Радарная астрономия
Радарная астрономия — это метод наблюдения близлежащих астрономических объектов путем отражения радиоволн или микроволн от целевых объектов и анализа их отражений. Радиоастрономия отличается от радиоастрономии тем, что последняя представляет собой пассивное наблюдение (т. е. только прием), а первая - активное (передача и прием). Радиолокационные системы использовались в течение шести десятилетий и применялись к широкому спектру исследований Солнечной системы . Передача радара может быть импульсной или непрерывной.Сила радара отраженного сигнала пропорциональна обратной четвертой степени расстояния . Модернизированное оборудование, увеличенная мощность приемопередатчиков и усовершенствованная аппаратура увеличили возможности наблюдений.
Радиолокационные методы предоставляют информацию, недоступную другими способами, например, проверку общей теории относительности путем наблюдения за Меркурием. [1] и предоставление уточненного значения астрономической единицы . [2] Радиолокационные изображения предоставляют информацию о форме и свойствах поверхности твердых тел, которую невозможно получить другими наземными методами.
Опираясь на мощные наземные радары (до одного мегаватта ), [3] радиолокационная астрономия способна предоставить чрезвычайно точную астрометрическую информацию о структуре, составе и движении объектов Солнечной системы. [4] Это помогает формировать долгосрочные прогнозы столкновений астероидов с Землей , как показано на примере объекта 99942 Апофис . В частности, оптические наблюдения измеряют место появления объекта на небе, но не могут измерить расстояние с большой точностью (полагаться на параллакс становится сложнее, когда объекты малы или плохо освещены). Радар же напрямую измеряет расстояние до объекта (и скорость его изменения). Сочетание оптических и радиолокационных наблюдений обычно позволяет прогнозировать орбиты на десятилетия, а иногда и на столетия вперед.
В августе 2020 года в обсерватории Аресибо ( планетарный радар Аресибо ) произошел сбой в конструкции кабеля, что привело к обрушению главного телескопа в декабре того же года. [5]
Остался один регулярно используемый объект радиолокационной астрономии — радар Солнечной системы Голдстоуна .
Преимущества
[ редактировать ]- Управление атрибутами сигнала (т. е. временной/частотной модуляцией и поляризацией сигнала)
- Разрешить объекты пространственно.
- Точность измерения задержки-допплера.
- Оптически непрозрачное проникновение.
- Чувствителен к высоким концентрациям металла или льда.
Недостатки
[ редактировать ]Максимальный диапазон астрономических наблюдений с помощью радара очень ограничен и ограничивается Солнечной системой . Это связано с тем, что мощность сигнала очень резко падает с расстоянием до цели, небольшой долей падающего потока, отражаемой целью, и ограниченной мощностью передатчиков. [6] Расстояние, на котором радар может обнаружить объект, пропорционально квадратному корню из размера объекта из-за зависимости силы эха от одного расстояния до четвертой. Радар может обнаружить что-то около 1 км на расстоянии значительной части астрономической единицы, но на расстоянии 8-10 а.е., расстоянии до Сатурна, нам нужны цели шириной не менее сотен километров. Также необходимо иметь относительно хорошие эфемериды цели перед ее наблюдением.
История
[ редактировать ]Луна находится сравнительно близко и была обнаружена радаром вскоре после изобретения этой техники в 1946 году. [7] [8] Измерения включали шероховатость поверхности, а затем картографирование затененных областей вблизи полюсов.
Следующая по легкости цель — Венера . Это была цель, имеющая большую научную ценность, поскольку она могла обеспечить однозначный способ измерения размера астрономической единицы , которая была необходима для зарождающегося поля межпланетных космических кораблей. Кроме того, такое техническое мастерство имело большое значение для связей с общественностью и было отличной демонстрацией для финансирующих агентств. Таким образом, существовало значительное давление с целью выжать научный результат из слабых и зашумленных данных, что достигалось путем тщательной постобработки результатов с использованием ожидаемого значения, чтобы указать, где искать. Это привело к ранним заявлениям (Лаборатории Линкольна, Банка Джодрелла и Владимира Котельникова из СССР), которые, как теперь известно, неверны. Все это соответствовало друг другу и общепринятой на тот момент стоимости AU 149 467 000 км . [2]
Первое однозначное обнаружение Венеры было сделано Лабораторией реактивного движения 10 марта 1961 года. Лаборатория реактивного движения установила контакт с планетой Венера с помощью планетарной радиолокационной системы с 10 марта по 10 мая 1961 года. Используя данные как о скорости, так и о дальности, новое значение - 149. 598 500 ± 500 км определено Для астрономической единицы . [9] [10] Как только правильное значение стало известно, другие группы обнаружили в своих архивных данных отголоски, согласующиеся с этими результатами. [2]
Солнце обнаруживалось несколько раз, начиная с 1959 года. Частоты обычно составляют от 25 до 38 МГц, что намного ниже, чем для межпланетных работ. Были обнаружены отражения как от фотосферы, так и от короны. [11]
Ниже приводится список планетарных тел, которые наблюдались с помощью этого метода:
- Меркурий — улучшенное значение наблюдаемого расстояния от Земли ( тест GR ). Период вращения, либрация , картирование поверхности, особенно. полярных регионов.
- Венера - первое радиолокационное обнаружение в 1961 году. Период вращения, общие свойства поверхности. Миссия «Магеллан» нанесла на карту всю планету с помощью радиовысотомера .
- Земля — многочисленные радары бортовых и космических аппаратов нанесли на карту всю планету для различных целей. Одним из примеров является миссия по радиолокационной топографии «Шаттл» , которая нанесла на карту большие части поверхности Земли с разрешением 30 метров.
- Марс — Картирование шероховатости поверхности из обсерватории Аресибо . Миссия Mars Express оснащена георадаром.
- Система Юпитер - Галилеевы спутники
- Сатурна Система — Кольца и Титан из обсерватории Аресибо , картирование поверхности Титана и наблюдения за другими спутниками с космического корабля Кассини .
Астероиды и кометы
[ редактировать ]Радар дает возможность изучать с Земли форму, размер и состояние вращения астероидов и комет. Радиолокационная съемка позволила получить изображения с разрешением до 7,5 метров. При наличии достаточных данных можно определить размер, форму, вращение и радиолокационное альбедо целевых астероидов.
Радарами изучено всего 19 комет. [12] включая 73P/Schwassmann-Wachmann . По состоянию на начало 2016 года были проведены радиолокационные наблюдения 612 астероидов, сближающихся с Землей , и 138 астероидов Главного пояса . [12] К 2018 году это число выросло до 138 астероидов Главного пояса, 789 околоземных астероидов, а также на тот момент наблюдалось 20 комет. [12]
Многие тела наблюдаются во время их близкого пролета от Земли.
Во время работы обсерватория Аресибо предоставляла информацию об угрожающих Земле воздействиях комет и астероидов, что позволяло делать прогнозы о столкновениях и возможных столкновениях на десятилетия вперед, например, для Апофиса и других тел. [5] Будучи меньшим по размерам, радар Солнечной системы Голдстоуна менее чувствителен и не может обеспечить такую же прогностическую способность.
Телескопы
[ редактировать ]- Обсерватория Аресибо
- Голдстоунский комплекс дальней космической связи
- РТ-70
- Плутон
- Сеть дальнего космоса [13]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Андерсон, Джон Д.; Слэйд, Мартин А.; Юргенс, Раймонд Ф.; Лау, Юнис Л.; Ньюхолл, XX; Майлз, Э. (июль 1990 г.). Радар и космический корабль, достигший Меркурия в период с 1966 по 1988 год . МАС, Азиатско-Тихоокеанское региональное астрономическое совещание, 5-е, Труды. Труды Астрономического общества Австралии (16–20 июля 1990 г.). Том. 9, нет. 2. Сидней, Австралия: Астрономическое общество Австралии. п. 324. Бибкод : 1991PASAu...9..324A . ISSN 0066-9997 .
- ^ Jump up to: а б с Бутрика, Эндрю Дж. (1996). «Глава 2: Непостоянная Венера» . НАСА SP-4218: Увидеть невидимое — история планетарной радиолокационной астрономии . НАСА. Архивировано из оригинала 23 августа 2007 г. Проверено 15 мая 2008 г.
- ^ «Статус радара Аресибо» . Проверено 22 декабря 2012 г.
- ^ Остро, Стивен (1997). «Страница радиолокационных исследований астероидов» . Лаборатория реактивного движения . Проверено 22 декабря 2012 г.
- ^ Jump up to: а б «Гигантский радиотелескоп Аресибо рухнул в Пуэрто-Рико» . www.theguardian.com . декабрь 2020 года . Проверено 5 марта 2021 г.
- ^ Привет, Дж.С. (1973). Эволюция радиоастрономии . Серия «Истории науки». Том. 1. Пауль Элек (Научные книги).
- ^ Мофенсен, Джек (апрель 1946 г.). «Радарное эхо от Луны» . Электроника . 19 : 92–98. Архивировано из оригинала 29 октября 2008 г.
- ^ Бэй, Золтан (январь 1947 г.). «Отражение микроволн от Луны» (PDF) . Венгерка Acta Physica . 1 (1): 1–22. дои : 10.1007/BF03161123 .
- ^ Маллинг, ЛР; Голомб, SW (октябрь 1961 г.). «Радиолокационные измерения планеты Венера» (PDF) . Журнал Британского института радиоинженеров . 22 (4): 297–300. дои : 10.1049/jbire.1961.0121 . [ мертвая ссылка ]
- ^ Мулеман, Дуэйн О.; Холдридж, Д.Б.; Блок, Н. (май 1962 г.). «Астрономическая единица, определяемая по радиолокационным отражениям от Венеры» . Астрономический журнал . 67 (4): 191–203. Бибкод : 1962AJ.....67..191M . дои : 10.1086/108693 . Дальнейший анализ дает уточненную цифру 149 598 845 ± 250 км .
- ^ Олсон, Джон Э. (август 1967 г.). «РАДАРНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОЛНЕЧНОЙ КОРОНЫ» (PDF) . Сервер технических отчетов НАСА .
- ^ Jump up to: а б с «Астероиды и кометы, обнаруженные радаром» . Радиолокационное исследование астероидов НАСА/Лаборатории реактивного движения . Проверено 25 апреля 2016 г.
- ^ Латифиян, Пуя (апрель 2021 г.). «Космическая связь, как?». Снимать . 1 . Тегеран : Технологический колледж гражданской авиации : 15, 16.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Как радиотелескопы получают изображения астероидов. Архивировано 25 января 2012 г. в Wayback Machine.
- «Планетарный радар в обсерватории Аресибо» . НАИК. Архивировано из оригинала 14 мая 2008 г. Проверено 15 мая 2008 г.
- «Радар Солнечной системы Голдстоуна» . Лаборатория реактивного движения. Архивировано из оригинала 21 октября 2010 г. Проверено 28 сентября 2010 г.
- Доктор Стивен Дж. Остро и доктор Лэнс А. М. Беннер (2007). «Лаборатория реактивного движения по радиолокационным исследованиям астероидов» . Калтех . Проверено 15 мая 2008 г.
- «Радиолокационная астрономия и космическая радиотехника» . Проверено 15 мая 2008 г.
- Доктор Жан-Люк Марго . «Введение в радиолокационную астрономию астероидов» . Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе . Проверено 2 августа 2013 г.
- ДВОЙНЫЕ И ТРОЙНЫЕ околоземные астероиды обнаружены с помощью радара
