Для чего используют радиотелескопы астрономия
Радиотелескоп
Содержание
Введение
VLA — «Сверхбольшой массив».
Устройство и принцип действия
где Р — мощность собственных шумов радиотелескопа, S — эффективная площадь (собирающая поверхность) антенны, Δf — полоса частот, которые принимаются, t — время накопления сигнала.
Для повышения чувствительности радиотелескопа увеличивают их собирающую поверхность и применяют малошумящие приемные устройства на основе мазеров, параметрических усилителей и т. д. Разрешение q радиотелескопа (радианы):
где I — длина волны, D — линейный размер апертуры антенны.
Первые радиотелескопы
Предпосылки
Начало — Карл Янский
Точная копия радиотелескопа Карла Янского в натуральную величину. Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO), Грин Бэнк, Западная Вирджиния, США
Запись излучений, полученная Янским 24 февраля 1932 года. Максимумы (стрелки) повторяются через 20 мин. — период полного оборота антенны.
Второе рождение — Гроут Ребер
Меридианный радиотелескоп Гроута Ребера
Радиокарта небосвода, полученная Гроутом Ребером в 1944 г. [11]
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
Радиотелескоп
Содержание
Введение
VLA — «Сверхбольшой массив».
Устройство и принцип действия
где Р — мощность собственных шумов радиотелескопа, S — эффективная площадь (собирающая поверхность) антенны, Δf — полоса частот, которые принимаются, t — время накопления сигнала.
Для повышения чувствительности радиотелескопа увеличивают их собирающую поверхность и применяют малошумящие приемные устройства на основе мазеров, параметрических усилителей и т. д. Разрешение q радиотелескопа (радианы):
где I — длина волны, D — линейный размер апертуры антенны.
Первые радиотелескопы
Предпосылки
Начало — Карл Янский
Точная копия радиотелескопа Карла Янского в натуральную величину. Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO), Грин Бэнк, Западная Вирджиния, США
Запись излучений, полученная Янским 24 февраля 1932 года. Максимумы (стрелки) повторяются через 20 мин. — период полного оборота антенны.
Второе рождение — Гроут Ребер
Меридианный радиотелескоп Гроута Ребера
Радиокарта небосвода, полученная Гроутом Ребером в 1944 г. [11]
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
Радиотелескоп
Мы привыкли видеть мир в оптическом диапазоне и слышать в звуковом. Всем известно, что летучая мышь видит в темноте благодаря ультразвуковому локатору. Существует множество приборов, расширяющих человеческие возможности восприятия – к этому относится вся измерительная аппаратура. Она отображает всевозможные физические процессы в графическом или звуковом виде, доступном человеку.
Техническое описание
Данная установка представляет собой двухкоординатное сканирующее устройство. Оно работает в диапазоне 10ГГц, на этих частотах работают ТВ спутники. Первоначально планировалось сделать фотографию геостационарной орбиты. Дополнительно к этому было интересно посмотреть на Солнце, а так же, из разряда детской любознательности хотелось узнать, видна ли будет Луна и, вообще, что же будет на снимке.
В устройстве использована параболическая сетчатая антенна, конвертер на диапазон 10-12 ГГц, двухосевое поворотное устройство, со специально разработанным пультом управления, написана программа для управления поворотным устройством. Чтобы оцифровывать уровень, собрана плата из логарифмического преобразователя уровня AD8313, АЦП MAX1236, контроллера, передающего информацию в COM-порт. Программа, управляющая поворотным устройством, принимает данные с АЦП, добавляет к ним временные и координатные метки и сохраняет в файл. Изображение строится по простому, но необходимому алгоритму, т.к. точность координат – 1 градус, а данные идут со скоростью 10 отсчетов на градус. Т.к. в нашем случае тарелка крутится по горизонтали, то по горизонтали разрешение примерно 10 точек на градус, а по вертикали 1 точка на градус. Полный панорамный снимок с обзором на 360 градусов по ширине и 90 градусов по высоте делается примерно полтора часа. Благодаря возможностям конвертора можно принимать излучение с различной поляризацией отдельно и получать различные изображения. Такие черно-белые изображения можно составлять в одно цветное, благодаря этому спутники выглядят разноцветными. Немногие об этом догадываются, но параболическая система с головкой в фокусе параболы имеет возможность фокусироваться не только на спутники, но и пытаться сфокусироваться на, например, соседний дом, благодаря чему можно получить четкие снимки, на которых можно разглядеть каркас парника и даже рамы окон притом, что диаметр параболического отражателя значительно превосходит по размеру их ширину.
Пример работы телескопа
Снимки
Фокусировка
Вынося приемник из фокуса параболы можно фокусироваться на разные расстояния.
На верхнем изображении фокусировка на спутники, а на нижнем — на дом, при этом спутники стали более размытыми.
Вначале, когда надо было настраивать работу всей системы, за опорную точку был принят спутник Eutelsat36B геостационарной орбиты на 36º восточной долготы. Когда нами был получен положительный результат, мы сделали широкий снимок и увидели деревья. Они были очень размыты и вокруг них на некотором расстоянии была видна аура. В дальнейшем, с настройкой и дообработкой в фотошопе и осмыслением проекции, стало видно и ясно, что аура деревьев – это провода линий электропередач.
Все знают, что вокруг Земли вращается не только Луна, но и более яркий объект — Солнце, в чем можно убедиться, посмотрев эту анимацию, на котором видны оба светила.
Северное сияние
Все кто пытался смотреть спутниковое телевидение в дождь или снег, когда на небе есть только одна сплошная темная туча, знают что качество принимаемого сигнала зависит от метео-обстановки. В данном случае очевидно, что радиосигнал от спутника гасится в тучах. Но есть и другие факторы, влияющие на качество приема, например, излучение от Солнца. Нами замечено, что часто через некоторое время после сильных солнечных вспышек картинка с метеоспутников принимается с очень сильными шумами – это работает ионосфера, создавая шум.
Мы сделали снимки в период солнечной непогоды. г. Наро-Фоминск. Эффект происходил после захода Солнца.
На анимации видно движущееся Солнце.
Вспышки на земле
Однажды при периодической съемке были замечены длительные мощные вспышки, занимающие большую часть неба. Трудно получить реальное мгновенное изображение, если один снимок делается в течении 8 минут, но вы можете посмотреть на анимацию, сделанную так как это было возможно.
Если вам есть что сказать по поводу вспышек или просто есть что добавить к этой теме, пожалуйста, пишите в комментариях.
Радиотелескопы — принцип действия, конструкция
Космическое радиоизлучение впервые было обнаружено в 1931 г. американским инженером Карлом Янским (1905— 1950) при изучении им атмосферных радиопомех. В апреле 1933 г. Янский установил, что это радиоизлучение исходит от Млечного Пути. В те годы на открытие Янского никто не обратил внимания, кроме американского радиоинженера Гроута Рёбера, который вскоре построил самодельный радиотелескоп диаметром 9,5 м и подтвердил открытие Янским радиоизлучения Млечного Пути. В 1942 г. Рёбер опубликовал первую радиокарту неба, указав на ней расположение радиоисточников, а в 1944 г. сообщил об открытии им радиоизлучения Солнца. И лишь с 1946 г. началось строительство и установка в астрономических обсерваториях радиотелескопов для приема радиоизлучения небесных объектов.
Принцип действия радиотелескопа
Радиотелескопы состоят из антенны и чувствительного радиоприемника с усилителем (радиометра). Доходящее до Земли радиоизлучение подавляющего большинства небесных тел настолько мало, что для его приема необходимы антенны с полезной площадью в тысячи и десятки тысяч квадратных метров. Конструкции антенн весьма разнообразны. Так, сравнительно небольшими антеннами (до 100 м в диаметре) служат металлические вогнутые зеркала, а также каркасы параболической и цилиндрической формы, покрытые металлической сеткой. Они отражают сфокусированные радиоволны на облучатель, и наведенные в нем электрические токи передаются по проводам на усилитель и далее на самопишущие регистрационные приборы. Антенны устанавливаются на колоннах или решетчатых опорах, могут быть направлены на различные участки неба и автоматически поворачиваться за ними. Эти радиотелескопы могут служить и радиолокаторами, направляющими к Луне и планетам мощные импульсы радиосигналов.
Радиотелескоп состоит из антенной системы, радиометра (приемника радиосигнала) и регистратора сигналов. Радиометр – это приемное устройство, с помощью которого измеряют мощность излучения малой интенсивности в диапазоне радиоволн (длины волн от 0,1 мм до 1000 м). Другими словами радиотелескоп принимает наиболее низкочастотное излучение по сравнению с другими приборами, с помощью которых исследуется электромагнитное излучение (например, инфракрасный телескоп, рентгеновский телескоп и т. д.).
Отражатели наиболее крупных радиотелескопов собираются из плоских металлических зеркал, расположенных сплошной полосой параболического сегмента. Такие радиотелескопы неподвижны (стационарны), а их облучатели способны перемещаться в небольших пределах. Однако это не ограничивает возможностей радиотелескопов, так как в суточном вращении неба каждый небесный объект обязательно проходит в поле их обзора, а радиотелескопы способны принимать радиоизлучение в любое время суток. Один из крупнейших стационарных радиотелескопов был изготовлен в Советском Союзе и установлен вблизи станции Зеленчукской Ставропольского края. Его отражатель собран из 900 плоских металлических зеркал размерами 2×7,4 м и имеет вид замкнутого кольца диаметром 600 м.
У крупного стационарного радиотелескопа диаметром 300 м, установленного в Аресибо (Пуэрто-Рико), антенной параболической формы служит кратер потухшего вулкана; кратер забетонирован и сверху покрыт металлическим слоем.
В Китае недавно создали радиотелескоп, получивший название FAST (Five hundred meter Aperture Spherical Telescope). По диаметру он несколько меньше Российского, размер устройства составляет 500 м, но зато он имеет 4,450 тыс. металлических отражателей, что делает его крупнейшим в мире по общей площади антенн. По своей конструкции он аналогичен обсерватории Аресибо, где для установки конструкции использована естественная природная впадина.
Особенности радиотелескопов
Разрешающая способность радиотелескопов тоже зависит от диаметра их антенн и длины воспринимаемых радиоволн. Однако она всегда ниже, чем у оптических телескопов, так как длина радиоволн значительно больше длины световых волн. Но если два радиотелескопа установлены на значительном расстоянии друг от друга, одновременно воспринимают радиоизлучение одного и того же источника и подают сигналы на общий радиометр, то разрешение резко повышается. Два таких спаренных радиотелескопа называются радиоинтерферометром, а при расстоянии между радиотелескопами в тысячи километров — радиоинтерферометром со сверхдлинной базой. Разрешение такого радиоинтерферометра достигает 0,0001″, т. е. в сотни раз превышает разрешение оптических телескопов.
Что такое радиоастрономия, и каково ее значение?
Чтобы наблюдать Вселенную во всей ее полноте и славе, нам необходимо знать не только то, что мы видим, но и то, из чего состоят небесные объекты. Каждый объект во Вселенной испускает излучение, которое очень красноречиво говорит о его составляющих. Оно дает свидетельства предполагаемых событий в прошлом, а также указывает на события, которые могут произойти в будущем.
Что такое радиоастрономия?
Методы проведения радиоастрономии
С точки зрения того, какое устройство необходимо использовать для анализа объекта в космосе, имеет значение мощность сигнала, которая является следствием расстояния от Земли. Для достижения необходимого разрешения используется либо простой радиотелескоп, установленный в направлении небесного объекта, либо более сложный коктейль из нескольких перекрывающихся телескопов.
Значение радиоастрономии
В отличие от оптической астрономии, которая исследует горячую Вселенную, радиоастрономия в основном используется для наблюдения за холодной Вселенной. Радиоастрономия работает в миллиметровом диапазоне волн, что позволяет увеличить разрешение по сравнению с оптическим телескопом.
Основные области применения радиоастрономии следующие:
Если направить радиоволну на небесный объект и наблюдать за результирующей волной, то даже мельчайшие детали могут быть отображены и проанализированы. Наложение нескольких точек данных позволяет астрономам создать виртуальное изображение обсуждаемого объекта.
То, что начиналось как простое шипение при каждом восходе центра нашей галактики, теперь превратилось в нечто чрезвычайно важное. Сейчас радиоастрономия помогает нам установить факты о далеких звездах и планетах, что имеет решающее значение для понимания основных характеристик Вселенной. Видимого света недостаточно, чтобы составить полную историю объекта!