Радиотелескоп

Материал из свободной русской энциклопедии «Традиция»
Перейти к: навигация, поиск

Введение[править]

Радиотелескоп РТФ-32 обсерватории «Зеленчукская», ИПА РАН. Расположен на Северном Кавказе.

Радиотелеско́п — астрономический инструмент для приёма собственного радиоизлучения небесных объектовСолнечной системе, Галактике и Метагалактике) и исследования его характеристик: координат источников, пространственной структуры, интенсивности излучения, спектра и поляризации. [1].

Радиотелескоп занимает начальное, по диапазону частот, положение среди астрономических инструментов исследующих электромагнитное излучение, — более высокочастотными являются телескопы теплового, видимого, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма излучения[2].

Радиотелескопы предпочтительно располагать далеко от главных населённых пунктов, чтобы максимально уменьшить электромагнитные помехи от вещательных радиостанций, телевидения, радаров и др. излучающих устройств. Размещение радиообсерватории в долине или низине ещё лучше защищает её от влияния техногенных электромагнитных шумов.

К радиотелескопам относят также некоторые разрабатываемые гравитационные телескопы, которые по наблюдениям за квазарами вычисляют крупномасштабные искажения пространства-времени.[?]

Устройство и принцип действия[править]

Радиотелескоп состоит из антенной системы и очень чувствительного радиоприёмного устройства — радиометра[1].

Конструкции антенн радиотелескопов отличаются большим разнообразием, что обусловлено очень широким диапазоном длин волн, используемых в радиоастрономии (от 0,1 мм до 1000 м). Антенны радиотелескопов, принимающих мм, см, дм и метровые волны, чаще всего представляют собой параболические отражатели, подобные зеркалам обычных оптических рефлекторов. В фокусе параболоида устанавливается облучатель — устройство, собирающее радиоизлучение, которое направляется на него зеркалом. Облучатель передаёт принятую энергию на вход радиометра, и, после усиления и детектирования, сигнал регистрируется на ленте самопишущего электроизмерительного прибора[3]. На современных радиотелескопах аналоговый сигнал с выхода радиометра преобразуется в цифровой и записывается на жёсткий диск в виде одного или нескольких файлов.

Для направления антенн в исследуемую область неба их устанавливают обычно на Азимутальных монтированиях, обеспечивающих повороты по азимуту и высоте (полноповоротные антенны). Существуют также антенны, допускающие лишь ограниченные повороты, и даже полностью неподвижные. Направление приема в антеннах последнего типа (обычно очень большого размера) достигается путем перемещения облучателей, что воспринимают отображенное от антенны радиоизлучение.

Для наблюдения на коротких волнах распространены зеркальные параболические антенны, установленные на поворотных устройствах, служащих для наведения радиотелескопа на источник радиоизлучения; по принципу действия такие радиотелескопы аналогичные оптическим Телескопам-рефракторам. Часто используются комбинации ряда зеркальных антенн, которые соединены кабельными линиями в единую систему — «решётка». Для наблюдения на длинных волнах используются решётка из большого числа элементарных излучателей — диполей.

Радиотелескоп должен обладать высокой чувствительностью, что обеспечивает надежную регистрацию возможно более слабой плотности потока радиоизлучения, и хорошей разрешающей способностью (разрешением), что позволяет наблюдать меньшие пространственные детали исследуемых объектов. Минимальная плотность потока ΔР, которая регистрируется, определяется соотношением:

ΔP = P / (S √Δft)

где Р — мощность собственных шумов радиотелескопа, S — эффективная площадь (собирающая поверхность) антенны, Δf — полоса частот, которые принимаются, t — время накопления сигнала.

Для улучшения чувствительности радиотелескопа увеличивают их собирая поверхность и применяют малошумные приемные устройства на основе мазерив, параметрических усилителей и т. д. Разрешение q радиотелескопа (радианы):

q > I / D

где Iдлина волны, D — линейный размер апертуры антенны.

Крупнейшие зеркальные антенны (диаметром до 100 м на сантиметровый волнах) имеют разрешение около 1 угловой секунды, что сравнимо с возможностями невооруженного глаза. Трудности создания радиотелескопа больших размеров со сплошным зеркалом вынуждают широко использовать решётки, а для получения двумерной «картинки» — крестообразные, кольцевые и другие антенны с незаполненной апертурой.

Первые радиотелескопы[править]

Icons-mini-icon 2main.png Основная статья: Радиоастрономия

Предпосылки[править]

Ещё в конце 19 века учёные предполагали, что радиоволны, отличающиеся от видимого света только частотой, также должны излучаться небесными телами, в частности Солнцем. В 1890 г. Эдисон в США и в 1894 г. Лодж в Англии независимо друг от друга предложили поставить опыты по обнаружению радиоизлучения Солнца. Но, тогда эти опыты не могли удасться, в виду отсутствия чувствительных приёмников[4].

Начало — Карл Янский[править]

Точная копия радиотелескопа Карла Янского в натуральную величину. Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO), Грин Бэнк, Западная Вирджиния, США

История радиотелескопов берёт своё начало с экспериментов Карла Янского, проведённых в 1931 г. В то время Янский работал радиоинжинером на полигоне фирмы Bell Telephone Labs. Ему было поручено исследование направления прихода грозовых помех. Для этого Карл Янский построил вертикально поляризованную однонаправленную антенну типа полотна Брюса. Размеры конструкции составляли 30.5 м в длину и 3.7 м в высоту. Работа велась на волне 14.6 м (20.5 МГц). Антенна была соединена с чувствительным приёмником, на выходе которого стоял самописец с большой постоянной времени [5].

Запись излучений, полученная Янским 24 февраля 1932 года. Максимумы (стрелки) повторяются через 20 мин. — период полного оборота антенны.

В декабре 1932 г. Янский уже сообщал о первых результатах, полученных на своей установке [6]. В статье сообщалось об обнаружении «… постоянного шипения неизвестного происхождения», которое «… трудно отличить от шипения, вызываемого шумами самой аппаратуры. Направление прихода шипящих помех меняется постепенно в течение дня, делая полный оборот за 24 часа». В двух своих следующих работах, в октябре 1933 года и октябре 1935 года, Карл Янский постепенно приходит к заключению, что источником его новых помех является центральная область нашей галактики [7]. Причём наибольший отклик получается, когда антенна направлена на центр Млечного Пути [8].

Янский сознавал, что прогресс в радиоастрономии потребует антенн больших размеров с более острыми диаграммами, которые должны быть легко ориентируемы в различных направлениях. он сам предложил конструкцию параболической антенны с зеркалом 30.5 м в диаметре для работы на метровых волнах. Однако его предложение не получило поддержки в США, и радиоастрономия зачахла [5].

Второе рождение — Гроут Ребер[править]

Меридианный радиотелескоп Гроута Ребера

В 1937 году Гроут Ребер, радиоинженер из Уэтона (США, штат Иллинойс) заинтересовался работой Янского и сконструировал в заднем дворе дома своих родителей антенну с параболическим рефлектором диаметром 9,5 м. Эта антенна имела меридианную монтировку, т.е. была управляема лишь по углу места, а изменение положения лепестка диаграммы по прямому восхождению достигалось за счёт вращения Земли. Антенна Ребера была меньше, чем у Янского, но работала на более коротких волнах, и её диаграмма направленности была значительно острее. У антенны Ребера луч имел коническую форму с шириной 12° по уровню половинной мощности, в то время как у луча антенны Янского была веерообразная форма шириной 30° по уровню половинной мощности в наиболее узком сечении [5].

Весной 1939 года Ребер обнаружил на волне 1,87 м (160 МГц) излучение с заметной концентрацией в плоскости Галактики и опубликовал некоторые результаты [9][10].

Радиокарта небосвода, полученная Гроутом Ребером в 1944 г. [11]

Совершенствуя свою аппаратуру[12], Ребер предпринял систематический обзор неба и в 1944 году опубликовал первые радиокарты небосвода[11]. На картах отчётливо видны центральные области Млечного Пути и яркие радиоисточники в созвездии Стрельца, Лебедь A, Кассиопея A, Большого Пса и Кормы[13]. Карты Ребера достаточно хороши даже по сравнению с современными картами.

После Второй Мировой войны были сделаны существенные технологические улучшения в области радиоастрономии учёными в Европе, Австралии и США. Таким образом начался расцвет радиоастрономии.

Классификация радиотелескопов[править]

Широкий диапазон длин волн, разнообразие объектов исследований в радиоастрономии, быстрые темпы развития радиофизики и радиотелескопостроения, большое число независимых коллективов радиоастрономов привели к большому разнообразию типов радиотелескопов. Наиболее естественно классифицировать радиотелескопы по характеру заполнения их апертуры и по методам фазирования СВЧ поля (рефлекторы, рефракторы, независимая запись полей) [14] :

РАДИОТЕЛЕСКОПЫ
антенны с заполненной апертурой антенны с незаполненной апертурой
параллельный синтез параллельный синтез последовательный синтез системы с независимой
записью сигналов
рефлекторы рефракторы рефлекторы рефракторы рефлекторы рефракторы
- параболоиды вращ.
- сферические чаши
- антенна Огайо
- антенна Нансе
- синфазные полотна
- цилиндры
- ант. "Клевер.лист"
- антенна Хорнера
- АПП набл. в зен.
- решётки
- кресты
- кольц.ант. в Кулгуре
- АПП
- перископический интерферометр
- двухэлем. интерферометр
- суперсинтез Райла
- система VLA

Список радиотелескопов[править]

Расположение Тип антенны Размер Минимальная рабочая длина волны
Флаг США США , Грин Бэнк Параболический сегмент с активной поверхностью 110x100 м 6 мм
Флаг Германии Германия, Эффельсберг Параболический рефлектор 100 м 7 мм
Флаг Великобритании Великобритания, Джодрелл Бэнк Параболический рефлектор 76 м 1,3 см
Флаг России Россия, Евпатория Параболический рефлектор 70 м 1 см
Флаг России Россия, Калязин Параболический рефлектор 64 м 1 см
Флаг России Россия, Медвежьи Озера Параболический рефлектор 64 м 1 см
Австралия Австралия, Паркс Параболический рефлектор 64 м 7 мм
Япония Япония, Нобеяма Параболический рефлектор 45 м 1 мм
Италия Италия, Медечина Параболический рефлектор 32 м 1,3 см
Флаг России Россия, Светлое, РТФ-32 Параболический рефлектор 32 м 5 мм
Флаг России Россия, Зеленчукская, РТФ-32 Параболический рефлектор 32 м 5 мм
Флаг России Россия, Бадары, РТФ-32 Параболический рефлектор 32 м 5 мм
Испания Испания, Гранада Параболический рефлектор 30 м 1 мм
Пуэрто-Рико Пуэрто-Рико, Аресибо, Пуэрто-Рико Сферический рефлектор 300 м 10 см
Флаг России Россия, Зеленчукская, РАТАН-600 Антенна переменного профиля 588 м 3 мм
Флаг Франции Франция, Нанси Двухзеркальный 2 х 40 м х 300 м 11 см
Флаг России Россия, Пущино, ДКР-1000 Крест из двух параболических цилиндров 2 х 1000 м х 40 м 2,5 м
Флаг Украины Украина, Харьков, УТР-2 Система дипольных антенн, «Т» 1860 м х 50 м, 900 м х 50 м 12 м
Индия Индия, Ути Параболический цилиндр 500 м х 30 м 91 см
Италия Италия, Медечина, «Северный крест» «Т» из двух параболических цилиндров 2 х 500 м х 30 м 70 см

Страница: 0

en Radio telescope

Примечания[править]

  1. а б Большая советская энциклопедия. — СССР: Советская энциклопедия, 1978.>
  2. Электромагнитное излучение
  3. П.И.Бакулин, Э.В.Кононович, В.И.Мороз Курс общей астрономии. — М.: Наука, 1970.>
  4. С.А. Каплан Элементарная радиоастрономия. — М.: Наука, 1966.>
  5. а б в Джон Д. Краус. Радиоастрономия. — М.: Советское радио, 1973.>
  6. Jansky K.G. «Directional Studies of Atmospherics at Hight Frequencies». — 1932. — Т. 20. — С. 1920—1932.
  7. Jansky K.G. «Electrical disturbances apparently of extraterrestrial origin.». — 1933. — Т. 21. — С. 1387—1398.
  8. Jansky K.G. «A note on the source of interstellar interference.». — 1935. — Т. 23. — С. 1158—1163.
  9. Reber G. «Cosmic Static». — June, 1940. — Т. 91. — С. 621—624.
  10. Reber G. «Cosmic Static». — February, 1940. — Т. 28. — С. 68—70.
  11. а б Reber G. «Cosmic Static». — November, 1944. — Т. 100. — С. 279—287.
  12. Reber G. «Cosmic Static». — August, 1942. — Т. 30. — С. 367—378.
  13. Кип Торн. Чёрные дыры и складки времени. — М.: Издательство физико-математической литературы, 2007. — С. 323—325. — 616 с. — ISBN 9785-94052-144-4>
  14. Н.А.Есепкина, Д.В.Корольков, Ю.Н.Парийский. Радиотелескопы и радиометры. — М.: Наука, 1973.>

См. также[править]

Ссылки[править]

Литература[править]

Для статьи[править]