Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
64-метровый радиотелескоп в обсерватории Паркса, как это было в 1969 году, когда он использовался для приема телевизионного видео в прямом эфире с Аполлона-11.
Антенна низкочастотного радиотелескопа УТР-2 , Харьковская область, Украина . Состоит из набора из 2040 дипольных элементов клетки .

Радиотелескоп является специализированной антенной и радиоприемник используется для обнаружения радиоволн от астрономических радиоисточников на небе. [1] [2] [3] Радиотелескопы являются основным инструментом наблюдения, используемым в радиоастрономии , который изучает радиочастотную часть электромагнитного спектра, излучаемого астрономическими объектами, так же как оптические телескопы являются основным инструментом наблюдения, используемым в традиционной оптической астрономии. который изучает световую волнучасть спектра, исходящая от астрономических объектов. В отличие от оптических телескопов, радиотелескопы можно использовать как днем, так и ночью.

Поскольку астрономические радиоисточники, такие как планеты , звезды , туманности и галактики, находятся очень далеко, радиоволны, исходящие от них, чрезвычайно слабы, поэтому радиотелескопам требуются очень большие антенны, чтобы собрать достаточно энергии для их изучения, и чрезвычайно чувствительное приемное оборудование. Радиотелескопы обычно представляют собой большие параболические ("тарелочные") антенны, подобные тем, которые используются для отслеживания и связи со спутниками и космическими зондами. Их можно использовать по отдельности или связать вместе в виде массива. Радио обсерватории преимущественно расположены далеко от крупных населенных пунктов , чтобы избежать электромагнитных помех(EMI) от радио, телевидения , радаров , автомобилей и других искусственных электронных устройств.

Радиоволны из космоса были впервые обнаружены инженером Карлом Гуте Янски в 1932 году в Bell Telephone Laboratories в Холмделе, штат Нью-Джерси, с помощью антенны, построенной для изучения шума радиоприемника. Первым специально созданным радиотелескопом была 9-метровая параболическая антенна, построенная радиолюбителем Гротом Ребером на его заднем дворе в Уитоне, штат Иллинойс, в 1937 году. Проведенный им обзор неба часто считается началом области радиоастрономии.

Ранние радиотелескопы [ править ]

Радиотелескоп "тарелка" Ребера , Уитон, Иллинойс, 1937 год.

Первая радиоантенна, использованная для идентификации астрономического радиоисточника, была построена Карлом Гуте Янски , инженером Bell Telephone Laboratories , в 1932 году. Янски было поручено идентифицировать источники статического электричества , которые могут мешать работе радиотелефонной связи . Антенна Янского представляла собой набор диполей и отражателей, предназначенных для приема коротковолновых радиосигналов на частоте 20,5 МГц.(длина волны около 14,6 метра). Он был установлен на поворотном столе, который позволял ему вращаться в любом направлении, за что получил название «Карусель Янского». Его диаметр составлял примерно 100 футов (30 м), а высота - 20 футов (6 м). Вращая антенну, можно было точно определить направление принимаемого источника помех (статического). В небольшом сарае сбоку от антенны находилась аналоговая записывающая система с ручкой и бумагой. После записи сигналов со всех сторон в течение нескольких месяцев, Янски в конце концов разделил их на три типа статических помех : близлежащие грозы, далекие грозы и слабое устойчивое шипение поверх дробового шума., неизвестного происхождения. Янски, наконец, определил, что "слабое шипение" повторяется с циклом 23 часа 56 минут. Этот период - продолжительность астрономических звездных суток , время, которое требуется любому «неподвижному» объекту, находящемуся на небесной сфере, чтобы вернуться в то же место на небе. Таким образом, Янски подозревал, что шипение возникло за пределами Солнечной системы , и, сравнив свои наблюдения с оптическими астрономическими картами, Янски пришел к выводу, что излучение исходит из Галактики Млечный Путь и было самым сильным в направлении центра галактики, в созвездие из Стрельца .

Радист-любитель Гроте Ребер был одним из пионеров того, что стало известно как радиоастрономия . Он построил первый параболический радиотелескоп диаметром 9 метров (30 футов) на своем заднем дворе в Уитоне, штат Иллинойс, в 1937 году. Он повторил новаторскую работу Янски, определив Млечный Путь как первый внеземной радиоисточник. и он продолжил проводить первый обзор неба на очень высоких радиочастотах, обнаруживая другие радиоисточники. Быстрое развитие радара во время Второй мировой войны создало технологию, которая была применена в радиоастрономии после войны, и радиоастрономия стала отраслью астрономии, а университеты и исследовательские институты строили большие радиотелескопы. [4]

Типы [ править ]

Радиотелескоп Ути , дипольная решетка 326,5 МГц в Ути , Индия

Диапазон частот электромагнитного спектра , составляющего радиоспектр, очень велик. Как следствие, типы антенн, которые используются в качестве радиотелескопов, сильно различаются по конструкции, размеру и конфигурации. На длинах волн от 30 до 3 метров (10–100 МГц) они обычно представляют собой либо направленные антенные решетки, подобные «телевизионным антеннам», либо большие стационарные отражатели с подвижными фокусными точками. Поскольку длины волн наблюдаются с этими типами антенн так долго, как «отражатель» поверхности могут быть сконструированы из грубой проволоки сетка , таких как куриная проволока . [5] [6] На более коротких волнах параболические "тарелочные" антенныпреобладают. Угловое разрешение из параболической антенны определяется отношением диаметра тарелки к длине волны радиоволн наблюдается. Это диктует размер антенны, необходимый радиотелескопу для полезного разрешения. Радиотелескопы, работающие на длинах волн от 3 метров до 30 см (от 100 МГц до 1 ГГц), обычно имеют диаметр более 100 метров. Телескопы, работающие на длинах волн короче 30 см (выше 1 ГГц), имеют размеры от 3 до 90 метров в диаметре. [ необходима цитата ]

Частоты [ править ]

Все более широкое использование радиочастот для связи делает астрономические наблюдения все более трудными (см. Открытый спектр ). Переговоры в защиту распределения частот для частей спектра, наиболее полезных для наблюдения за Вселенной, координируются Научным комитетом по распределению частот для радиоастрономии и космической науки.

График коэффициента пропускания (или непрозрачности) атмосферы Земли для различных длин волн электромагнитного излучения .

Некоторые из наиболее известных диапазонов частот, используемых радиотелескопами, включают:

  • Каждая частота в Тихой зоне Национального радио США
  • Канал 37 : от 608 до 614 МГц
  • « Линия водорода », также известная как «линия 21 сантиметр»: 1420,40575177 МГц, используемая многими радиотелескопами, включая Большое Ухо при открытии Wow! сигнал
  • 1406 МГц и 430 МГц [7]
  • Уотерхол : 1420 до 1666 МГц
  • Аресибо было несколько приемников , которые вместе охватывают весь спектр 1-10 ГГц.
  • Вилкинсон микроволновой анизотропии зонда отображается в космическое микроволновое фоновое излучение в 5 различных полосах частот, сосредоточены на 23 ГГц, 33 ГГц, 41 ГГц, 61 ГГц и 94 ГГц.

Большие блюда [ править ]

Сравнение радиотелескопов Аресибо (вверху), FAST (в центре) и РАТАН-600 (внизу) в одном масштабе

Самый большой в мире радиотелескоп с заполненной апертурой (то есть с полной тарелкой) - это сферический телескоп с пятисотметровой апертурой (FAST), построенный в 2016 году Китаем . [8] Тарелка диаметром 500 метров (1600 футов) и площадью, равной 30 футбольным полям, встроена в естественную карстовую впадину в ландшафте провинции Гуйчжоу и не может двигаться; антенны подачинаходится в кабине, подвешенной над тарелкой на тросах. Активная тарелка состоит из 4450 подвижных панелей, управляемых компьютером. Изменяя форму антенны и перемещая кабину кормления на кабелях, телескоп можно направить в любую область неба под углом до 40 ° от зенита. Несмотря на то, что антенна имеет диаметр 500 метров, только круглая область на 300 метров на тарелке освещается фидерной антенной в любой момент времени, поэтому фактическая эффективная апертура составляет 300 метров. Строительство было начато в 2007 году и завершено в июле 2016 года [9], а телескоп был введен в эксплуатацию 25 сентября 2016 года. [10]

Вторым по величине телескопом с заполненной апертурой в мире был радиотелескоп Аресибо, расположенный в Аресибо, Пуэрто-Рико , хотя он потерпел катастрофическое коллапс 1 декабря 2020 года. Аресибо был единственным в мире радиотелескопом, способным также получать активные радиолокационные изображения объектов, сближающихся с Землей; все остальные телескопы предназначены только для пассивного обнаружения. Другой стационарный телескоп-тарелка, такой как FAST, антенна которого 305 м (1001 фут) встроена в естественную впадину в ландшафте, антенна может поворачиваться в пределах угла около 20 ° от зенита за счет перемещения подвешенной фидерной антенны с использованием 270- метровая часть тарелки для любого индивидуального наблюдения.

Самый большой индивидуальный радиотелескоп любого типа - это РАТАН-600, расположенный недалеко от Нижнего Архиза , Россия , который состоит из 576-метрового круга прямоугольных радиоотражателей, каждый из которых может быть направлен в сторону центрального конического приемника.

Вышеупомянутые стационарные тарелки не являются полностью «управляемыми»; они могут быть нацелены только на точки в области неба около зенита и не могут принимать сигналы от источников вблизи горизонта. Самый большой полностью управляемый радиотелескоп-тарелка - 100-метровый телескоп Грин-Бэнк в Западной Вирджинии , США, построенный в 2000 году. Самый большой полностью управляемый радиотелескоп в Европе - 100-метровый радиотелескоп Эффельсберга недалеко от Бонна , Германия, управляемый компанией Max. Институт радиоастрономии им. Планка , который также был крупнейшим в мире полностью управляемым телескопом в течение 30 лет, пока не была построена антенна Грин-Бэнк. [11]Третий по величине полностью управляемый радиотелескоп - 76-метровый телескоп Ловелла в обсерватории Джодрелл-Бэнк в Чешире , Англия, построенный в 1957 году. Четвертый по величине полностью управляемый радиотелескоп - это шесть 70-метровых антенн: три российских RT-70 и три в Сети дальнего космоса НАСА . Планируемый радиотелескоп Qitai диаметром 110 м (360 футов), как ожидается, станет крупнейшим в мире полностью управляемым радиотелескопом с одной тарелкой, когда будет завершен в 2023 году.

Более типичный радиотелескоп имеет одну антенну диаметром около 25 метров. Десятки радиотелескопов примерно такого размера работают в радиообсерваториях по всему миру.

Галерея больших блюд [ править ]

  • 500-метровый пятисотметровый сферический телескоп с апертурой (FAST), строящийся, Китай (2016 г.)

  • 100-метровый телескоп Грин-Бэнк , Грин-Бэнк, Западная Вирджиния, США, самая большая полностью управляемая тарелка радиотелескопа (2002 г.)

  • 100-метровый Effelsberg , Бад-Мюнстерайфель, Германия (1971 г.)

  • 76 метр Ловелл , Jodrell Bank Observatory, Англия (1957)

  • 70-метровая антенна DSS 14 "Марс" в комплексе связи Goldstone Deep Space , пустыня Мохаве, Калифорния, США (1958)

  • 70-метровый Евпаторийский РТ-70 , Крым, первый из трех РТ-70 в бывшем Советском Союзе, (1978)

  • 70-метровая Галенки РТ-70 , Галенки, Россия, вторая из трех РТ-70 в бывшем Советском Союзе (1984 г.)

Радиотелескопы в космосе [ править ]

С 1965 года люди запустили три космических радиотелескопа. В 1965 году Советский Союз отправил первую машину под названием Zond 3 . В 1997 году Япония отправила второй, HALCA . Последний был отправлен Россией в 2011 году под названием « Спектр-Р» .

Радиоинтерферометрия [ править ]

Основная статья: Астрономический интерферометр
Смотрите также: Радиоастрономия § Радиоинтерферометрия
Very Large Array в Сокорро, Нью - Мексико, Интерферометрическое массив сформирован из 27 параболических посудомоечных телескопов.

Одно из наиболее заметных достижений произошло в 1946 году с введением метода, называемого астрономической интерферометрией , который означает объединение сигналов от нескольких антенн таким образом, чтобы они имитировали антенну большего размера для достижения большего разрешения. Астрономические радиоинтерферометры обычно состоят из массивов параболических тарелок (например, One-Mile Telescope ), массивов одномерных антенн (например, синтезирующего телескопа обсерватории Молонгло ) или двумерных массивов всенаправленных диполей (например, Pulsar Тони Хьюиша). Массив ). Все телескопы в массиве широко расставлены и обычно связаны с использованием коаксиального кабеля ,волновод , оптическое волокно или другой тип линии передачи . Недавние достижения в стабильности электронных генераторов теперь также позволяют проводить интерферометрию путем независимой записи сигналов на различных антеннах, а затем последующей корреляции записей на каком-то центральном обрабатывающем устройстве. Этот процесс известен как интерферометрия с очень длинной базой (РСДБ) . Интерферометрия действительно увеличивает общий собираемый сигнал, но ее основная цель - значительно повысить разрешение с помощью процесса, называемого синтезом апертуры . Этот метод работает путем наложения ( интерференции ) сигнальных волн от разных телескопов по принципу:волны, которые совпадают с одной и той же фазой, будут складываться друг с другом, в то время как две волны с противоположными фазами будут нейтрализовать друг друга. Это создает комбинированный телескоп, который по разрешению (но не по чувствительности) эквивалентен одиночной антенне, диаметр которой равен разносу антенн, наиболее удаленных друг от друга в решетке.

Атакама Большого миллиметровый массива в пустыне Атакамы , состоящей из 66 12- ти метров (39 футов), и 7-м (23 футов) диаметра радиотелескопы предназначен для работы на субмиллиметровых длинах волн

Для получения качественного изображения требуется большое количество различных расстояний между телескопами. Спроектированное расстояние между любыми двумя телескопами со стороны радиоисточника называется базовой линией. Например, очень большая матрица (VLA) возле Сокорро, штат Нью-Мексико, имеет 27 телескопов с 351 независимой базой одновременно, что обеспечивает разрешение 0,2 угловых секунды на длинах волн 3 см. [12] Мартин Райл «s группа в Кембридже получила Нобелевскую премию по интерферометрии и апертурного синтеза. [13] В зеркало Ллойда интерферометр был также разработан независимо друг от друга в 1946 году Джозеф Pawsey группы «ы наСиднейский университет . [14] В начале 1950-х годов Кембриджский интерферометр нанес на карту радионебо, чтобы произвести знаменитые 2C и 3C обзоры радиоисточников. Примером большого массива физически связанных радиотелескопов является Giant Metrewave Radio Telescope , расположенный в Пуне , Индия . Самый большой массив, низкочастотный массив(LOFAR), завершенный в 2012 году, расположен в Западной Европе и состоит из около 81 000 малых антенн на 48 станциях, расположенных на территории в несколько сотен километров в диаметре, и работает в диапазоне длин волн от 1,25 до 30 м. РСДБ-системы, использующие пост-наблюдательную обработку, были созданы с антеннами, расположенными на расстоянии тысяч миль. Радиоинтерферометры также использовались для получения подробных изображений анизотропии и поляризации космического микроволнового фона , как, например, интерферометр CBI в 2004 году.

Самый большой в мире телескоп с физическим подключением, Square Kilometer Array (SKA), планируется запустить в 2025 году.

Астрономические наблюдения [ править ]

Основная статья: Радиоастрономия

Многие астрономические объекты не наблюдается только в видимом свете , но также испускают излучение в радиодиапазоне . Помимо наблюдения за энергетическими объектами, такими как пульсары и квазары , радиотелескопы могут «отображать» большинство астрономических объектов, таких как галактики , туманности и даже радиоизлучение планет . [15] [16]

См. Также [ править ]

  • Синтез апертуры
  • Astropulse - распределенные вычисления для поиска лент с данными о первичных черных дырах, пульсарах и ETI
  • Список астрономических обсерваторий
  • Список радиотелескопов
  • Список типов телескопов
  • Поиск внеземного разума
  • Телескоп
  • Радиолокационный телескоп

Ссылки [ править ]

  1. ^ Марр, Джонатан М .; Snell, Ronald L .; Курц, Стэнли Э. (2015). Основы радиоастрономии: методы наблюдений . CRC Press. С. 21–24. ISBN 978-1498770194.
  2. ^ Британника Краткая энциклопедия . Энциклопедия Britannica, Inc., 2008. стр. 1583. ISBN 978-1593394929.
  3. ^ Verschuur, Геррит (2007). Невидимая Вселенная: История радиоастрономии (2-е изд.). Springer Science & Business Media. С. 8–10. ISBN 978-0387683607.
  4. ^ Sullivan, WT (1984). Ранние годы радиоастрономии . Издательство Кембриджского университета. ISBN 0-521-25485-X 
  5. ^ Лей, Вилли; Menzel, Donald H .; Ричардсон, Роберт С. (июнь 1965 г.). «Обсерватория на Луне» . Довожу до вашего сведения. Научная фантастика Галактики . С. 132–150.
  6. ^ CSIRO. «Блюдо исполняется 45 лет» . Организация Содружества научных и промышленных исследований . Архивировано из оригинального 24 августа 2008 года . Проверено 16 октября 2008 года .
  7. ^ «Микроструктура» . Jb.man.ac.uk . 1996-02-05 . Проверено 24 февраля 2016 .
  8. ^ «Эксклюзив для Китая: Китай начинает строительство крупнейшего в мире радиотелескопа» . English.peopledaily.com.cn . 2008-12-26 . Проверено 24 февраля 2016 .
  9. ^ "Китай заканчивает строительство крупнейшего в мире радиотелескопа" . 2016-07-06 . Проверено 6 июля 2016 .
  10. ↑ Вонг, Джиллиан (25 сентября 2016 г.), Китай начинает работу крупнейшего в мире радиотелескопа , ABC News
  11. ^ Ридпат, Ян (2012). Словарь по астрономии . ОУП Оксфорд. п. 139. ISBN 978-0-19-960905-5.
  12. ^ "Микроволновое зондирование невидимого" . Архивировано из оригинального 31 августа 2007 года . Проверено 13 июня 2007 года .
  13. ^ Природа vol.158, стр. 339, 1946 г.
  14. ^ Природа vol.157, с.158, 1946
  15. ^ "Что такое радиоастрономия?" . Общедоступный веб-сайт .
  16. ^ "Что такое радиотелескопы?" .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Рольфс, К., и Уилсон, Т.Л. (2004). Инструменты радиоастрономии. Библиотека астрономии и астрофизики. Берлин: Springer.
  • Азимов И. (1979). Книга фактов Исаака Азимова; Наблюдатели за небом . Нью-Йорк: Гроссет и Данлэп. С. 390–399. ISBN 0-8038-9347-7