Радиотелескоп

Very Large Array (VLA). "Сверхбольшой массив" - радиотелескоп-интерферометр, Нью-Мексико, США.
Радиотелескоп Аресибо ( англ. Arecibo radio telescope ). Крупнейший в мире (305 м) одноапертурний радиотелескоп, Пуэрто-Рико.

Радиотелескоп - астрофизический прибор для приема собственного электромагнитного излучения космических объектов в диапазоне несущих частот от десятков МГц до десятков ГГц и исследование его характеристик: координат источников, пространственной структуры, интенсивности излучения, спектра и поляризации.

Антенны некоторых радиотелескопов похожи на обычные рефлекторы. Они собирают радиоволны в фокусе металлического вогнутого зеркала, которое можно сделать решетчатым и огромных размеров - диаметром в десятки метров. Другие радиотелескопы - это огромные движущиеся рамы, на которых параллельно друг другу закреплены металлические стержни или спирали. Радиоволны, поступающие возбуждают в них электромагнитные колебания, которые после усиления попадают на очень чувствительную приемную радиоаппаратуру для регистрации радиоизлучения объекта.

Радиотелескоп занимает исходное положение (найнизькочастотнише) среди астрономических приборов (или комплексов), исследующие электромагнитное излучение. К радиотелескопов относятся также гравитационные телескопы. Более высокочастотные приборы:

  • Инфракрасный телескоп (диапазон теплового ( инфракрасного) излучения);
  • Телескоп - ( оптический диапазон (иногда включая инфракрасный и (или) ультрафиолетовый световой диапазон)
  • Рентгеновский телескоп ( рентгеновский диапазон).

1. Устройство и принцип действия

Радиотелескоп состоит из антенной системы и радиоприемного устройства - радиометра. Конструкции антенн отличаются большим разнообразием, что обусловлено очень широким диапазоном длин волн, используемых в радиоастрономии (от 0,1 мм до 1 000 м). Для направления антенн в область неба, которая исследуется, их устанавливают обычно на азимутальных монтаже, обеспечивающих повороты по азимуту и высоте (полноповоротные антенны). Существуют также антенны, допускающие лишь ограниченные повороты, и даже полностью неподвижны. Направление приема в антеннах последнего типа (обычно очень большого размера) достигается путем перемещения облучателя, воспринимающего отраженный от антенны радиоизлучение.

Для наблюдения на коротких волнах распространены зеркальные параболические антенны, установленные на поворотных устройствах, служащих для наведения радиотелескопов на источник радиоизлучения; по принципу действия такие радиотелескопы аналогичные оптическим телескоп-рефрактор. Часто используются комбинации ряда зеркальных антенн, соединенных кабельными линиями в единую систему - "играть". Для наблюдения на длинных волнах используются решетки из большого числа элементарных излучателей - диполь.

Радиотелескоп должен обладать высокой чувствительностью, что обеспечивает надежную регистрацию возможно более слабой плотности потока радиоизлучения, гарноою разрешением, что позволяет наблюдать меньшие пространственные детали исследуемых объектов. Минимальная плотность потока ΔР, регистрируемого определяется соотношением:

ΔP = P / (S √ Δft)

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

Для улучшения чувствительности радиотелескопов увеличивают их собрании поверхность и применяют малошумящие приемные устройства на основе мазеров, параметрических усилителей и т.д.. Разрешение q радиотелескопа (в радианах):

q> I / D

где I - длина волны, D - линейный размер апертуры антенны.

Крупнейшие зеркальные антенны (диаметром до 100 м на сантиметровых волнах) обладают разрешением около 1 угловой секунды, что зпивставно с возможностями невооруженного глаза. Трудности создания радиотелескопов больших размеров со сплошным зеркалом вынуждают широко использовать решетки, а для получения двумерного "изображение" - крещатые, кольцевые и другие антенны с незаполненной апертурой.


1.1. Апертурный синтез

Радикальным путем получения высокого разрешения в радиоастрономии является составление (синтез) антенного устройства большой апертуры с помощью нескольких сравнительно небольших антенн, в процессе наблюдений перемещаются относительно друг друга в соответствии с заданными движений большого антенного устройства изображается или фиктивного. Существующие радиотелескопы апертурного синтеза позволяют получать радиозображення с разрешением около 1 угловой секунды. При использовании в системе синтеза радиоинтерферометров с сверхбольшими базами можно ожидать разрешения при получении изображений объектов порядка 10 -2 -10 -4 угловых секунд. Радиотелескопы, состоящие из системы отдельных антенн, удаленных друг от друга (иногда на многие сотни км), с помощью которых проводят одновременно наблюдения космического радиоисточников, позволяют узнать о структуре радиоисточников и измерить его угловой размер, даже если он во много раз меньше угловую секунду.


2. История и развитие

Радиотелескоп Грота Ребера
Радиотелескоп УТР-2. Харьков
радиотелескоп РТ-70
П-400 возле поселка Заозерное
Радиотелескоп ТНА-400 у Симферополь

Радиоизлучения космического происхождения на волне 14,6 м впервые было зарегистрировано К. Янский ( США) в 1931 году с помощью антенны, предназначенной для исследования радиопомех от молний. После того, для его приема создали оборудование различных систем. Первый радиотелескоп построил Грот Ребер ( англ. Grote Reber ), Радиолюбитель с Уиттона ( Иллинойс, США) в 1937 году на заднем дворе своих родителей. Его аппарат имел параболическую форму антенны диаметром 9 м. С его помощью Грот наметил звездную карту в радиодиапазоне на которой выделялись центральные области Млечного пути и "яркие" объекты Лебедь A (Cyg A) и Кассиопея A (Cas A) [1]. Быстрое развитие радиотелескопии начался в 40-х годах. В Австралии в 1948 был построен первый радиоинтерферометра, а в 1953 - первый крестообразный радиотелескоп. Большой полноповоротный параболоид диаметром 76 м впервые был построен в Великобритании в 1957. Принцип получения изображения с высоким разрешением методом последовательного синтеза апертуры развивается с 1956 года в Кембридже. В 1967 в США и Канаде проведены первые наблюдения на интерферометре с независимым записью сигналов и сверхбольшими базами. До 1975 лучше точности полноповоротные параболоиды установлено радиоастрономических обсерваториях в Еффельсберзи, Пущин и Симизи, Китт-Пик.

Радиотелескоп с неподвижной сферической чашей сооружен в кратере вулкана в Аресибо, Пуэрто-Рико (диаметр 300 м, минимальная длина волны 10 см). Имеет очень большую собрании поверхность и используется как локатор для картографирования планет.

Крестообразные и кольцевые радиотелескопы функционируют в Молонгло, Австралия (крест из 2 сетчатых параболических цилиндров), Харькове (Т-образная антенна 1 800 x 900 м, состоит из 2 040 вибраторов, λ = 10-30 м), Пущино (крест из 2 цилиндров 1 000 x 1 000 м, λ = 2-10 м), Калгурре, Австралия (96 параболоидов диаметром 13 м, расположенных по кольцу диаметром 3 км). Крупнейшие радиотелескопы апертурного синтеза - в Кембридже, Великобритания (λ = 5 см) и Вестерборци, Нидерланды (λ = 6 см).

Представление о небесных телах и их системы чрезвычайно обогатились после того, как начали изучать их радиоизлучение.


3. Крупнейшие радиотелескопы мира

Расположение Тип антенны Размер Минимальная рабочая
длина волны
США США, Грин Бэнк (Англ.) Параболический сегмент с активной поверхностью 110 x 100 м 6 мм
Германия Германия, Еффельсберг
Max Planck Institut f?r Radioastronomie
Параболический рефлектор 100 м 7 мм
Великобритания Великобритания, Джодрелл Бэнк Параболический рефлектор 76 м 1,3 см
Украина Украина, Евпатория
РТ-70 (П-2500)
Параболический рефлектор 70 м 1 см
Россия Россия, Калязин
TNA 1500
Параболический рефлектор 64 м 1 см
Россия Россия, Медвежьи озера
TNA 1500
Параболический рефлектор 64 м 1 см
Австралия Австралия, Паркс
Parkes Observatory
Параболический рефлектор 64 м 7 мм
Япония Япония, Нобеяма
NRO
Параболический рефлектор 45 м 1 мм
Италия Италия, Медичина Параболический рефлектор 32 м 1,3 см
Россия Россия, Светлое Параболический рефлектор 32 м 5 мм
Украина Украина, Евпатория
П-400
Параболический рефлектор 32 м от 8 см
Украина Украина, Симферополь
ТНА-400
Параболический рефлектор 32 м от 40 см
Испания Испания, Гранада
IRAM
Параболический рефлектор 30 м 1 мм
Пуэрто-Рико Пуэрто-Рико, Аресибо Сферический рефлектор 300 м 10 см
Россия Россия, Зеленчуцька
РАТАН-600
Антенна переменного профиля 588 м 3 мм
Франция Франция, Нанси Дводзеркальний 2 х 40 м х 300 м 11 см
Россия Россия, Пущино
ОКР-1000
Крест из двух параболического цилиндров 2 х 1000 м х 40 м 2,5 м
Украина Украина, Харьков
УТР-2 www ( англ. Ukrainian TR-2 )
Система дипольных антенн, "Т" 1860 м х 50 м
900 м х 50 м
12 м
Индия Индия, Ути
Ooty Radio Telescope
Параболический цилиндр 500 м х 30 м 91 см
Италия Италия, Медичина
"Северный крест"
"Т" из двух параболических цилиндров 2 х 500 м х 30 м 70 см

См.. также


Примечания

  1. Торн, Кип. Черные дыры и складки времени - М.: Издательство физико-математической литературы, 2007. с. 323-325 (616) (Рус.) ISBN 9785-94052-144-4

Литература

  1. Есепкина Н. А., Корольков Д. В., Парийский Ю. Н.. Радиотелескопы и радиометры, М., 1973. (Рус.)
  2. Христиансен В., ХЕГБ И. Радиотелескопы, пер. с англ., М., 1972. (Рус.)
  3. Rohlfs, K., & Wilson, TL Tools of radio astronomy. Astronomy and astrophysics library. Berlin: Springer, 2004. (Англ.)
  4. Asimov, I. Isaac Asimov's Book of facts; Sky Watchers. New York: Grosset & Dunlap. Page 390 - 399. 1979. ISBN 0-8038-9347-7 (Англ.)