботов Глобальной сети

ностью удаленного управления человеком), бы-

МАСТЕР;

ли созданные для исследования гамма-всплесков

5) проведение алертных наблюдений (наведение

ROTSE (США [17, 18]), BOOTES (Испания [19]),

TAROT (Франция [20]), в России — МАСТЕР-

на целеуказание со скоростью до 10 градусов в

I [1-3, 21]. Уже первые годы применения новых

секунду [16]), оперативное исследование больших

типов астрономических средств наблюдений (ав-

областей локализации (LIGO/Virgo [5, 15, 43, 44],

томатизированные телескопы, ПЗС-камеры, по-

Fermi [22], IceCube [45], ANTARES [46-48]) и

стоянное интернет-соединение с центром распре-

проведение собственного обзора для обнаружения

деления информации об алертах) позволили су-

оптических транзиентов [27, 28].

щественно повысить эффективность классических

Перечисленные свойства резко повышают эф-

наблюдений. Началась эпоха открытий оптических

фективность наблюдений МАСТЕРа по сравнению

источников гамма-всплесков [3, 18, 22-24], сверх-

с другими оптическими инструментами, позволяя

новых [25, 3], катаклизмических переменных и

не только открывать новые объекты [22, 23, 33-42,

других быстропеременных объектов — оптических

49], но и сопровождать их, оперативно определяя

транзиентов (ОТ) [26-29], исследования областей

параметры вспышки (для стационарных быстро-

локализации гравитационно-волновых источников,

переменных объектов — транзиентов [27, 28]) или

в том числе обнаружения Килоновой [5, 15].

движения (потенциально-опасные астероиды, ко-

С начала 2002 г. в России развивается сеть

меты и другие тела Солнечной системы, включая

телекопов-роботов МАСТЕР [1-5, 30-32].

орбитальные артефакты [33-42, 49]).

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

290

ЛИПУНОВ и др.

Такому существенному повышению эффектив-

работы сети МАСТЕР, данные по числу открытых

ности наблюдений способствуют перечисленные

транзиентов и данные по скорости обзора неба

главные особенности роботизированных теле-

приведены в третьей части статьи.

скопов, реализованные на телескопах-роботах

Глобальной сети МАСТЕР, и отличающие их от

автоматизированных современных обсерваторий.

2. МАСТЕР КАК АСТРОНОМИЧЕСКИЙ

Быстрое программное обеспечение обработки ши-

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ

рокопольных изображений позволяет оперативно

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЙ УПРАВЛЯЕМЫЙ

обнаружить на них новый объект, проанализиро-

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС

вать его и автоматически его опубликовать (см.

Приведем основные задачи, которые призваны

GRB161017A [50 53].Благодаря этому преиму-

решать роботизированные многофункциональные

ществу, но Глобальная сеть телескопов-роботов

астрономические вычислительные комплексы.

МАСТЕР является лидером по первым наведениям

1. Автономность системы (независимость от

на гамма-всплески. Поле зрения широкопольных и

присутствия наблюдателя, автоматические калиб-

сверхширокопольных телескопов МАСТЕР позво-

ровки, первичный самостоятельный план наблюде-

ляет оперативно исследовать области локализации

ний с учетом снятых к текущему моменту площа-

гравитационно-волновых алертов LIGO/Virgo [51]

док — актуально, например, на случай непредви-

и нейтринных обсерваторий IceCube и ANTARES.

денных обстоятельств у провайдера интернета).

МАСТЕР внес наибольший (решающий) вклад в

2. Быстрота отклика (автоматические алертные

исследование первого гравитационно-волнового

наведения).

импульса LIGO/Virgo GW150914 в оптическом

3. Обработка изображений в режиме реального

диапазоне (см. [44], Табл.Ё1 и Глава 5 Coverage).

времени с полной идентификацией и первичным

Еще одна важная особенность всех обсерваторий

анализом всех оптических источников на изобра-

Глобальной сети телескопов-роботов МАСТЕР,

жениях.

которые выгодно отличают ее от остальных ро-

4. Выполнение широкого круга наблюдательных

ботизированных телескопов,

- это оснащение

задач.

МАСТЕР идентичным оборудованием, включая

• локализация возможного оптического двойни-

разработанный нами фотометрический и поляри-

ка в круге ошибок, полученных от гравитационно-

метрический модули [53, 54], а также большая

волновых, гамма- и рентгеновских обсерваторий,

географическая распределенность телескопов сети

нейтринных детекторов;

МАСТЕР [1, 4].

• обнаружение переменной поляризации соб-

Благодаря вышеперечисленным особенностям

ственного оптического излучения гамма-всплесков;

МАСТЕР обладает возможностью получать уни-

• раннее обнаружение сверхновых;

кальные длинные ряды однородных непрерывных

• обнаружение оптических транзиентных объ-

фотометрических и поляриметрических наблюде-

ектов различной природы;

ний.

• получение многодневных, от нескольких дней

При этом неизмеримо возрастают требования

до нескольких месяцев, многоцветных кривых

к надежности работы каждого узла сети. Роботи-

блеска вспыхнувших объектов;

зированные обсерватории должны быть готовы в

• синоптический обзор всего звездного неба до

любой момент времени приступить к наблюдениям

19-20 звездной величины.

нового объекта, или выполнить наблюдения объек-

При создании глобальной сети телескопов-

та именно в тот момент, когда для этого наступа-

роботов МАСТЕР был учтен опыт ROTSE-III [17,

ют наиболее благоприятные условия. В результате

18], который был установлен в США, Турции,

возникла новая программно-математическая за-

Намибии, Австралии. Большая географическая

дача поддержания и контроля стабильной работы

распределенность телескопов Глобальной сети

отдельных роботов сети. Описание основных ком-

МАСТЕР дает огромные преимущества и позволя-

понентов и ключевые аспекты работы Центра опе-

ет проводить наблюдения, которые затруднительно

ративного контроля 8 телескопов сети МАСТЕР

или же невозможно выполнить на одиночном

приведены во второй части данной статьи.

телескопе, освобождая исследователя гамма-

В результате создания центра оперативного

всплесков от зависимости от времени суток, погоды

контроля сети телескопов-роботов МАСТЕР

и диаграммы направленности орбитального гамма-

удалось провести целый ряд уникальных аст-

детектора. Если наблюдения становятся невоз-

рофизических наблюдений. Обнаружены сотни

можны по погодным условиям или из-за дневного

новых объектов, а также получены единственные

времени суток, наблюдение за объектом может

в своем роде долгие ряды наблюдений особенно

продолжить другой телескоп сети. Становятся

примечательных объектов. Анализ эффективности

доступны стратегии наблюдений, включающие в

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

КОНЦЕПЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

291

себя несколько наведений на одну область неба за

в разведенном режиме). Предельная звездная

короткий промежуток времени, при этом сохраняя

величина телескопов при экспозиции в

180

хороший общий темп синоптического обзора.

достигает 20.5^m.

Быстрота отклика является ключевым требо-

Телескопы МАСТЕР-II оснащены одинаковы-

ванием при создании роботизированного астроно-

ми ПЗС-матрицами Apogee с разрешением 4000 ×

мического вычислительного комплекса для успеш-

× 4000 пикселей, размер пикселя 9 мкм В сово-

ного решения целого ряда астрономических задач.

купности с данной оптической системой масштаб

При исследованиях гамма-всплесков, нейтринных

изображения составляет 1.85”/пиксель.

событий, гравитационно-волновых событий, се-

Два телескопа размещены параллельно с обеих

ти роботизированных телескопов с возможностью

сторон экваториальной монтировки ASTELCO

быстрого наведения с минимальным участием че-

NTM-500/ASA-DDM160. Скорость поворота

ловека в процессе наблюдений способны получить

монтировки достигает нескольких десятков граду-

самый ранний снимок в первые секунды после

сов в секунду.

алерта.

Все телескопы МАСТЕР обладают идентичной

Сеть телескопов-роботов МАСТЕР развивает-

оптической схемой и оснащены идентичным набо-

ся с 2002 г. Начиная с 2012 г., телескопы-роботы

ром поляроидов и фильтров BVRI (Johnson/Bessel)

МАСТЕР устанавливаются и в южном полушарии.

см. подробности [53].

Географическое расположение обсерваторий Гло-

Каждый телескоп оснащен актюатором для раз-

бальной сети МАСТЕР МГУ на 2018 г. приведено

ведения и сведения труб. При разведенных теле-

на рис. 1.

скопах общее поле зрения достигает 8 кв. град,

Географическая распределенность телескопов

благодаря чему темп синоптического обзора уве-

выдвигает новое важное требование к работе ком-

личивается в два раза. При сведенных телескопах

плекса — это большая автономность в работе каж-

становятся доступны синхронные фотометрические

дого телескопа сети. Максимальная автономность

наблюдения с разными BVRI-фильтрами и наблю-

системы, устойчивость к сбоям различного рода,

дения с различно ориентированными поляроидами.

способность к быстрому восстановлению способ-

Каждая обсерватория МАСТЕР оснащена дву-

ствует наиболее эффективному применению всех

мя камерами сверхширокого поля Prosilica с ПЗС-

ключевых преимуществ сети МАСТЕР [53, 54].

матрицами формата 4008 × 2672 пикселей. Осна-

Для успешной реализации перечисленных задач

щенные объективами диаметром 70 мм и фокусным

была разработана и реализована концепция много-

расстоянием 85 мм камеры обладают полем зрения

функционального астрономического вычислитель-

24^◦ × 16^◦ и масштабом изображения 21”/пиксель.

ного комплекса для Глобальной сети телескопов-

Предельная звездная величина камер при суммар-

роботов МАСТЕР.

ной экспозиции 14-15^m. Главная цель установ-

Комплекс состоит из нескольких основных

ки камер сверхширокого поля — регистрация соб-

компонентов-подсистем.

ственного излучения коротких гамма-всплесков, не

1. Система получения алертных сообщений.

успевших попасть в поле зрения главных телеско-

2. Процесс получения изображений и контроль

пов.

качества изображений.

В обсерваториях МАСТЕР применяются два

3. Система обработки изображений в реальном

типа купола: купола Astrohaven для мягкого кли-

времени.

мата (рис. 2а) и металлическое укрытие собствен-

ной разработки для более суровых климатических

4. Система хранения изображений.

условий (рис. 2б).

5. Система контроля за погодными условиями.

Одними из важных элементов автономных

6. Центр оперативного контроля многофункци-

роботизированных телескопов являются метео-

онального комплекса.

станция и ее стабильная работа. Boltwood Cloud

Характеристики оптической системы роботов-

Sensor II, установленный в каждой обсервато-

телескопов МАСТЕР, параметры ПЗС-матриц,

рии МАСТЕР, выдает данные об облачности,

фотометров, монтировки, метеодатчиков и купола

осадках, температуре, влажности и силе ветра.

подробно изложены в работах [1-4, 31, 52-54].

При неблагоприятных погодных условиях (осадки)

Здесь мы коротко напомним ключевые параметры.

и/или сильном ветре купол роботов-телескопов

Основным оптическим инструментом МАСТЕР-

МАСТЕР автоматически закрывается. Актуаль-

II является двойной катадиоптрический светосиль-

ные сведения о погоде критичны для телескопа,

ный телескоп оптической системы Гамильтона с

поэтому при потере соединения с датчиком погоды

апертурой 400 мм, фокусным расстоянием 1000 мм

система управления телескопом-роботом немед-

и полем зрения

кв. град с возможностью

ленно останавливает наблюдения и закрывает

увеличения поля зрения в 2 раза (8 кв. градусов

купол.

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

292

ЛИПУНОВ и др.

Рис. 1. Географическое расположение обсерваторий сети МАСТЕР. Справа налево: MASTER-Amur, MASTER-Tunka,

MASTER-Ural, MASTER-Kislovodsk, MASTER-Tavrida, MASTER-SAAO, MASTER-IAC, MASTER-OAFA [1, 4].

Рис. 2. а) Телескоп-робот MASTER-IAC (Испания, Обсерватория Тейде Института астрофизики Канарских островов),

б) телескоп-робот МАСТЕР-Тунка (Тункинская долина, Астрофизический полигон НИИПФ ИГУ).

Уникальная ключевая функция сети МА-

ской и фотометрической идентификацией каждого

СТЕР — наш программный комплекс, который

источника на каждом изображении. Уникаль-

обеспечивает полную информацию обо всех оп-

ное программное обеспечение МАСТЕР (“робот

тических источниках, обнаруженных на каждом

МАСТЕР”) и разработанные нами алгоритмы

изображении всего через одну-две минуты после

позволили нам открыть более 1500 (на сентябрь

считывания данных с CCD-матрицы. Эта ин-

2018

г.) оптических транзиентов в полностью

формация включает полную классификацию всех

автоматическом режиме.

источников, найденных на изображении, данные

Таким образом: сеть телескопов роботов — это

из предыдущих изображений сети МАСТЕР для

новый класс астрономического инструмента, у ко-

каждого источника, полную информацию из базы

торого появляются свойства, характеристики, от-

данных VIZIER и из всех открытых источников

сутствующие у отдельного робота.

(таких как Minor Planet Center), рассчитанные

элементы орбиты для движущихся элементов и т.д.

1. Объединение отдельных телескопов в единую

сеть. Когда появляются как преимущества отдель-

Собственное программное обеспечение МА-

но стоящего телескопа, так и преимущества сети.

СТЕР открывает оптические транзиенты не просто

анализом разности между предыдущим и совре-

2. Единый планировщик, который учитывает

менным изображением, но и полной астрометриче- условия видимости объекта, и объект наблюдается

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

КОНЦЕПЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

293

в той обсерватории, где наилучшие условия для

сдвоенные телескопы МАСТЕР оснащены специ-

наблюдений именно для данного источника.

альным устройством — актюатором. Когда теле-

3. Единая система сокетных сообщений. Если

скопы работают в режиме синоптического обзора,

нет прямого соединения, то остается возможность

актюатор разводит трубы, общее поле зрения

соединения через другие узлы сети.

удваивается и становится 8 кв. гр., что способ-

ствует увеличению темпа синоптического обзора.

4. Единая распределенная база данных изобра-

В режиме алертных наблюдений телескопы снова

жений и метаданных с них. Обработка изображе-

устанавливаются параллельно. Таким образом, в

ний, полученных всем астрономическим комплек-

алертном режиме телескопы могут снимать квадрат

сом. Работа с одной базой, а не с несколькими.

(error-box) ошибок, полученный от космических

Для успешного решения задачи проведения

обсерваторий, в различных фотометрических поло-

долговременных мониторинговых наблюдений

сах или различно ориентированными поляроидами.

необходимо обеспечить стабильность работы всех

Для достижения максимального темпа синопти-

узлов, максимальную готовность всех обсер-

ческого обзора важно, чтобы все компоненты

ваторий к проведению наблюдений, и макси-

телескопов-роботов функционировали стабильно,

мальную продолжительность автономной работы

и телескопы-роботы могли максимально долго

телескопов-роботов. Для решения перечисленных

работать в автономном режиме.

задач создан Центр оперативного контроля мно-

гофункционального астрономического комплекса,

Важной задачей системы МАСТЕР, кроме

который подробно описывается в следующей главе.

обнаружения транзиентных источников, являет-

ся проведение долговременных мониторинговых

наблюдений с целью получения многоцветной

3. СИСТЕМА КОНТРОЛЯ

фотометрической кривой. Источники оптического

АСТРОНОМИЧЕСКОГО

излучения различной физической природы могут

МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО

отслеживаться во временных шкалах от секунд до

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УПРАВЛЯЕМОГО

нескольких лет с минимальным вмешательством

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА

человека. Если в период доступности наблюдаемо-

го объекта какая-либо обсерватория или один из ее

Сеть телескопов-роботов МАСТЕР предназна-

ключевых элементов не функционируют должным

чена для решения широкого круга астрофизических

образом, получение таких длинных однородных

задач. В первую очередь, это обнаружение соб-

кривых блеска в различных фотометрических

ственного (синхронного с гамма-) оптического из-

полосах становится затруднительным.

лучения гамма-всплесков [16]. Источники гамма-

всплесков изотропно распределены по всему небу,

Таким образом, для наиболее эффективной ре-

поэтому сеть телескопов-роботов должна быть до-

ализации всех преимуществ сети МАСТЕР и по-

статочно распределенной по долготе и широте.

вышения эффективности проводимых наблюдений

необходимо обеспечить стабильность работы всех

Оптическое послесвечение гамма-всплесков —

узлов, максимальную готовность всех обсерва-

чрезвычайно быстро угасающее явление. Для его

торий к проведению наблюдений и максималь-

успешной регистрации необходимы телескопы,

ную продолжительность автономной работы всех

способные к максимально быстрому отклику на

телескопов-роботов. Для решения перечисленных

появление нового объекта наблюдений. Такую

задач и создается Центр оперативного контро-

задачу успешно выполняют телескопы, способные

проводить наблюдения с наименьшим участием

ля многофункционального астрономического ком-

плекса, разработке и внедрению которого и посвя-

человека, то есть роботизированные телескопы.

щена данная работа.

В целях обнаружения переменной поляриза-

ции собственного оптического излучения гамма-

всплесков все телескопы МАСТЕР оснащены

3.1. Общее описание архитектуры системы

идентичными поляриметрическими модулями [52,

контроля

53]. При этом оси поляроидов ориентированы

перпендикулярно. Конечно, при этом значительно

Центр оперативного контроля многофункцио-

нального астрономического комплекса призван,

возрастают требования к надежности и стабильно-

сти работы всех компонентов роботов-телескопов.

главным образом, повысить эффективность про-

При отказе всего одного поляриметрического

водимых наблюдений. Для решения данной задачи

модуля наблюдения по измерению степени поляри-

требуется.

зации собственного оптического излучения гамма-

1. Обеспечить максимальную готовность всех

всплесков будут невозможны.

обсерваторий к проведению наблюдений.

Другой важной задачей сети телескопов-

2. Обеспечить максимальную продолжитель-

роботов МАСТЕР является проведение синоп-

ность непрерывной работы сети телескопов-

тических обзоров. Для увеличения темпа обзора

роботов.

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

294

ЛИПУНОВ и др.

3. Минимизировать время простоя системы в

данный момент трубы телескопов, создается соот-

случае сбоя и максимально быстро восстановить

ветствующая метрика для актюатора (Item актюа-

работоспособность всех узлов.

тора).

4. Обеспечить работу с большими объемами

Для каждой ПЗС-камеры отслеживается каче-

данных и обработку их в реальном времени.

ство полученных изображений по среднему FWHM

звезд вблизи центра кадра. Таким образом, для

Для выполнения поставленных задач была

ПЗС-камеры одной из метрик (Item) будет среднее

разработана концепция контроля и обеспечения

FWHM последнего кадра.

непрерывной работы, состоящая из нескольких

основных положений. Логическую схему работы

Triggers

Системы контроля (рис. 3) можно выразить сле-

Для каждой метрики (Item) определяется и

дующим образом: Hosts-Items-Triggers-Actions.

диапазон допустимых значений. Если какой-либо

параметр выходит за пределы допустимых зна-

Hosts

чений, срабатывает триггер (Trigger). Например,

В каждой обсерватории МАСТЕР определя-

если устройство по каким-либо причинам стало

ется строго определенный список отслеживаемых

недоступно или FWHM последнего кадра стало

устройств. Все устройства, модули и компоненты

больше допустимого, срабатывает соответствую-

сети телескопов в данной концепции обозначают-

щий триггер.

ся как Hosts. К Hosts относятся как физические

Actions

компоненты, такие как ПЗС-матрицы, фотометры,

На каждый сработавший триггер (Trigger) на-

монтировка телескопа и т.д., так и компоненты

значается одно или несколько действий (Аction).

программного обеспечения, базы данных. Таким

Действие может быть либо простым уведомлени-

образом, Hosts — это все обособленные единицы

ем наблюдателя, ответственного за данную об-

аппаратного и программного обеспечения, состоя-

серваторию, либо сложным набором команд, при-

ние которых необходимо отслеживать.

званных автоматически, без участия наблюдателя,

Телескоп-робот Глобальной сети МАСТЕР

устранить проблему и вернуть обсерваторию снова

можно представить в виде многокомпонентного

в состояние полной готовности к алертным наблю-

аппаратно-программного комплекса.

дениям или проведению своего обзора.

В Центре оперативного контроля отдельные об-

Здесь важно подчеркнуть, что роботы-телес-

серватории представляются в виде группы серве-

копы МАСТЕР при срабатывании триггера для

ров (hosts — хостов). Список хостов в группе в

устранения возникшей проблемы самостоятельно,

общих чертах идентичен для каждой обсерватории

без вмешательства извне, выполняют ряд пред-

МАСТЕР. Однако могут быть некоторые отличия,

установленных команд. И только в том случае, если

обусловленные тем, что роботы-телескопы МА-

робот не может самостоятельно устранить пробле-

СТЕР постоянно развиваются и совершенствуют-

му, он сообщает наблюдателю (группе контроля) о

ся, и в их состав могут входить новые экспери-

том, что необходимо его вмешательство.

ментальные устройства, которых еще нет в других

обсерваториях.

3.2. Основной сервер системы контроля

На рис. 4 представлены устройства, харак-

Основной сервер Центра оперативного контро-

терные для всех обсерваторий МАСТЕР-II. Для

ля — ядро всей системы (рис. 5). Именно здесь со-

каждого из них создан соответствующий хост на

здаются такие сущности, как группы хостов, хосты,

основном сервере Системы контроля. Все Hosts

критерии, триггеры, действия. Здесь собираются

опрашиваются с определенной периодичностью.

все метрики и показания датчиков. Проверяется,

Вся собранная информация о состоянии модулей,

не вышли ли основные показатели обсерваторий из

показании датчиков, сведения о состоянии компо-

допустимых значений, то есть, создаются триггеры,

нентов программного обеспечения передаются на

и проверяется, не сработали ли они (рис. 5 и 6).

центральный сервер Системы контроля.

Модуль сбора информации запрашивает у ос-

Items

новного сервера, какие устройства необходимо от-

Состояние каждого компонента отслеживается

слеживать, какие метрики собирать и с какой пери-

по определенным метрикам, которые в данной кон-

одичностью. Для сбора информации применяется

цепции обозначаются как Item. Метрики, или кри-

несколько методов. Это могут быть установленные

терии, отслеживаются с определенной периодич-

на некоторых хостах специальные программы —

ностью. Самый простой критерий — доступность

агенты, SNMP-запросы или python-скрипты. С

устройства. Многие устройства обладают специ-

помощью доступных методов модуль сбора инфор-

фическими критериями. Например, для отслежива-

мации собирает все метрики и записывает их в базу

ния информации о том, сведены или разведены в

данных на основном сервере.

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

КОНЦЕПЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

295

Рис. 3. Логическая схема работы Системы контроля.

На основном сервере постоянно ведется сле-

калибровка, астрономическая редукция, поиск и

дующий контроль: проверяется, не сработали ли

автоматическая классификация транзиентных ис-

триггеры, а также проверяются и анализируются

точников, реализована непосредственно на месте

долговременные тенденции. В случае, когда об-

наблюдений. Все эти операции требуют достаточ-

наруживается неблагоприятная тенденция, также

но больших вычислительных ресурсов, и соответ-

может сработать соответствующий триггер. При

ственно для оперативного доступа к результатам

срабатывании определенного триггера иницииру-

наблюдений возникает необходимость в структури-

ется выполнение заранее заданных команд (скрип-

ровании и хранении именно результатов обработки:

тов). Действия (actions) — это последовательность

А) время, экспозицию, предел кадра, фильтр,

команд, выполняющихся через “Модуль запуска

ссылку на исходные и калибровочные кадры.

скриптов восстановления” и реализующих алго-

Б) характеристики всех источников на изоб-

ритмы автоматического восстановления работы уз-

ражении: координаты, инструментальный поток,

лов и модулей сети МАСТЕР.

звездная величина, fwhm звезд, размер и форма

протяженных источников.

С) классификация всех иточников на каждом

4. ОБРАБОТКА НАБЛЮДЕНИЙ, “BIG DATA”

изображении.

И РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ БД

Для этого спроектирована база данных МА-

При хороших условиях наблюдения каждый

СТЕР под управлением СУБД PostgreSQL. Также

робот-телескоп МАСТЕР производит несколько

стоит отметить, что для работы со сферической

десятков гигабайт несжимаемых данных, а каждое

системой координат используется pgSphere — до-

изображение, полученное с помощью широкопо-

полнительный модуль для PostgreSQL, который

лых инструментов сети, может содержать до сотни

добавляет поддержку сферических типов данных, а

тысяч различных объектов. С учетом того, что аст-

также основные функции и операторы для работы

рономические обсерватории располагаются в уда-

с ними.

ленных от крупных городов географических точках,

следует отметить наличие существенных ограни-

4.1. Необходимость центральной базы

чений на объем и скорость обмена информацией

между ними. Ввиду этих ограничений, автоматиче-

Подчеркнем, что обработка изображений ве-

ская обработка (как часть “Робота МАСТЕР”) — дется непосредственно на каждой обсерватории

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

296

ЛИПУНОВ и др.

MASTER network diagram

Internet

Cloud Sensor

Boltwood Cloud

MASTER-II

Sensor II Adaptor

NTM-500

mount

GPS Receiver

Main server

Trimble

GPS Controller Second server

NTM-500 PC

Prosilica GE4000 W

Net-Ping

Dome

Prosilica GE4000 E

APC Smart UPS 5000

Nexcom

CD-camera W

CD-camera E

IP-Cam outer

IP-Cam Inner

Apogee Alta U16M

Photometer W

Photometer E

Рис. 4. Сетевая диаграмма обсерватории МАСТЕР-II.

Глобальной сети телескопов-роботов МАСТЕР. С

полями ошибок), — необходим оперативный обмен

течением времени мы дублируем массив исход-

информацией между узлами сети для планирования

ных изображений в центральную базу МАСТЕРа

и корректировки текущих целей наблюдений каж-

(Москва, МГУ). При этом на местах остается вся

дой обсерватории с учетом уже проведенных на-

информация о полученных ранее изображениях и

блюдений на остальных обсерваториях сети МА-

всех оптических источниках на каждом изобра-

СТЕР.

жении. Необходимость оперативного централизо-

Централизованное оперативное хранение ин-

ванного хранения и использования информации

формации о проведенных наблюдениях позволяет

обо всех данных с телескопов-роботов Глобальной

также упростить и существенно ускорить доступ

к огромному архиву данных за все время работы

сети МАСТЕР, полученных с 2008 г., вытекает из

поставленной цели оперативной обработки посту-

роботизированной сети для автоматической обра-

ботки и облегчить поиск необходимой информации

пающей информации от распределенных источни-

исследователем.

ков.

Для решения основной поисковой задачи —

провести наблюдения и обработку наибольшей

4.2. Создание ДИБД

площади звездного неба за наименьший проме-

Репликация (англ. replication) — механизм син-

жуток времени (при проведении собственного об-

хронизации содержимого, т.е. создание несколь-

зора или инспектировании областей локализации

ких копий объекта (например, содержимого ба-

гравитационно-волновых источников LIGO/Virgo,

зы данных) в физически разных центрах сбора

а также при инспектировании полей ошибок Fermi

информации и непрерывное обновление версий в

триггеров и др. источников алертов с большими

соответствии с проводимыми наблюдениями.

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

КОНЦЕПЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

297

Модуль сбора

Мail-сервер

Web-сервер

информации

уведомления

1) агенты

1) DashBoard

2) скрипты

2) Web-интерфейс

3) Web-сценарии

3) API

4) SNMP-запросы

Cервер

базы

Сервер управления

данных

Модуль

запуска

скриптов

Файловый

восстановления

сервер

и система хранения

Рис. 5. Компоненты основного сервера Системы контроля.

Рис. 6. Пример динамической таблицы состояния отслеживаемых узлов.

Репликация — это процесс, под которым пони-

наиболее актуальными данными для выполнения

мается копирование данных из одного источника на

следующих задач.

другой (или на множество других) и наоборот.

• Организация простого и быстрого доступа к

Главной задачей при масштабировании базы

результатам наблюдений всех наблюдений;

проекта являлось обеспечение стабильной репли-

• Оптимизация алгоритма при поиске объекта в

кации каждой базы в центральную. Для решения

большом квадрате ошибок;

этой задачи архитектура центральной базы была

спроектирована таким образом, чтобы максими-

• Составление и корректирование плана обзора

зировать производительность базы при работе с для каждой обсерватории в реальном времени;

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

298

ЛИПУНОВ и др.

• Оптимизация обработки наблюдений и поис-

Выбор алгоритма и параметров сжатия

ковых задач с учетом всех имеющихся данных.

передаваемых данных

В общем случае существуют два типа репли-

• Обратная совместимость с инструментами

кации — физическая и логическая. Физическая

СУБД для переноса данных.

представляет из себя описание изменений на

уровне файлов данных, логическая же описывает

изменения на более высоком уровне без привязки

4.3. Принципиальная схема ДИБД

к конкретному без привязки к представлению

Для сохранения обратной совместимости цен-

данных на диске. Однако даже на данный мо-

тральной базы с уже разработанным программным

мент не существует инструментов для физической

обеспечением необходимо обеспечить сохранение

мультимастер-репликации, когда необходимо аг-

свойств отношений и ключевых полей. Однако

регирование данных из нескольких источников.

стоит отметить, что первичный ключ, основное

Для логической репликации существовало

предназначение которого обеспечить уникальность

достаточно много решений (Slony-I, Londiste,

каждой записи в таблице, генерируется средствами

Bucardo, pgpool и т.д.), а в настоящее время альтер-

СУБД локально и соответственно сохранить его

нативные механизмы реализованы и в PostgreSQL.

уникальность в рамках всей сети с учетом требо-

Однако ни одно решение не способно осуществить

ваний к быстродействию базы данных невозможно.

поставленную задачу стабильной передачи и кон-

В процессе проектирования архитектуры цен-

вертации данных при сильном ограничении ширины

трального узла ДИБД было принято решение

канала связи. В результате разработаны собствен-

изменить структуру реплицируемых таблиц для

ные алгоритмы для осуществления асинхронной

сохранения уникальности первичного ключа. Все

репликации.

процедуры генерации нового первичного ключа

Приведем список наиболее важных особенно-

(рис. 7, поля “id”), заполнения добавленных полей

стей подсистемы репликации баз данных роботизи-

(рис. 7, поля “id_old”, “id_obs” и т.д.) и контроля

рованной сети МАСТЕР.

обеспечения ссылочной целостности для каждой

Тонкая настройка параметров для каждой

записи обеспечены средствами самой СУБД с по-

таблицы

мощью триггерных функций. Это позволило также

сохранить обратную совместимость с типовыми

• Возможность синхронизации таблиц при на-

личии различий в структуре источника и получате-

механизмами переноса данных PostgreSQL.

ля.

• Настройка сегментации и частоты отправле-

5. ВИРТУАЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ

ния данных.

ПОИСКА СТАЦИОНАРНЫХ

• Гибкие приоритеты синхронизации. Например,

И ДВИЖЕЩИХСЯ ТРАНЗИЕНТОВ,

при необходимости анализа конкретного объекта

ИХ АНАЛИЗА И ПУБЛИКАЦИЙ

существует возможность повысить приоритет для

определенного участка звездного неба.

Телескопы сети МАСТЕР работают максималь-

• Выбор алгоритма определения статуса опре-

но автономно. Они ведут обзор, отождествляют

и фотометрируют каталогизированные объекты и

деленной строки таблицы. Для относительно малых

самостоятельно находят неизвестные раннее ис-

таблиц информация о необходимости отправить

набор данных находится непосредственно в наборе.

точники — оптические транзиенты (ОТ). Часть та-

ких ОТ автоматически отсылаются в международ-

Для больших данных создается отдельная таблица.

ные центры соответствующих тематик. Например,

Отказоустойчивость и контроль целост-

информация об астероидах, в том числе новых

ности базы

потенциально-опасных, отсылается в центр иссле-

• При формировании пакета для отправки в цен-

дования Малых планет MPC (нами опубликованы

тральную базу реализована проверка, гарантирую-

десятки циркуляров в Центре Малых планет Меж-

щая, что данные, на которую ссылаются внешние

дународного астрономического союза), а некото-

ключи, уже отправлены.

рые надежно установленные оптические двойни-

• Проверка целостности пакета при передаче

ки гамма-всплесков автоматически публикуются

данных ,через глобальную сеть интернет, с помо-

в центре исследования гамма-всплесков в НАСА

щью контрольных сумм.

(NASA GCN [8]). Однако, во многих случаях мно-

• Очередь загружаемых пакетов гарантирует,

гочисленные шумы — горячие пиксели, блики, не

что данные, на которые ссылаются внешние ключи,

до конца считанный заряд ПЗС камер на местах

уже загружены в центральную базу.

ярких звезд, — даже после 98-процентой фильтра-

• Автоматическое оповещение в случае оста-

ции, остаются в базе данных “открытых” роботом,

новки репликации.

объектов. В такой ситуации визуальный контроль

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

КОНЦЕПЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

299

Рис. 7. Схема основных таблиц базы данных сет и МАСТЕР: raw_data — информация о необработанных изображениях;

proc_data — калибровка кадров и редукциянаблюдений;stars — фотометрияи классификациявсех найденныхобъектов.

Остальная часть подсистемыреализованана языке программированияPerl. Контроль запуска осуществляютвстроенные

механизмы операционной системы GNU/Linux — Cron или systemd.

кандидатов в ОТ является необходимым этапом

качестве стационарного или движущегося (астеро-

исследования.

иды, кометы и др. тела Солнечной системы) быст-

Кроме того, для других типов объектов (сверх-

ропеременного объекта — “транзиента”. Про-

новых, новых, карликовых новых, антитранзиен-

граммное обеспечение отождествляет все оптиче-

тов, килоновых и т.д.) требуется дополнитель-

ские источники на широкопольном изображении

ный астрофизический и астрономический анализ

МАСТЕРа (4 кв. град) с каталогом USNO-B1 как

предлагаемых роботом-инструментов. Такой ана-

наиболее полным однородным каталогом северного

лиз осуществляется высококвалифицированным

и южного полушария (значения звездных величин

астрономом, имеющим маскимально широкий

для калибровки берутся R2, B2, при их отсутствии

кругозор в наблюдательной астрономии. Такие

R1, B1), выделяет некаталогизированный или

исследователи — называются Искателями.

изменивший свою яркость более чем на 2 величины

Искатели работают с ОТ вспышечного типа или

объект с изображения и предлагает его искателю.

быстродвигающимися ОТ. Поведение этих объек-

Для проведения анализа искателем на МАСТЕРе

тов сразу после начала вспышки или, например, по

были созданы инструменты виртуальной обсер-

мере приближения к Земле, подлежит немедленном

ватории: внутренний идентификационный номер

исследованию астрономической общественностью

объекта, его координаты, время начала экспози-

разных стран. Поэтому крайне важна немедлен-

ции, звездную величину объекта, автоматический

ное сообщение или публкиация об открытии та-

предел на изображении, галактику и расстояние

кого объекта. В таких условиях важнейшей ча-

о нее ( при наличии ) в радиусе 2.5 диаметра с

стью математического программного обеспечения

доступом в каталог с ее известными параметрами;

Глобальной сети МАСТЕР явилось создание эф-

классификатор объекта, пользователь, который

фективных интерактивных инструментов анализа

его анализировал. Возможности классификации

обнаруженного объекта.

кандидата созданы для развития нейронной се-

Искатель проводит анализ кандидатов в ОТ,

ти МАСТЕР. Искатель определяет следующие

предлагаемых программным обеспечением обра-

значения: Транзиент (Yes), не транзиент (No),

ботки широкопольных изображений МАСТЕР в

звезда неявной переменности (S), галактика (G),

режиме реального времени (“Робот МАСТЕР”) в

артефакт (Noice), BS (близко расположенные

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

300

ЛИПУНОВ и др.

звезды), известный переменный объект(V), астеро-

модулем собственной разработки [53]. К 2008 г.

ид/комета (на случай изменения формата в центре

роботы телескопы МАСТЕР-II устанавливаются

сбора данных по малым планетам NASA MPC),

под Благовещенском (на базе Благовещенского

долгопериодическая переменная (напр., Мирида),

государственного педагогического университета);

другой случай и возможность отправки на анализ

под Иркутском (в Тункинском астрофизическом

другому искателю.

полигоне ИГУ); на Урале (в Коуровской обсерва-

тории УрФУ); под Кисловодском (на Кисловодской

Для анализа каждого стационарного транзиента

искателю доступны: 1) Изображение объекта на

горной астрономической станции ГАО РАН МГУ

поле МАСТЕР размером 6 × 6 угловых минут (раз-

им. М.В. Ломоносова). С 2012 г. в Аргентине

устанавливаются и успешно работают сверхши-

меры могут меняться Искателем). Изображение

рокопольные камеры [29, 61] а позднее в 2016 г.

в другой момент времени в эту же ночь (или со

начинает работу телескоп MASTER-OAFA[32].

2ой трубы), логарифм (актуально для сверхно-

вых, проецирующихся на ядро галактикироботом

В декабре 2014 г. начинает работу обсерватория

МАСТЕР и отправляются в MPC само), архив-

МАСТЕР-ЮАР [30], в мае 2015 г. — MASTER-

ный снимок МАСТЕРа с текущей обсерватории

IAC [31], а в 2017 г. МАСТЕР-Таврида в Крымской

(старше 4 месяцев), масштабированное изображе-

астрономической станции МГУ (ГАИШ)

[16].

ние с оцифрованных Паломарских пластинок (R-

Таким образом, появляется географически рас-

фильтр), и, при возможности, масштабированное

пределенная сеть телескопов-роботов МАСТЕР.

изображение этой области обзора SDSS. 2) базы

Использование всех преимуществ телескопов-

данных по всем обсерваториям МАСТЕРа (ар-

роботов, объединенных в единую центрально

управляемую сеть, а также дальнейшее совершен-

хив изображений); 3) кривая блеска; 4) доступ

ствование программно-аппаратного обеспечения

к фитс-файлу; 5) доступ к открытым источникам

(VIZIER,SIMBAD,MPC) 6) проверка, не опубли-

приводят к резкому повышению эффективности

наблюдений. С этого времени начинаются массо-

кован ли он в списке сверхновыхдругими поиско-

выми проектами (CRTS, ASASSN, Gaia, и др).

вые открытия транзитных источников.

После подтверждения вспышки, доступна ав-

На рис. 8 изображена гистограмма с коли-

томатическая телеграмма. Движущиеся объекты

чеством оптических транзиентов, открытых МА-

анализируются роботом и отправляются в MPC

СТЕР в период с января 2010 по декабрь 2017 г.

автоматически.

Хорошо заметный скачок в графике в 2012 г. объ-

ясняется применением новой версии программного

Для анализа движущихся объектов наблю-

дателю доступны все вышеперечисленные воз-

обеспечения МАСТЕР по отождествлению объ-

ектов на кадрах и выделению быстропеременных

можности: Star — обычная звезда, Noise — шум,

среди источников — робот МАСТЕР. В 2014 г.

Asteroid — новый астероид, Comet — Комета,

заработала обсерватория в южном полушарии с

Defined — известный астероид. Робот МАСТЕР

большим количеством ясных ночей в году. И с этого

определяет параметры и направление движения

объекта и предлагает искателю веб-инструменты

времени резко возросли совокупный темп синоп-

анализа.

тического обзора сети МАСТЕР и темп открытия

транзиентов.

В 2017 г. на графике наблюдается уменьше-

6. ПОДТВЕРЖДЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ние количества открытых транзиентов (рис. 8-10).

НАБЛЮДЕНИЙ

Это связано с тем, что с января 2017 г. начал-

Сеть телескопов-роботов МАСТЕР разви-

ся сет О2 на гравитационно-волновой обсерва-

вается с

2002

г. [21, 55-60]. В первые годы

тории LIGO, и МАСТЕР, как один из основных

исследователей тысяч квадратных градусов обла-

на базе робота-телескопа МАСТЕР-I [2, 3, 24]

разрабатывались алгоритмы, модернизировалось

стей локализации гравитационно-волновых алер-

программно-аппаратное обеспечение, создавался

тов LIGO [5, 43, 44], весь 2017 г. был занят ис-

“Робот МАСТЕР” — математическое обеспечение

следованием (получение изображений, обработка,

постоянного контроля, проведения наблюдений,

анализ переменных и новых объектов) несколь-

обработки наблюдений, анализа условий и резуль-

ких десятков алертов LIGO, т.е. МАСТЕР ос-

татов наблюдений областей для координации по-

новное наблюдательное время уделял не синоп-

следующих действий, учет задач автоматического и

тическому обзору неба, а задаче инспектирования

авторизованного планировщика и т.д.

квадратов ошибок гравитационно-волновых алер-

На основе накопленного опыта был спроектиро-

тов LIGO/VIRGO. В общей сложности в 2017 г.

ван усовершенствованный двойной, широкополь-

МАСТЕР исследовал 53 гравитационно-волновых

ный робот-телескоп МАСТЕР-II [1, 53, 54], осна-

алерта LIGO/VIRGO. Часть обнаруженных тран-

щенный фотометрическим и поляриметрическим

зиентов до сих пор не опубликована в связи с

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

КОНЦЕПЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

301

Оптические транзиенты

обнаруженные МАСТЕР (январь 2010 г.-декабрь 2017 г.)

350

337

Оптические

298

транзиенты

300

250

221

212

200

183

174

150

100

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

Рис. 8. Оптические транзиенты, открытые на телескопах-роботах МАСТЕР, и опубликованные в период с января 2010 г.

по декабрь 2017 г.

Оптические транзиенты

обнаруженные МАСТЕР (январь 2010 г.-декабрь 2017 г.)

1476

Оптические

1400

транзиенты

1302

1200

1004

1000

800

677

600

455

400

234

200

2010

2011

2012

2013

2014

2015

2016

2017

Рис. 9. Оптические транзиенты, открытые МАСТЕР в период с января 2010 г. по декабрь 2017 г. (кумулятивная

гистограмма).

закрытостью информации об алертах (коллабора-

транзиенты, обнаруженные в ходе инспекта всех

ция LIGO опубликовала только несколько из них:

53 областей локализации, оказались под запретом

GW170817, GW170814, GW170608, GW170104,

публикования в открытом доступе (т.е. закрытые

GW151226, GW150914 [15, 44, 62-65]). Каждый

пока GCN телеграммы) до момента объявления ре-

новый объект исследовался на предмет возможных

зультатов непосредственно по каждому GW алерту

исторических вспышек (до 2008 г. по имеющимся

коллаборацией LIGO/Virgo.

архивным данным МАСТЕР и по опубликованным

МАСТЕР, благодаря налаженной централизо-

данным других проектов (Catalina, PanSTARR,

ванной системе распределения наблюдательной

iPTF, SDSS (VIZIER) и т.д. В связи с этим

нагрузки при исследовании больших областей

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

302

ЛИПУНОВ и др.

Оптические транзиенты

обнаруженные МАСТЕР (январь 2010 г.-декабрь 2017 г.)

1476

1418

Оптические

1400

транзиенты

1320

1175

1200

1022

1000

861

800

691

592

600

482

400

350

259

200

140

Рис. 10. Оптические транзиенты, открытые МАСТЕР в период с января 2010 г. по декабрь 2017 г. (кумулятивная

гистограмма по месяцам).

локализации (IceCube [45], LIGO/Virgo [49-50],

Телескоп-робот МАСТЕР-Таврида (Крым-

ANTARES, [51-54, 66], быстрых радиовсплесков

ская астрономическая станция МГУ) начал ин-

FRB [67, 68], BAKSAN [69].

спект 2018-10-21 23:54:02UT (17059 с после сра-

батывания триггера) и наблюдал его до 2018-10-22

Рассмотрим пример организованной автомати-

00:21:59UT. Предел на суммарных экспозициях

ческой работы телескопов Глобальной сети МА-

(540 с) составил 19^m.

СТЕР при алертном наблюдении области локали-

Условия наблюдений:

зации источника нейтрино сверхвысоких энергий

BNO 181021, зарегистрированного на Баксанской

Высота объекта над горизонтом: 25.90^◦

нейтринной обсерватории (BNO) [69].

Высота Солнца над горизонтом: -43.89^◦

2018-10-21 в 19 : 09 : 43 UT сработал триггер

Высота Луны над горизонтом: 13.64^◦

БНО (trigger time). Сообщение об этом было пе-

Расстояние до Луны: 126.65^◦,

редано на центральный сервер Глобальной сети

Лунный диск: 0.92

МАСТЕР в 19 : 50 : 20.18 UT (NoticeTime).

Телескоп-робот MASTER-SAAO (Южноаф-

Телескоп-робот МАСТЕР-Тунка навелся

риканская астрономическая обсерватория, Са-

первым, через 20 с (алертные наблюдения): на-

зерленд, ЮАР) начал инспект BNO181021.79

блюдения начались в 2018-10-21 19 : 50 : 49 UT

2018-10-22 01:50:11UT (20528 с после срабаты-

(2466 sec after trigger time). Оптический предел на

вания триггера) и наблюдал его до 2018-10-22

изображениях (5-sigma upper limit) составил 19.2^m

03:00:55UT с пределом 20.0^m (экспозиция 540 с).

(суммарная экспозиция 540 с).

Условия наблюдений:

Высота объекта над горизонтом: 30.8^◦

Галактические координаты: широта 23.34^◦, дол-

Высота Солнца над горизонтом: -23.59^◦

гота 215.67^◦

Высота Луны над горизонтом: 10.92^◦

Высота объекта над горизонтом: 28.56^◦

Расстояние до Луны: 125.65^◦,

Высота Солнца над горизонтом: -35.34^◦

Лунный диск: 0.92

В поле ошибок нейтринного алерта обнаружены

Высота Луны над горизонтом: 4.43^◦

2 квазара:

Расстояние до Луны: 128.694199^◦,

SDSS J08104+1010

[Veron]:

RA,

Лунный диск: 0.91

DEC(2000) = 08 10 26.42 + 10 10 40.99 in 0.421”

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

КОНЦЕПЦИЯ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНОГО АСТРОНОМИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

303

with z = 2.50589 (unfiltered MASTER magnitude

БЛАГОДАРНОСТИ

m = 17.2).

Глобальная сеть телескопов-роботов МАСТЕР

Значительного изменения яркости с 2011-11-

поддержана Программой развития МГУ и МО Оп-

26 20 : 43 : 35.857 UT в базе данных телескопа

тика (оборудование). Работа проведена при под-

MASTER-Tunka не обнаружено.

держке гранта РНФ 16-12-00085, ОГ поддер-

SDSS J081529.47+095440.6: RA,

жан грантом РФФИ 17-52-80133. Оборудование

DEC(2000) = 08 15 29.47 + 09 54 40.7 with z = 1.7

МАСТЕР-Тунка поддержано грантами Министер-

and rmag = 20.04.

ства образования и науки RFMEFI59317X0005,

14.B25.31.0010, 14.593.21.0005, а также соглаше-

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

нием с Минобрнауки №14.593.21.0005.

В заключение отметим, что предложенная

концепция астрономического комплекса, реали-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

зованная в Глобальной сети телескопов-роботов

V. M. Lipunov, V. G. Kornilov, E. Gorbovskoy,

МАСТЕР, показала высокую эффективность на

N. Shatskij, et al. Advances in Astronomy, 349171

примере реальных многоканальных астрономи-

(2010).

ческих исследований МАСТЕР. Глобальная сеть

V. M. Lipunov, A. V. Krylov, V. G. Kornilov,

МАСТЕР постоянно участвует в многоволновых и

G. V. Borisov, et al. Astron. Nachr. 325, 580 (2004).

многоканальных экспериментах, в том числе в ча-

V. M. Lipunov, V. G. Kornilov, A. V. Krylov,

сти электромагнитной поддержки гравитационно-

N. V. Tyurina, et al., Astronomy Reports 51, 1004

волновой сети LIGO/VIRGO [5, 15, 49, 50]. Па-

(2007).

раллельно телескопы-роботы МАСТЕР постоянно

V. M. Lipunov, V. Kornilov, E. Gorbovskoy, N. Tiurina,

реагируют (автоматически наводятся, проводят

et al., Rev. Mex. Astro. Astrofis. Conf. Ser. 48, 42

наблюдения в день алерта, через неделю и месяц,

(2016).

анализируют результаты) на алерты детекторов

V. M. Lipunov, E. Gorbovskoy, V. G. Kornilov,

нейтрино сверхвысоких энергий IceCube [45, 70-

N. Tyurina, et al., Astrophys. J. Lett. 850, L1 (2017).

76] и ANTARES [48, 52-54]. Нами осуществлено

G. J. Fishman, C. A. Meegan, R. B. Wilson, et al.,

более 300 наведений на квадраты ошибок ней-

Astropys. J. Supp. 92, 229 (1994).

тринных установок, включая в последнее время

V. Yurkov, Yu. Sergienko, D. Varda, et al., GCN

20063, 1 (2016).

установку BAKSAN [69].

S. Barthelmy, P. Butterworth, T. Cline, et al.,

Благодаря созданным многофункциональному

Astrophys. Space Sci. 231, 235 (1995).

астрономическому комплексу МАСТЕР и динами-

C. Meegan, G. Lichti, P. N. Bhat, et al., Astrophys. J.

чески интегрированной базы данных МАСТЕР бы-

702, 791 (2009).

ли проведены инспекты быстрых радиовсплесков

10.

W. Atwood, A. A. Abdo, M. Ackermann, W. Althouse,

(frb) [67, 68] и многочисленные ранние наблюдения

et al., Astrophys. J. 697, 1071 (2009).

гамма-всплесков (GRB), в том числе уникаль-

11.

N. Gehrels, AIP Conf. 727, 637 (2004).

ные измерения самой ранней собственной, т.е.

12.

R. L. Aptekar, D. D. Frederiks, S. V. Golenetskii, et

синхронной с гамма, поляризации [16]. Так, Гло-

al. Space Sci. Rev. 71, 265 (2015).

бальная сеть МАСТЕР обеспечила самый обшир-

13.

M. Matsuoka, K. Kawasaki, S. Ueno, et al., Proc.

ный обзор первого поля ошибок гравитационно-

Astron. Soc. Jap. 61, 999 (2009).

волнового всплеска зарегистрированного LIGO

14.

A. von Kienlin, V. Beckmann, A. Rau, et al., Astron.

GW150914 [43, 44, 51] и провела первую неза-

and Astrophys. 411, L299 (2003).

висимую локализацию гравитационно-волнового

15.

B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, F. Acernese, et

сигнала GW170817 от слившихся нейтронных

al. Astrophys. J. Lett. 848, 12 (2017).

16.

E. Troja, V. M. Lipunov, C. G. Mundell, N. R. Butler,

звезд

[5,

15,

77], что позволило независимо

et al., Nature 547, 425 (2017).

определить постоянную Хаббла по гравитационно-

17.

C. W. Akerlof, M. Fatuzzo, B. Lee, R. Bionta, et al.,

волновому импульсу, возникшему в результате

AIP Conf. 307, 663, (1994).

слияния нейтронных звезд GW170817. Кроме того,

18.

C. Akerlof, R. Balsano, S. Barthelmy, J. Bloch, et al.,

демонстрацией эффективности созданного мно-

Nature 398, 400 (1999).

гофункционального астрономического комплекса

19.

A. J. Castro-Tirado and J. Gorosabel, Astron. and

МАСТЕР и динамически интегрированной базы

Astrophys. Supp. 138, 583 (1999).

данных МАСТЕР является обнаружение более

20.

M. B ¨oer, M. Bringer, A. Klotz, A. M. Moly, et al.,

1600 оптических транзиентов различной физиче-

Astron. and Astrophys. 138, 579 (1999).

ской природы телескопами-роботами Глобальной

21.

V. Lipunov, A. Krylov, V. Kornilov, et al., GCN 1770,

сети МАСТЕР, которые исследовались на всех

1 (2002).

крупнейших наземных и космических телескопах

22.

V. M. Lipunov, J. Gorosabel, et al., Monthly Not. Roy.

мира.

Astron. Soc. 455, 712 (2016).

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019

304

ЛИПУНОВ и др.

23.

E. S. Gorbovskoy, V. M. Lipunov, D. Buckley et al.,

50.

V. Sadovnichy, M. Panasyuk, S. Svertilov, V. Lipunov,

Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 455, 3312 (2016).

et al., Astrophys. J. 861, 48 (2018).

24.

V. M Lipunov, V. G. Kornilov, A. V. Krylov, et al.,

51.

V. M. Lipunov, Physics-Uspekhi 59, 918 (2016).

Astron. and Astrophys. Trans. 26, 79 (2007).

52.

M. V. Pruzhinskaya et al., New Astron. 29, 65

25.

A. J. Drake, S. G. Djorgovski, A. Mahabal,

(2014).

E. Beshore, et al., Astrophys. J. 696, 870 (2009).

53.

V. G. Kornilov, V. Lipunov, E. S. Gorbovskoy, et al.,

26.

C. Akerlof, S. Amrose, R. Balsan, et al., Astron. J.

Experimental Astronomy 33, 173 (2012).

119, 1901 (2000).

54.

E. S. Gorbovskoy, V. M. Lipunov, V. G. Kornilov, et

27.

V. M. Lipunov, S. Blinnikov, E. Gorbovskoy, et al.,

al., Astronomy Reports 57, 233 (2013).

Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 470, 2339 (2017).

55.

V. Lipunov, A. Krylov, V. Kornilov, et al., GCN 2002,

28.

V. Lipunov, E. Gorbovskoy, V. Afanasiev,

1 (2003).

A. Tatarnikova, et al., Astron. and Astrophys.

56.

V. Lipunov, A. Krylov, V. Kornilov, et al., GCN 2035,

588, 90 (2016).

1 (2003).

29.

H. Levato, C. Saffe, C. Mallamaci, et al., GCN

57.

V. Lipunov, A. Krylov, V. Kornilov, et al., GCN 2091,

13168, 1 (2012).

1 (2003).

30.

D. Buckley, S. Potter, A. Kniazev, et al., GCN 17224,

58.

V. Lipunov, A. Krylov, V. Kornilov, et al., GCN 2103,

1 (2014).

1 (2003).

31.

V. Lipunov, E. Gorbovskoy, V. Kornilov, et al.,

59.

V. Lipunov, A. Krylov, V. Kornilov, et al., GCN 2154,

Astrophys. J. 833, 198 (2016).

1 (2003).

32.

R. Podesta, C. Lopez, F. Podesta, et al., GCN 19976,

60.

V. Lipunov, A. Krylov, V. Kornilov, et al., GCN 2157,

1 (2016).

1 (2003).

33.

T. H. Bressi, B. L. Stevens, G. Masi, et al., Minor

61.

C. Saffe, H. Levato, C. Mallamaci, Astron. Telegram

Planet Electronic Circ. No. 2013-U31 (2013).

5144, 1 (2013).

34.

M. Schwartz, P. Holvorcem, J. Spagnotto,

62.

B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, et al., Physical

V. Lipunov, et al., Minor Planet Electronic Circ.

Review Letters 119, 141101 (2017).

No. 2015-V01 (2015).

35.

G. Lehmann, K. Lehmann, M. Jaeger, Minor Planet

63.

B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, et al.,

Astrophys. J. Lett. 851, L35 (2017).

Electronic Circ. No. 2014-U121 (2014).

36.

V. Lipunov, E. Gorbovskoy, N. Tiurina, et al., Minor

64.

B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, et al., Phys.

Planet Electronic Circ. No. 2014-S14 (2014).

Rev. Lett. 118, 221101 (2017).

37.

L. Buzzi, M. Serra-Ricart, M. Rodriguez, et al.,

65.

B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, et al., Phys.

Minor Planet ElectronicCirc.No. 2016-O266 (2016).

Rev. Lett. 116, 241103 (2016).

38.

L. Buzzi, M. Tichy, J. Ticha, et al., Minor Planet

66.

V. Lipunov, N. Tiurina, E. Gorbovskoy, et al., GCN

Electronic Circ. No. 2014-E80 (2014).

23008, 1 (2018).

39.

V. Lipunov, D. Buckley, et al., Central Bureau

67.

V. Lipunov, E. Gorbovskoy, R. Rebolo, et al., Astron.

Electronic Telegrams No. 4105, 1 (2015).

Telegram 11902, 1 (2018).

40.

V. Lipunov, D. Buckley, et al., Central Bureau

68.

P. Balanutsa, V. Lipunov, V. Kornilov, et al. Astron.

Electronic Telegrams No. 4104, 2 (2015).

Telegram 11880, 1 (2018).

41.

V. Lipunov, E. Gorbovskoy, R. Rebolo, et al., Minor

69.

V. Lipunov, E. Gorbovskoy, N. Tiurina, et al., GCN

Planet Electronic Circ. No. 2015-Q28 (2015).

23361, 1 (2018).

42.

G. Lehmann, A. Knoefel, P. Balanutsa,V. Lipunov,

70.

V. Lipunov, V. Kornilov, N. Tiurina, et al., GCN

et al., Minor Planet Electronic Circ. No. 2013-S74

23381, 1 (2018).

(2013).

71.

V. Lipunov, E. Gorbovskoy, V. Kornilov, et al., GCN

43.

V. M. Lipunov, V. Kornilov, E. Gorbovskoy, et al.,

22945, 1 (2018).

Monthly Not. Roy. Astron. Soc. 465, 3656 (2017).

72.

V. Lipunov, E. Gorbovskoy, V. Kornilov, et al., GCN

44.

B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, et al.,

22942, 1 (2018).

Astrophys. J. Lett. 826, 13 (2016).

73.

V. Lipunov, E. Gorbovskoy, V. Kornilov, et al., GCN

45.

M. G. Aartsen, M. Ackermann, J. Adams, et al.,

20947, 1 (2017).

Astron. and Astrophys. 607, 115 (2017).

74.

V. M. Lipunov, A. Tatarnikov, N. V. Tyurina, et al.,

46.

D. Dornic, S. Basa, P. A. Evans, et al., Astron.

GCN 20121, 1 (2016).

Telegram 7987, 1 (2015).

75.

V. M. Lipunov, N. V. Tyurina, E. S. Gorbovskoy, et al.,

47.

D. Dornic, V. Lipunov, S. Basa, et al., Astron.

GCN 19888, 1 (2016).

Telegram 8000, 1 (2015)

76.

V. Lipunov, E. Gorbovskoy, V. Kornilov, et al., Astron.

48.

D. Dornic, V. Lipunov, S. Basa, P. A. Evans, et al.,

Telegram 9298, 1 (2016).

GCN 18240, 1 (2015).

49.

V. M. Lipunov, E. Gorbovskoy, V. G. Kornilov, et al.,

77.

B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, et al., Nature

551, 85 (2017).

Astronomy Reports 62, 426 (2018).

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ том 96

№4

2019