Радиотелескоп

64-метровый радиосвязь в обсерватории Parkes, как видно в 1969 году, когда он использовался для получения живого телевизионного видео от Apollo 11

Антенна UTR-2 низкочастотный радиотелескоп, Харкив регион , Украина . Состоит из массива 2040 -х дипольных элементов клетки.

Радиотелескоп антенна - это специализированная используемый и радиоприемник, для обнаружения радиоволн из астрономических радиоприемников в небе. 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 часть легкой волны спектра исходя из астрономических объектов. В отличие от оптических телескопов, радиотелескопы можно использовать как в дневное, так и ночью.

Поскольку источники астрономического радио, такие как планеты , звезды , небулы и галактики, очень далеко, радиоволны, исходящие от них, чрезвычайно слабы, поэтому радиосвязи требуют очень больших антенн для сбора достаточно энергии для их изучения и чрезвычайно чувствительного приемного оборудования. Радиотелескопы, как правило, представляют собой большие параболические («блюдо») антенны, похожие на те, которые используются для отслеживания и общения со спутниками и космическими зондами. Они могут использоваться индивидуально или связаны в электронном виде в массиве. Радиосербийные обсерватории преимущественно расположены далеко от основных центров популяции, чтобы избежать электромагнитных помех (EMI) от радио, телевидения , радара , 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 использованием антенны, построенной для изучения шума радиоприемника. Первым специально построенным радиосвязанным телескопом было 9-метровое параболическое блюдо, построенное радио-любителем Гроте Ребером на его заднем дворе в Уитоне, штат Иллинойс, в 1937 году. Обзор небо, который он провел, часто считается началом поля радиоастрономии.

Ранние радиотелескопы

Постоянная копия первого радиотелескопа, дипольной массивы Янского 1932 года, сохранилась в Обсерватории США в Зеленом банке в Грин-Банке, Западная Вирджиния.

Ребер , Уитон, Иллинойс, 1937 Радиотелескоп «Блюдо»

Первая радио -антенна, используемая для идентификации источника астрономического радио, была построена Карлом Гуте Янски , инженером из колокольчиков , в 1932 году. Янскому была назначена задача определения источников статики , которые могут мешать услуге Radiotelephone . Антенна Янского представляла собой массив диполей и отражателей, предназначенных для получения коротких волновых радиосигналов на частоте 20,5 МГц (длина волны около 14,6 метра). Он был установлен на поворотном столе, который позволил ему вращаться в любом направлении, заработав его название «Джанский каравир». Он имел диаметр приблизительно 100 футов (30 м) и высотой 20 футов (6 м). Вращая антенну, направление полученного мешающего радио -источника (статического) может быть установлено. Небольшой сарай в сторону антенны размещал аналоговую систему записи ручки и бумаги. После записи сигналов со всех сторон в течение нескольких месяцев Янски в конечном итоге классифицировал их на три типа статических: близлежащие грозы, отдаленные грозы и слабый устойчивый шипение выше Шум выстрела , неизвестного происхождения. Янский наконец определил, что «слабый шипение» повторились на цикле 23 часа и 56 минут. Этот период является длиной астрономического сидерического дня , время, когда он требует любого «фиксированного» объекта, расположенного на небесной сфере , чтобы вернуться в то же место в небе. Таким образом, Янски подозревал, что ГИП возник за пределами солнечной системы , и, сравнивая свои наблюдения с оптическими астрономическими картами, Яньский пришел к выводу, что радиация исходит из галактики Млечного пути и было самым сильным в направлении центра галактики, в Созвездие Стрельца ​ .

Радио -оператор -любитель, Гроте Ребер , был одним из пионеров того, что стало известно как радиоастрономия . Он построил первый параболический радиосвязь «Блюдо» диаметром 9 метров (30 футов) на его заднем дворе в Уитоне, штат Иллинойс, в 1937 году. Он повторил новаторскую работу Янского, идентифицируя Млечный путь как первый источник радио. И он продолжил провести первое обследование Sky на очень высоких радиочастотах, обнаружив другие радиоэлементы. Быстрое развитие радара во время Второй мировой войны создало технологии, которая была применена к радиоастрономии после войны, и радиоастрономия стала ветвью астрономии, когда университеты и исследовательские институты строили крупные радиотелесопы.

Типы

Радиотелескоп ути , дипольный массив 326,5 МГц в Оти , Индия

Диапазон частот в электромагнитном спектре , составляющий радиоспектр, очень большой. Как следствие, типы антенн, которые используются в качестве радиотелескопов, широко различаются по дизайну, размеру и конфигурации. На длине волн от 30 метров до 3 метров (10–100 МГц) они, как правило, являются либо направленными антеннами, похожими на «телевизионные антенны» или крупные стационарные отражатели с подвижными фокусными точками. Поскольку длины волн наблюдаются с этими типами антенн, настолько длинные, поверхности «отражателя» могут быть построены из грубой проволочной сетки, такой как куриная проволока . На более коротких длинах волн преобладают параболические «блюдо» антенны . Угловое разрешение антенны посуды определяется соотношением диаметра блюда к длине волны наблюдаемых радиоволн. Это диктует размер блюда, который необходим радиотелескоп для полезного разрешения. Радиотелескопы, которые работают на длине волн от 3 метров до 30 см (от 100 МГц до 1 ГГц), обычно имеют диаметр более 100 метров. Телескопы, работающие на длине волны, меньше 30 см (выше 1 ГГц), размер диаметром от 3 до 90 метров.

Частоты

Растущее использование радиочастот для связи делает астрономические наблюдения все более и более сложными (см. Open Spectrum ). Переговоры по защите частоты распределения по частям спектра, наиболее полезные для наблюдения за вселенной, координируются в научном комитете по распределению частот для радиоастрономии и космической науки.

Земли График атмосферного пропускания (или непрозрачности) к различным длинам волн электромагнитного излучения .

Некоторые из наиболее заметных частотных полос, используемых радиотелескопами, включают в себя:

• Каждая частота в Национальной зоне национальной радиоприемники США
• Канал 37 : 608 до 614 МГц
• « Линия водорода », также известная как «21 сантиметраная линия»: 1420,40575177 МГц, используемая многими радиотелескопами, включая «Большое ухо» в его открытии WOW ! сигнал
• 1406 МГц и 430 МГц
• Водяная дыра : от 1420 до 1666 МГц
• В обсерватории Arecibo было несколько приемников, которые вместе покрывали весь диапазон 1–10 ГГц.
• отобразил Микроволновый анизотропический зонд Уилкинсона космическое микроволновое фоновое излучение в 5 различных полосах частот, центрированных на 23 ГГц, 33 ГГц, 41 ГГц, 61 ГГц и 94 ГГц.

Большие блюда

Сравнение Arecibo (вверху), быстрого (среднего) и Ratan-600 (внизу) в том же масштабе радиотелескопов

Крупнейшим в мире радиотелескоп заполненной апертурой (т. Е. Полное блюдо) является сферический телескоп апертуры пятьсот метров (Fast), завершенный в 2016 году Китаем . Блюдо 500-метрового диаметром (1600 футов) с площадью 30 футбольных полей встроено в естественную карстовую депрессию в ландшафте в провинции Гуйчжоу и не может двигаться; Антенна подачи находится в кабине, подвешенной над блюдом на кабелях. Активное блюдо состоит из 4450 подвижных панелей, управляемых компьютером. Изменяя форму блюда и перемещая кабину с кормлением на его кабелях, телескоп может быть направлен на то, чтобы указывать на любую область неба до 40 ° от зенита. Несмотря на то, что блюдо составляет 500 метров в диаметре, только 300-метровая круговая площадь на блюде освещается антенной подачи в любой момент времени, поэтому фактическая эффективная апертура составляет 300 метров. Строительство было начато в 2007 году и завершено в июле 2016 года и телескоп стал введением в эксплуатацию 25 сентября 2016 года.

Вторым по величине телескопом в мире, наполненном заполненной апертурой, был радиотелескоп Arecibo, расположенный в Arecibo, Puerto Rico , хотя он получил катастрофический коллапс 1 декабря 2020 года. Arecibo был одним из немногих в мире радиотелескопа также способным к активному ( т.е. о ближайших объектах (см.: Астрономия радара ); Большинство других телескопов используют пассивное обнаружение, т. Е. Прием только. Arecibo был еще одним стационарным блюдным телескопом, таким как быстрый. Блюдо 305 м (1001 фута) было встроено в естественную депрессию в ландшафте, антенна была управляемой под углом около 20 ° зенита путем перемещения подвешенной антенны подачи , обеспечивая использование 270-метровой части блюдо для любого отдельного наблюдения.

Крупнейшим отдельным радиотелескопом любого рода является Ratan-600 , расположенный недалеко от Нижни Архиз , Россия , который состоит из 576-метрового круга прямоугольных радиоразжирателей, каждый из которых может быть направлен на центральный конический приемник.

Вышеупомянутые стационарные блюда не являются полностью «управляемыми»; Они могут быть направлены только на точки в области неба возле зенита , и не могут получить из источников около горизонта. Крупнейшим полностью управляемым радиотелескопом для блюд является 100-метровый телескоп зеленого банка в Западной Вирджинии , США, построенный в 2000 году. Крупнейшим полностью управляемым радиотелескопом в Европе является радиотелесоп Effelsberg 100-M недалеко от Бонна , Германия, управляемый максимумом . Институт радиоастрономии Планка , который также был крупнейшим в мире полностью управляемым телескопом в течение 30 лет, пока не была построена антенна Зеленого банка. Третий по величине полностью управляемый радиотелескоп-76-метровый телескоп Ловелла в обсерватории Jodrell Bank в Чешире , Англия, завершенный в 1957 году. Четвертый по величине полностью управляемые радиотелескопы-шесть 70-метровых блюд: три российских RT-70, и и и и 70-метровые блюда: три российских RT-70, и и и 70-метровые блюда: три российских RT-70 , а также Три в сети Deep Space NASA . Ожидается, что запланированный радиотелескоп Qitai , диаметром 110 м (360 футов), станет крупнейшим в мире полностью управляемым радиосвязи с одним диск.

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

Галерея больших блюд

• 
  на 500 метров Сферический телескоп апертуры (Fast), строительство, Китай (2016)
• 
  100 -метровый телескоп Green Bank , Green Bank, Западная Вирджиния, США, крупнейшее полностью управляемое радиосвязь (2002)
• 
  100 метров Эффелсберга , в Bad Münstereifel, Германия (1971)
• 
  76 -метровая обсерватория Lovell , Jodrell Bank, Англия (1957)
• 
  70 -метровый DSS 14 "Марс" Антенна в Goldstone Deep Space Communications Communications Communications , Mojave Desert, California, US (1958)
• 
  70-метровый Yevpatoria RT-70 , Крым, первый из трех RT-70 в бывшем Советском Союзе (1978)
• 
  70-метровый Galenki RT-70 , Галенки, Россия, вторая из трех RT-70 в бывшем Советском Союзе (1984)

Радиотелескопы в космосе

С 1965 года люди запустили три космических радиотелескопа. Первый, KRT-10, был прикреплен к орбитальной космической станции Salyut 6 в 1979 году. В 1997 году Япония отправила второй, Halca . Последний был отправлен Россией в 2011 году под названием Spektr-R .

Космические радиотелескопы

• 
  KRT-10 dish of a Salyut-6 on a stamp
• 
  Японское Halca блюдо
• 
  Собрано блюдо Spektr-R (слева)

Радиопроигрышная интерферометрия

Основная статья: астрономический интерферометр

См. Также: радиоастрономия § Радио -интерферометрия

в Очень большой массив Сокорро, штат Нью -Мексико, интерферометрический массив , сформированный из 27 параболических блюд телескопов.

Одно из наиболее заметных разработок произошло в 1946 году с внедрением методики, называемой астрономической интерферометрией , что означает объединение сигналов из множества антенн, чтобы они имитировали большую антенну, чтобы достичь большего разрешения. Астрономические радиопроизводители обычно состоят из массивов параболических блюд (например, телескоп в одну милю ), массивы одномерных антенн (например, синтез обсерватории Молонгло ) или двумерные аресты всенаправленных дипов (EG, Тони Весавиша пульсар Множество ). Все телескопы в массиве широко разделены и обычно подключены с использованием коаксиального кабеля , волновода , оптического волокна или другого типа линии передачи . Недавние достижения в области стабильности электронных осцилляторов также теперь позволяют выполнять интерферометрию путем независимой записи сигналов в различных антеннах, а затем корреляции записей на некотором центральном обработке. Этот процесс известен как Очень длинная базовая интерферометрия (VLBI) . Интерферометрия увеличивает общий собранной сигнал, но его основная цель - значительно увеличить разрешение с помощью процесса, называемого синтезом диафрагмы . Этот метод работает путем суперпозирования ( вмешательства ) сигнальных волн из разных телескопов по принципу, что волны, которые совпадают с одной и той же фазой , добавят друг к другу, в то время как две волны, которые имеют противоположные фазы, отменяют друг друга. Это создает комбинированный телескоп, который эквивалентен разрешению (хотя и не в чувствительности) к одной антенне, диаметр которой равен расстоянию антенн, наиболее дальнейших в массиве.

Большой миллиметровый массив в пустыне Атакама, состоящей из 66 12-метровых (39 футов) и 7-метровых (23 футов) радиосвязи, предназначенных для работы на длинах волн подмиллиметра

Высококачественное изображение требует большого количества различных разделений между телескопами. Прогнозируемое разделение между любыми двумя телескопами, как видно из источника радио, называется базовым уровнем. Например, очень большой массив (VLA) недалеко от Сокорро, штат Нью -Мексико, имеет 27 телескопов с 351 независимыми базовыми показателями одновременно, что достигает разрешения 0,2 секунды на 3 см. Длина волны. Группа Мартина Райла в Кембридже получила Нобелевскую премию за интерферометрию и синтез апертуры. также Зеркальный интерферометр Ллойда был разработан независимо в 1946 году группой Джозефа Пауси в Университете Сиднея . В начале 1950 -х годов Кембриджский интерферометр нанес на карту радиовое небо, чтобы произвести знаменитые 2C и 3C -опросы радио -источников. Примером большого физически связанного радиосвязи -массива является гигантский радиотелескоп Metrewave , расположенный в Пуне , Индия . Крупнейший массив, низкочастотный массив (LOFAR), завершенный в 2012 году, расположен в Западной Европе и состоит из около 81 000 небольших антенн на 48 станциях, распределенных по району в несколько сотен километров в диаметре и работает от 1,25 до 30 м. Полем Системы VLBI с использованием обработки после поддержки были построены с антеннами на тысячи миль друг от друга. Радио -интерферометры также использовались для получения подробных изображений анизотропий и поляризации космического микроволнового фона , таких как интерферометр CBI в 2004 году.

Крупнейший в мире физически связанный телескоп, квадратный массив километра (SKA), планируется начать операции в 2025 году.

Астрономические наблюдения

Основная статья: радиоастрономия

Многие астрономические объекты не только наблюдаются при видимом свете , но и излучают излучение на радиоволновых длинах . Помимо наблюдения за энергетическими объектами, такими как пульсары и квазары , радиосвязи способны «изображать» большинство астрономических объектов, таких как галактики , туманности и даже радиоэлементы с планетами .

Смотрите также

• Синтез диафрагмы
• Астропульса - распределенные вычисления для поиска данных данных для первичных черных отверстий, пульсаров и ETI
• Список астрономических обсерваторий
• Список радиотелескопов
• Список типов телескопов
• Поиск внеземного интеллекта
• Телескоп
• Радиолокационный телескоп

Дальнейшее чтение

• Rohlfs, K. & Wilson, TL (2004). Инструменты радиоастрономии. Библиотека астрономии и астрофизики. Берлин: Спрингер.
• Асимов, И. (1979). Книга фактов Исаака Асимова; Небесные наблюдатели . Нью -Йорк: Grosset & Dunlap. С. 390–399. ISBN   0-8038-9347-7