Antene nisu za komunikaciju: najveći svjetski radio teleskop. Čemu služe radio teleskopi?

→

Radio teleskop je vrsta teleskopa koji se koristi za proučavanje elektromagnetnog zračenja objekata. Omogućava proučavanje elektromagnetnog zračenja astronomskih objekata u opsegu frekvencija nosioca od desetina MHz do desetina GHz. Uz pomoć radioteleskopa naučnici mogu primiti sopstvenu radio emisiju objekta i na osnovu dobijenih podataka proučavati njegove karakteristike, kao što su koordinate izvora, prostorna struktura, intenzitet zračenja, kao i spektar i polarizacija.

Po prvi put je radio svemirsko zračenje 1931. godine otkrio Karl Jansky, američki radio inženjer. Proučavajući atmosferske radio smetnje, Jansky je otkrio konstantan radio šum. Tada naučnik nije mogao tačno da objasni njegovo poreklo i identifikovao je njegov izvor sa Mlečnim putem, odnosno sa njegovim centralnim delom, gde se nalazi centar galaksije. Tek početkom 1940-ih, Janskyjev rad je nastavljen i doprinio daljem razvoju radioastronomije.

Radio teleskop se sastoji od antenskog sistema, radiometra i opreme za snimanje. Radiometar je prijemni uređaj koji mjeri snagu zračenja niskog intenziteta u radiotalasnom opsegu (talasne dužine od 0,1 mm do 1000 m). Drugim riječima, radio teleskop zauzima najnižu frekvenciju u odnosu na druge instrumente koji proučavaju elektromagnetno zračenje (na primjer, infracrveni teleskop, rendgenski teleskop itd.).

Antena je uređaj za prikupljanje radio-emisije nebeskih objekata. Sonny karakteristike bilo koje antene su: osjetljivost (to jest, minimalni mogući signal za detekciju), kao i ugaona rezolucija (odnosno, sposobnost odvajanja zračenja od nekoliko radio izvora koji se nalaze blizu jedan drugom).

Vrlo je važno da radio teleskop ima visoku osjetljivost i dobru rezoluciju, jer upravo to omogućava promatranje manjih prostornih detalja objekata koji se proučavaju. Minimalna gustina protoka DP, koja se snima, određena je odnosom:
DP=P/(S\sqrt(Dft))
gdje je P intrinzična snaga šuma radioteleskopa, S efektivna površina antene, Df frekvencijski opseg koji se prima, t je vrijeme akumulacije signala.

Antene koje se koriste u radio teleskopima mogu se podijeliti u nekoliko glavnih tipova (klasifikacija se vrši ovisno o rasponu valnih duljina i namjeni):
Antene punog otvora: parabolične antene (koriste se za posmatranje na kratkim talasima; postavljene na rotacione uređaje), radio teleskop sa sfernim ogledalima (domet talasa do 3 cm, fiksna antena; kretanje u prostoru antenskog snopa se vrši zračenjem različitih delova ogledala ), Kraus radio teleskop (valna dužina 10 cm; stacionarno vertikalno postavljeno sferno ogledalo, na koje se zračenje izvora usmjerava pomoću ravnog ogledala postavljenog pod određenim uglom), periskopske antene (male u vertikalnom smjeru i velike u horizontalnom smjer);
Antene sa praznim otvorom(dvije vrste ovisno o načinu reprodukcije slike: sekvencijalna sinteza, sinteza otvora blende - vidi dolje). Najjednostavniji instrument ovog tipa je jednostavan radio interferometar (međusobno povezani sistem od dva radio teleskopa za istovremeno posmatranje radio izvora: ima veću rezoluciju, na primer: Aperture Synthesis Interferometer u Kembridžu, Engleska, talasna dužina 21 cm). Ostale vrste antena: ukrštene (Mills cross sa serijskom sintezom u Molongu, Australija, talasna dužina 73,5 cm), prstenaste (instrument tipa sekvencijalne sinteze u Kalgooru, Australija, talasna dužina 375 cm), složeni interferometar (interferometar sa sintezom otvora u Flersu, Australija, talasna dužina 21).

Najpreciznije u radu su parabolične antene pune rotacije. U slučaju njihove upotrebe, osjetljivost teleskopa se povećava zbog činjenice da se takva antena može usmjeriti na bilo koju tačku na nebu, akumulirajući signal iz radio izvora. Takav teleskop izdvaja signale kosmičkih izvora na pozadini raznih šuma. Ogledalo reflektuje radio talase, koji se fokusiraju i hvataju od strane iradijatora. Ozračivač je polutalasni dipol koji prima zračenje date talasne dužine. Glavni problem upotrebe radio-teleskopa sa paraboličnim ogledalima je taj što se ogledalo deformiše pod dejstvom gravitacije tokom rotacije. Zbog toga se u slučaju povećanja promjera iznad oko 150 m povećavaju odstupanja u mjerenjima. Međutim, postoje vrlo veliki radio teleskopi koji uspješno rade već dugi niz godina.

Ponekad se za uspješnija promatranja koristi nekoliko radioteleskopa, postavljenih na određenoj udaljenosti jedan od drugog. Takav sistem se naziva radio interferometar (vidi gore). Princip njegovog rada je mjerenje i snimanje oscilacija elektromagnetnog polja koje stvaraju pojedinačni zraci na površini ogledala ili druge tačke kroz koju prolazi isti snop. Nakon toga, zapisi se dodaju uzimajući u obzir fazni pomak.

Ako se antenski niz napravi ne kontinuirano, već razmaknuto na dovoljno velikoj udaljenosti, tada će se dobiti ogledalo velikog promjera. Takav sistem radi na principu "sinteze otvora blende". U ovom slučaju, rezolucija je određena razmakom između antena, a ne njihovim prečnikom. Dakle, ovaj sistem omogućava da se ne prave ogromne antene, već da se prođe sa najmanje tri, koje se nalaze u određenim intervalima. Jedan od najpoznatijih sistema ove vrste je VLA (Very Large Array). Ovaj niz se nalazi u američkoj državi Novi Meksiko. "Vrlo velika mreža" nastala je 1981. godine. Sistem se sastoji od 27 potpuno rotirajućih paraboličnih antena, koje su smještene duž dvije linije koje formiraju slovo “V”. Prečnik svake antene dostiže 25 metara. Svaka antena može zauzeti jednu od 72 pozicije, krećući se duž šina. VLA je osetljiva kao antena prečnika 136 kilometara i po ugaonoj rezoluciji nadmašuje najbolje optičke sisteme. Nije slučajno da je VLA korišten u potrazi za vodom na Merkuru, radio koronama oko zvijezda i drugim pojavama.

Po svom dizajnu, radio teleskopi su najčešće otvoreni. Iako se u nekim slučajevima, radi zaštite ogledala od vremenskih nepogoda (promene temperature i opterećenja vetrom), teleskop postavlja unutar kupole: čvrste (Highstack opservatorij, 37-m radio teleskop) ili sa kliznim prozorom (11-m). radio teleskop na Kitt Peak-u, SAD).

Trenutno, izgledi za korištenje radio-teleskopa leže u činjenici da oni omogućavaju uspostavljanje komunikacije između antena koje se nalaze u različitim zemljama, pa čak i na različitim kontinentima. Takvi sistemi se nazivaju radio interferometri vrlo duge baze (VLBI). Mreža od 18 teleskopa korištena je 2004. za praćenje Hajgensovog slijetanja na Saturnov mjesec Titan. U toku je projektovanje sistema ALMA koji se sastoji od 64 antene. Perspektiva za budućnost je lansiranje interferometarskih antena u svemir.

Savremeni radio teleskop je vrlo složen uređaj koji se sastoji uglavnom od sljedećih glavnih elemenata: antena, sistema za pomicanje antene u vertikalnim i horizontalnim ravnima, prijemnog uređaja, uređaja za pretprocesuiranje primljenog signala i uređaja za upravljanje antenom. . Planetarni radar, pored navedenih elemenata, ima i odašiljački i modulacioni uređaj, kao i sistem za sinhronizaciju.

Planetarni radari sa onemogućenim odašiljačima obično se koriste kao radio teleskopi za posmatranje radio emisija sa planeta i drugih nebeskih tijela. U tom slučaju radarski prijemnik ili prelazi iz uskopojasnog načina prijema u širokopojasni način prijema, ili je na teleskop instaliran poseban radioastronomski prijemnik - radiometar.

Razmotrimo glavne uređaje radio-teleskopa i planetarnih radara (slika 5).

Antene. Jedan od najsloženijih uređaja modernog radioteleskopa i planetarnog radara je antenski sistem. Antena prikuplja energiju radio emisije iz nebeskog izvora i prenosi je na prijemni uređaj. Što su veće linearne dimenzije antene, veća je količina radio energije koju antena prikuplja. Sa povećanjem linearnih dimenzija antene, njen dijagram zračenja se sužava, odnosno smanjuje se ugao unutar kojeg antena efektivno prima radio emisiju. Ovo povećava rezoluciju antene u smislu ugla i povećava njeno pojačanje. Stoga radioastronomi nastoje stvoriti antene najvećih mogućih veličina za proučavanje izvora radio-emisije malih ugaonih dimenzija.

Radioastronomske antene se po analogiji sa optičkim teleskopima mogu podijeliti u dvije grupe - radio reflektore (jednostruke antene) i radio refraktore (višeelementne antene). U radio reflektorima, fluks radio emisije se prikuplja i fokusira pomoću "ogledala" sistema. Fokusirani signal ulazi u ozračivač i prenosi se do prijemnog uređaja kroz fider putanju koja povezuje antenu sa prijemnim uređajem. U radio refraktorima, fluks radio emisije primaju odvojene antene, a zatim se zbrajaju u dovodnoj putanji.

Sljedeći tipovi reflektorskih antena se koriste u radioastronomiji: parabolične, sferne, rog, periskopske, promjenjivog profila. Refraktorske antene uključuju različite tipove interferometrijskih sistema, antene u fazi, fazne nizove i kruciformne antene. Glavne karakteristike antena nekih sovjetskih i stranih teleskopa date su u tabeli. 2.

parabolične antene. Najšire korištene među reflektorskim antenama su parabolične. Ove antene imaju svoj pandan u optici - reflektor sa paraboličnim reflektorom, u kojem se svjetlost iz "tačkastog" izvora pretvara u paralelni snop. U paraboličnoj anteni, proces ide u suprotnom smjeru - paralelni tok radio emisije fokusira se ogledalom u fokusu paraboloida, gdje ga prima napajanje.

Parabolične antene koje se koriste u radio astronomiji su impresivne veličine (slike 6 i 7). Najveći parabolični radio teleskop pune rotacije na Zemlji ima ogledalo prečnika 100 m. Njegova antena se rotira za 360° po azimutu i 90° po elevaciji. Težina antenske konstrukcije je 3200 tona.

Paraboličke antene mogu raditi samo u ograničenom rasponu valnih dužina: apsolutno je nemoguće napraviti paraboličnu površinu, zbog čega neravnina površine paraboloida, kada rade na vrlo kratkim valnim dužinama, počinje da degradira svojstva fokusiranja antenu. To, zauzvrat, dovodi do pogoršanja efikasnosti antene, odnosno kao da se smanjuje površina otvora antene koja prikuplja fluks radio emisije. A pošto se dijagram zračenja antene širi sa povećanjem talasne dužine i na određenoj talasnoj dužini više nije prikladno koristiti ovu antenu za posmatranja (pošto se njeno pojačanje smanjuje), radio astronomi koriste druge vrste antena za merenja dužih talasnih dužina.

Međutim, čak i kod istih dizajna paraboličkih antena, minimalna talasna dužina na kojoj antena i dalje efikasno radi može biti različita. To zavisi od pažnje pri izradi površine ogledala i od deformacije ogledala pri promeni njegove orijentacije u prostoru, kao i od dejstva toplotnog i vetra. Tako je, na primjer, ogledalo prečnika 22 metra antene RT-22 Krimske astrofizičke opservatorije tačnije od antenskog ogledala sličnih dimenzija u Puščinu (Fizički institut Akademije nauka SSSR).

Parabolične antene koje rade u opsegu milimetarskih talasa imaju prečnik koji ne prelazi 25 m. Veće antene efikasno rade u centimetarskom opsegu. Antena RT-22 Krimske astrofizičke opservatorije može efikasno da radi na talasnim dužinama ne kraćim od 4 mm. Antena američke Nacionalne radioastronomske opservatorije od 11 m, postavljena na Mount Kitt Peak, radi na granici talasne dužine od 1,2 mm. Da bi se smanjile temperaturne deformacije ogledala, antena ovog radio teleskopa je ispod kupole prečnika 30 m (tokom merenja kupola je delimično otvorena).

sferne antene. Na kugli zemaljskoj ima samo nekoliko (radioastronomske antene sa sfernim ogledalom. Ove antene se nazivaju i "zemljane zdjele", jer se sferni reflektor u njima nalazi na površini Zemlje, a dijagram antene se pomjera pomjeranjem Najveća antena ovog tipa (sa prečnikom otvora od 305 m) nalazi se na ostrvu Puerto Rico u Južnoj Americi (Arecibo opservatorija).

Antene sa sfernim zrcalima fokusiraju elektromagnetno zračenje manje efikasno od paraboličkih antena, ali imaju prednost da mogu pregledati (skenirati) nebo pod većim solidnim uglom (bez okretanja samog ogledala, već samo pomicanjem reflektora iz fokusa ogledalo). Dakle, antena u Arecibu vam omogućava da pomaknete uzorak zračenja unutar 20 ° u odnosu na zenit u bilo kojem smjeru. Njegovo ogledalo se sastoji od metalnih štitova koji obrubljuju dno ugašenog vulkana. Kablovi su razvučeni na tri gigantska oslonca, duž kojih se kreće specijalna kolica sa ugrađenim ozračivačima i drugom radio opremom (vidi prvu naslovnu stranicu). Antena može efikasno raditi do talasne dužine od najmanje 10 cm (na ovoj talasnoj dužini, njen dijagram zračenja ima širinu od 1,5'). Antena u Arecibu prije rekonstrukcije imala je sferičnu površinu od metalne mreže i mogla je djelotvorno raditi samo u dugovalnom dijelu decimetarskog opsega (lambda > 50 cm). Antena Areciba se takođe koristi kao planetarna radarska antena, koja radi na talasnoj dužini od 12,5 cm i ima prosečnu snagu od 450 kW.

Astrofizička opservatorija Byurakan ima sfernu antenu najkraće talasne dužine sa fiksnim ogledalom, čiji je prečnik 5 m. Antena je prototip buduće posude od 200 metara projektovane za Byurakan opservatorij, koja će, prema proračunima, imati maksimalna talasna dužina od 3 cm.

Horn antene. Za razliku od zrcalnih (sferičnih i paraboličnih) rog antene se sastoje od jednog feeda. Malo je radioastronomskih antena ovog tipa na Zemlji. Zbog činjenice da se njihove karakteristike mogu precizno izračunati, ove antene se koriste za precizna mjerenja fluksa radio emisije nekih izvora, koje radio astronomi uzimaju kao referencu. Koristeći rog antenu, fluks radio emisije izvora Kasiopeje A je precizno izmeren i otkrivena je kosmička mikrotalasna pozadina. Maglina Kasiopeja A jedan je od najmoćnijih izvora radio-emisije i naširoko je koriste radioastronomi za kalibraciju antene kao referentni izvor.

periskopske antene. U radioastronomiji su široku primenu našle i periskopske antene, čija je prednost što, sa relativno velikim dimenzijama, imaju prilično dobru efikasnost. Antene ovog tipa sastoje se od tri elementa: ravnog ogledala koje se rotira u visini; fokus primarnog ogledala (u obliku sfernog ili paraboličnog cilindra) i feed.

Sferično ili 'parabolično ogledalo fokusira radio emisiju u horizontalnoj i vertikalnoj ravnini. Budući da su linearne dimenzije takvih antena u horizontalnom smjeru mnogo veće nego u vertikalnom smjeru, širina dijagrama antene u horizontalnoj ravni je znatno manja od širine dijagrama nego u vertikalnoj ravni. Periskopska antena najkraće talasne dužine izgrađena je u opservatoriji Radiofizičkog instituta Gorkog. Efikasno radi do talasnih dužina od 1 mm. Na talasnoj dužini od 4 mm, širina snopa ove antene je 45" u horizontalnoj ravni i 8' u vertikalnoj ravni.

Antene varijabilnog profila. U blizini sela Zelenčukskaja, na teritoriji Stavropolja, radio je radio teleskop RATAN-600 (Sl. 8). Raspored njegovog antenskog sistema podseća na periskopsku antenu. Međutim, za razliku od ove druge, glavno ogledalo ove antene je ravno u vertikalnoj ravni. Uprkos svojim gigantskim dimenzijama (prečnik glavnog ogledala je 588 m), ova antena može efikasno da radi do talasne dužine od 8 mm.

Razmotrimo sada različite tipove refraktorskih antena koje se efikasno koriste u metarskim talasima.

infazne antene. Ove antene se sastoje od odvojenih polutalasnih izvora (dipola), koji čine platno P iradijatori u jednom pravcu i m iradijatori u ortogonalnom pravcu. Udaljenost između iradijatora u oba ortogonalna smjera jednaka je polovini valne dužine. Koristeći antenu ovog tipa, koja se sastoji od 64 dipola, izveden je prvi radar Mjeseca na talasnoj dužini od 2,5 m.

U common-mode antenama, sumiranje signala iz pojedinačnih fidova vrši se u feeder putanji. Štaviše, u početku se zbrajaju signali sa iradijatora koji se nalaze u istom redu, a zatim se već vrši sumiranje po spratovima (ili obrnuto). Što je veći broj fidova u nizu, to je uži dijagram zračenja antene u ravni koja prolazi duž reda ovih dipola. Antene u fazi su uskopojasne, odnosno u praksi mogu raditi samo na jednoj talasnoj dužini.

Antena Centra za komunikacije dubokog svemira SSSR-a, koja se sastoji od 8 paraboličnih antena raspoređenih 4 u nizu (slika 9), ima skoro 8 puta veće pojačanje od pojačanja zasebne paraboličke antene. Ova složena antena je izgrađena na principu infaznog antenskog niza.

Unakrsne antene. Dalji razvoj antena ovog tipa bile su krstaste antene. . Ne koriste pCht feeds, kao kod common-mode antena, i P+ t iradijatori. Ove antene P iradijatori se nalaze u jednom pravcu, i t iradijatori u smjeru okomitom na njega. Odgovarajućim visokofrekventnim faziranjem, takva antena ima dijagram zračenja (u gornjim ravnima) sličan onom kod antene koja se sastoji od pCht iradijatori. Međutim, pojačanje takve unakrsne antene je manje od onog kod odgovarajućih common-mode antena (sastoje se od pCht iradijatori). Takve antene se često nazivaju antenama otvorenog otvora. (U common-mode antenama ili antenama sa punim otvorom (pCht iradijatori), da bi se promijenio smjer dijagrama zračenja u prostoru, potrebno je rotirati ravan iradijatora okretanjem pokretne baze.)

Kod faznih nizova i antena s praznim otvorom, promjena smjera dijagrama zračenja u jednoj od ravnina obično se vrši zbog promjene faznih odnosa u napojnoj putanji, au drugoj ravni - zbog mehanička rotacija antenskog sistema.

Najveća krstasta antena u dekametarskom opsegu je antena radioteleskopa UTR-2 Harkovskog instituta za radiotehniku ​​i elektroniku (slika 10). Ovaj antenski sistem se sastoji od 2040 širokopojasnih fiksnih kanala, koji se nalaze paralelno sa površinom zemlje i formiraju dva kraka - "sjever-jug" i "zapad-istok".

Interferometri. Posebno mjesto među antenskim sistemima zauzimaju antenski interferometri. Najjednostavniji radio interferometar sastoji se od dvije antene povezane visokofrekventnim kablom; signali sa njih se zbrajaju i šalju prijemnom uređaju. Kao iu optičkom interferometru, fazna razlika primljenih signala je određena razlikom u putanji zraka, koja zavisi od udaljenosti između antena i smjera dolaska radio signala (slika 11).

Zbog kretanja radio izvora u nebeskoj sferi, upravo dolazi do promjene razlike u fazama signala koje primaju antene radio interferometra. To dovodi do pojave maksimuma i minimuma signala interferencije. Pomicanje izvora radio emisije pod određenim uglom, pod kojim će maksimum signala interferencije u radio interferometru promijeniti minimum, ekvivalentno je širini njegovog dijagrama zračenja. Međutim, za razliku od pojedinačnih antena, radio interferometar ima višestruki uzorak zračenja u ravni koja prolazi duž baze interferometra. Što je širina interferentnog režnja uža, veća je udaljenost (baza) između antena. (U ravni ortogonalnoj bazi interferometra, dijagram zračenja je određen dimenzijama jedne antene ovog interferometra.)

Trenutno je stvaranje visoko stabilnih frekvencijskih generatora omogućilo implementaciju radio interferometrije sa nezavisnim prijemom. U ovom sistemu, signale visoke frekvencije prima svaka od dvije antene i nezavisno se pretvaraju u niže frekvencije koristeći signale iz visoko stabilnih standarda atomske frekvencije.

Nezavisni interferometri prijemnika trenutno rade s osnovnim linijama većim od kontinenta i do 10.000 km. Ugaona rezolucija takvih interferometara dostigla je nekoliko desetohiljaditih dionica lučne sekunde.

prijemnici. Jedna od glavnih karakteristika radio teleskopa i planetarnog radara je osjetljivost - minimalna snaga primljenog signala koju radio teleskop ili radar može registrirati. Osetljivost zavisi od parametara prijemnog uređaja, parametara antena i karakteristika prostora koji okružuje antenu. Radio astronomija prima tako slabe radio emisione signale da bi se ovi signali registrovali, oni moraju biti višestruko pojačani; u ovom slučaju i korisni signali i smetnje imaju karakter šuma. To otežava njihovo odvajanje u prijemnom uređaju.

Prijemnici radio teleskopa - radiometara, koji imaju visoku osjetljivost, također imaju visoku stabilnost svojih karakteristika. Budući da je osjetljivost prijemnika uglavnom određena karakteristikama njegovog visokofrekventnog dijela, stoga se povećana pažnja posvećuje ulaznim čvorovima radiometra. Za smanjenje nivoa buke prijemnika u njegovim ulaznim uređajima koriste se "niskošumna" visokofrekventna pojačala na bazi putujućih talasnih cijevi ili tunelskih dioda, a koriste se i parametarska ili kvantna paramagnetna pojačala. Da bi se dobila još veća osjetljivost prijemnika, njegove visokofrekventne jedinice se hlade na ultra niske temperature (tečni dušik ili tekući helij se koristi kao rashladna sredstva). Sistem hlađenja koji koristi tečni helijum omogućava postizanje temperature od 5-10°K za visokofrekventne komponente prijemnika.

Radio astronomski prijemnici moraju imati propusni opseg od stotina megaherca ili čak nekoliko hiljada megaherca da bi se osigurala visoka osjetljivost. Međutim, prijemnici sa tako širokim propusnim opsegom nisu prikladni za sve studije. Dakle, mjerenje u radio opsegu spektra apsorpcije nekih gasova koji se nalaze u atmosferi Zemlje i planeta (vodena para, kiseonik, ozon, itd.) zahteva maksimalne propusne opsege reda veličine 50 MHz. Osetljivost takvog prijemnika će biti relativno niska. Stoga se u takvim mjerenjima potrebna osjetljivost postiže povećanjem vremena akumulacije signala na izlazu radiometra.

Dozvoljeno vrijeme akumulacije signala određeno je mjernom šemom i vremenom prisutnosti signala radio-emisije proučavanog nebeskog tijela u vidnom polju antene radio teleskopa. Uz kratko vrijeme akumulacije (integracije), izračunato u sekundama ili desetinama sekundi, obično se provodi na elementima izlaznih filtera radiometra. Za duga vremena akumulacije, funkcije integratora obavlja računalo.

Sve gore opisane metode omogućavaju smanjenje nivoa unutrašnje buke stotinama i hiljadama puta. U ovom slučaju, radiometar može mjeriti intenzitet radio emisije koja odgovara šumnoj temperaturi od 0,003-0,01°K (sa vremenom akumulacije od 1 s). Međutim, ne samo prijemni uređaj ima svoj šum, već i sistem antena-feeder, čiji šum zavisi od mnogih parametara: temperature, efikasnosti antene, gubitaka elektromagnetne energije u fider putanji itd.

U radioastronomiji, intenzitet signala šuma obično se karakteriše šumnom temperaturom. Ovaj parametar je određen snagom šuma u propusnom opsegu od 1 Hz. Što je veća efikasnost antene, to je niža njena šumna temperatura, a samim tim i veća osjetljivost radio teleskopa.

Radio smetnje. Povećanje osjetljivosti radio-teleskopa ograničeno je vanjskom bukom prirodnog porijekla. Smetnje koje je stvorio čovjek uvelike su smanjene zahvaljujući izboru frekvencijskih opsega posebno za radioastronomska istraživanja, u kojima je zabranjen rad zemaljskih i svemirskih radio stanica i radio sistema bilo koje namjene. Da bi se smanjio uticaj industrijskih smetnji, radio teleskopi se nalaze daleko od industrijskih centara, uglavnom u planinskim jamama, jer potonji dobro štite radio teleskope od industrijskih smetnji sa zemlje.

Prirodne smetnje su radio-emisija zemljine površine i atmosfere, kao i samog svemira. Da bi se smanjio uticaj Zemljine pozadinske radio-emisije na očitavanja radiometra, antena radio-teleskopa je projektovana na način da njen dijagram usmjerenosti prema površini Zemlje ima značajno slabljenje u odnosu na smjer prema proučavanom nebeskom tijelu.

Zbog prisustva gasova u Zemljinoj atmosferi koji imaju molekularne apsorpcione linije u radio opsegu (kiseonik, vodena para, ozon, ugljen monoksid, itd.), atmosfera emituje signale buke u milimetarskom i centimetarskom opsegu i takođe slabi primljeni radio emisija nebeskih tijela u ovim rasponima. Intenzitet atmosferske radio-emisije značajno zavisi od talasne dužine - snažno raste sa smanjenjem talasne dužine. Radio-emisija atmosfere je posebno jaka u blizini rezonantnih linija navedenih gasova (najintenzivnije linije su linije kiseonika i vodene pare u blizini talasnih dužina 1,63; 2,5; 5 i 13,5 mm).

Da bi smanjili uticaj atmosfere, radio astronomi biraju oblasti radio opsega daleko od rezonantnih linija za posmatranje nebeskih tela. Ova područja, u kojima je atmosferska buka minimalna, nazivaju se "prozorima" atmosfere. U milimetarskom opsegu, takvi "prozori" su područja blizu talasnih dužina 1,2; 2.1; 3,2 i 8,6 mm. Što je kraći „prozor transparentnosti“ u kraćem opsegu talasnih dužina, veće je slabljenje radio signala iz izvora koji se proučava i veći je nivo atmosferske buke. (Radio emisija atmosfere snažno raste s povećanjem vlažnosti. Najveći dio vodene pare nalazi se u površinskom sloju atmosfere na visinama do 2-3 km.)

Kako bi se smanjio uticaj atmosfere na radioastronomska mjerenja, radio teleskopi se pokušavaju postaviti u krajeve sa vrlo sušnom klimom i na velikim nadmorskim visinama. Stoga su zahtjevi za postavljanje radio-teleskopa u mnogo čemu slični zahtjevima za postavljanje optičkih teleskopa. Stoga se optički teleskopi često postavljaju u visokoplaninske opservatorije zajedno s radio-teleskopima.

Na rezultate posmatranja kosmičke radio emisije utiče i vlaga koncentrisana u oblacima koja ispada u obliku padavina. Atmosferska buka zbog ovih komponenti značajno raste sa smanjenjem talasne dužine (na talasnim dužinama kraćim od 3-5 cm). Stoga radioastronomi pokušavaju izvršiti mjerenja u vremenu bez oblaka.

Pored radio-emisije atmosfere i Zemljine površine, faktor koji ograničava osjetljivost radio-teleskopa je i kosmičko zračenje Galaksije i Metagalaksije. U opsegu talasnih dužina u decimetar, centimetar i milimetar, Metagalaksija zrači poput apsolutno crnog tela zagrejanog na temperaturu od 2,7° K. Ovo zračenje je izotropno raspoređeno u prostoru. Intenzitet zračenja međuzvjezdanog medija u Galaksiji ovisi o smjeru posmatranja (naročito je visok intenzitet zračenja u pravcu Mliječnog puta). Zračenje galaktičkog porekla takođe raste sa povećanjem talasne dužine na talasnim dužinama većim od 30 cm. Stoga je posmatranje radio-emisije nebeskih tela na talasnim dužinama većim od 50 cm veoma težak zadatak, koji je otežan i sve većim uticajem zemljine jonosfere. na metarskim talasnim dužinama.

predajnici. Za mjerenja karakteristika planetarne refleksije, prosječna snaga planetarnih radarskih predajnika mora biti stotine kilovata. Trenutno je napravljeno samo nekoliko takvih radara.

Planetarni radarski odašiljači ili rade bez modulacije ili koriste neki oblik modulacije. Izbor načina zračenja predajnika zavisi od ciljeva istraživanja. Dakle, mjerenje efektivne površine raspršenja i "doplerovog" spektra signala reflektiranog od planete ne zahtijeva modulaciju i obično se izvodi monohromatskim emitovanim signalom. U isto vrijeme, planetarni domet i radarsko mapiranje zahtijevaju modulirani signal.

Impulsna modulacija odašiljača (koja se koristi u istraživanju Mjeseca) ne može pružiti veliku prosječnu snagu zračenja, te se stoga praktično ne koristi u planetarnim istraživanjima. Metode frekvencijske i fazne modulacije koriste se u gotovo svim predajnicima najvećih planetarnih radara. Tako planetarni radar SSSR Centra za komunikacije u dubokom svemiru koristi metodu linearne frekvencijske modulacije za mjerenje dometa, a planetarni radar Massachusetts Institute of Technology koristi metodu “pseudo-šuma faznog pomaka”.

Predajnici planetarnih radara moraju imati vrlo visoku stabilnost frekvencije zračenja (relativna nestabilnost predajnika mora biti reda 10 -9). Stoga su izgrađeni prema shemi: stabilizirani generator male snage + pojačalo snage.

Osnovne karakteristike odašiljača koji se koriste u stranim planetarnim radarima, kao i pojedinačne karakteristike ovih radara, date su u tabeli. 3 (vidi str. 38).

Uređaji za usmjeravanje antena i obradu primljenih signala. Savremeni radio teleskop je nezamisliv bez kompjutera. Obično se u njemu koriste čak dva računara. Jedan od njih radi u krugu za vođenje i praćenje proučavanog izvora zračenja. Generira signale proporcionalne trenutnom azimutu i kutu elevacije izvora, koji zatim ulaze u upravljačke jedinice antenskog pogona. Isti računar kontroliše i ispravno izvršavanje upravljačkih komandi od strane antenskih pogona analizom signala sa senzora ugla rotacije ovih pogona.

Antenski sistemi radio-teleskopa mogu mijenjati položaj dijagrama zračenja kako u jednoj tako iu dvije ravni. Tipično, promjena položaja antenskog dijagrama se vrši mehaničkim pomicanjem antene ili feeda u odgovarajućoj ravni. (Izuzetak su antene tipa faznog niza, kod kojih se promjena smjera prijema radio-emisije vrši promjenom faznih odnosa u feeder putanji.)

Antene sa jednim stepenom slobode obično se postavljaju duž meridijana i mijenjaju svoj položaj u visini, a mjerenje radio-emisije izvora vrši se tokom njegovog prolaska kroz geografski meridijan na kojem se nalazi radio teleskop. Na ovom principu radi veliki broj radio-teleskopa. Potpuno rotirajuće antene su obično zrcalne antene.

Pored opšte prihvaćenog sistema navođenja azimut-elevacije, neki radio teleskopi koriste ekvatorijalni sistem, u kojem se antena radio-teleskopa može rotirati oko ose koja je paralelna sa Zemljinom osom rotacije (duž paralele), kao i u ortogonalnoj ravni . Takav sistem usmjeravanja antene zahtijeva jednostavnije algoritme za kontrolu položaja dijagrama zračenja u prostoru.

Sistemi upravljanja antenom, pored usmjeravanja i praćenja odabranog izvora, omogućavaju snimanje (skeniranje) neba u određenom susjedstvu oko izvora. Ovaj način rada se koristi za mjerenje distribucije intenziteta radio emisije preko diska planete.

Za primarnu obradu rezultata merenja koristi se drugi računar na savremenim radio teleskopima. Ulazni signal za ovo računalo su trenutne koordinate i vrijednosti napona na izlazu radiometra, koje su proporcionalne intenzitetu radio emisije iz proučavanih i kalibriranih izvora. Računar na osnovu ovih podataka izračunava distribuciju intenziteta radio-emisije u zavisnosti od koordinata, odnosno gradi mapu temperatura radio-svjetline izvora koji se proučava.

Za kalibraciju intenziteta primljenih signala koristi se poređenje radio-emisije iz proučavanog izvora sa nekim standardima, koji mogu biti i primarni i sekundarni. Metodu primarne standardizacije, takozvanu metodu "vještačkog mjeseca", razvio je sovjetski naučnik V. S. Troitsky. U ovoj metodi mjerenja, primarni standard je radio emisija sa apsorbirajućeg diska postavljenog ispred antene radio teleskopa. Uz pomoć metode "vještačkog mjeseca", na Radiofizičkom institutu Gorkog izveden je veliki ciklus preciznih mjerenja radio-emisije Mjeseca i drugih izvora.

Kao sekundarni standardi obično se koriste signali radio emisije iz nekih diskretnih izvora (na primjer, radio izvori u sazviježđima Kasiopeja, Labud, Djevica, Bik, kao i neki kvazari). Ponekad se Jupiterova radio emisija koristi kao sekundarni standard.

Nastavljam priču o započetom novogodišnjem putovanju u "zemlju teleskopa" (najveći optički teleskop u Evroaziji sa glavnim monolitnim ogledalom prečnika 6 m). Ovaj put ćemo govoriti o dvojici njegovih rođaka - radioteleskopima RATAN-600 i RTF-32. Prvi je uvršten u Ginisovu knjigu rekorda, a drugi je uvršten u jedini stalni radio interferometrijski kompleks "Kvazar" u Rusiji. Inače, sada kompleks Kvazar igra važnu ulogu u radu GLONASS sistema. Razgovarajmo o svemu detaljnije i pristupačnije, ako je moguće!

A sada da se zaposlimo! :)

Za nauku, glavne prednosti teleskopa su njegova multifrekvencija (opseg od 0,6 do 35 GHz) i veliko polje bez aberacija (što vam omogućava da skoro trenutno merite radio spektre kosmičkih izvora u širokom frekventnom opsegu), visoka rezolucija i visoku temperaturnu osjetljivost svjetline (koje vam omogućavaju istraživanje proširenih struktura, kao što su fluktuacije pozadinskog mikrovalnog zračenja na malim ugaonim skalama, nedostižne čak i na specijalizovanim svemirskim letjelicama i zemaljskim instrumentima).

Teleskop se sastoji od dva glavna reflektora:

1. Kružni reflektor (desno i duž cijele slike).
Ovo je najveći dio radioteleskopa, sastoji se od 895 pravokutnih reflektirajućih elemenata dimenzija 11,4 puta 2 metra, raspoređenih u krug prečnika 576 metara. Mogu se kretati u tri stepena slobode. Kružni reflektor je podijeljen u 4 nezavisna sektora, nazvana prema dijelovima svijeta: sjever, jug, zapad, istok. Ukupna površina je 12 "000 m². Reflektirajući elementi svakog sektora su postavljeni duž parabole, formirajući reflektirajuću i fokusirajuću traku antene. U fokusu ove trake nalazi se poseban feed.

2. Ravni reflektor (lijevo).
Ravni reflektor se sastoji od 124 ravna elementa visine 8,5 metara i ukupne dužine 400 metara. Elementi se mogu rotirati oko horizontalne ose koja se nalazi blizu nivoa tla. Za neka mjerenja, reflektor se može ukloniti poravnavanjem njegove površine s ravninom uzemljenja. Reflektor se koristi kao periskopsko ogledalo. Tokom rada, fluks radio emisije koji pogađa ravni reflektor usmjerava se prema južnom sektoru kružnog reflektora. Odbijen od kružnog reflektora, radio talas se fokusira na iradijator koji je postavljen na prstenaste šine. Postavljanjem ozračivača na zadatu poziciju i preuređivanjem ogledala moguće je usmjeriti radio teleskop na zadatu tačku na nebu. Moguć je i mod praćenja izvora, dok se iradijator neprekidno kreće, a ogledalo je takođe rekonstruisano.

12. Pogled na ravni reflektor sa stražnje strane. Mehanizmi koji pokreću ploče su vidljivi.

13. Radio teleskop ima pet prijemnih kabina-iradijatora postavljenih na željezničkim peronima sa radio prijemnicima i posmatračima. Neki podsjećaju na oklopni voz, drugi na vanzemaljske brodove. Na fotografiji vidimo dvije takve kabine. Kao što je planirano, platforme se mogu kretati duž jedne od 12 radijalnih staza, što daje set fiksnih azimuta u koracima od 30°. Preuređenje ozračivača između koloseka trebalo je da se izvrši pomoću centralnog gramofona (u sredini fotografije)... Tako je bilo planirano, ali su onda odustali od toga (i tako je dovoljno) i gramofon je nije korišten, a dio šina je demontiran.

14. Krajem 1985. godine ugrađen je dodatni konusni reflektor-ozračivač. Osnova je konično sekundarno ogledalo, ispod kojeg se nalazi iradijator. Omogućava vam da primite zračenje iz cijelog kružnog reflektora, dok ostvarujete maksimalnu rezoluciju radio teleskopa. Međutim, u ovom režimu moguće je posmatrati samo radio izvore čiji pravac odstupa od zenita ne više od ±5 stepeni. Ovaj iradijator se najčešće pojavljuje na ilustracijama vezanim za teleskop, vjerovatno zbog vanzemaljskog izgleda :)

15. Takođe je dobro snimiti uobičajeni radio teleskop sa gornje platforme ovog feeda. Pa, generalno, drago mi je da postoji prilika za penjanje :) Na RTF-32 nije bilo takve prilike.

Inače, postojala je kuriozitet koji je doveo do formiranja stabilne lokalne "urbane legende". Kada su izvršena prva zapažanja na RATAN-u, kako bi se izbjegle smetnje od strane vozila, obustavljen je saobraćaj duž sela Zelenčukskaja kod RATAN-a. Blizina teleskopa i nedostatak informacija o ovom objektu, blizu sela i impresivne veličine, izazvali su razne mitove među lokalnim stanovništvom - da RATAN navodno "zrači". Možda je ovu glasinu promovirao i naziv "iradijatori" - iako u stvari ne emituju apsolutno ništa, već samo primaju signal.

16. Kabina br. 1 je na poziciji, osmatranja će početi za nekoliko minuta, ali za sada smo pozvani da uđemo u ovaj "oklopni voz".

14. Naš vodič i radno mjesto posmatrača.

Koji zadaci se stavljaju pred RATAN?
- otkrivanje velikog broja svemirskih izvora radio-emisije, njihova identifikacija sa svemirskim objektima;
- proučavanje radio emisije zvijezda;
- proučavanje kvazara i radio galaksija;
- proučavanje tijela Sunčevog sistema;
- proučavanje područja povećane radio-emisije na Suncu, njihove strukture, magnetnih polja;
- detekcija veštačkih signala vanzemaljskog porekla (SETI);
- studije reliktnog zračenja.

Teleskop istražuje astronomske objekte u čitavom rasponu udaljenosti u Univerzumu: od najbližih - Sunca, solarnog vjetra, planeta i njihovih satelita u Sunčevom sistemu, do najudaljenijih zvjezdanih sistema - radio galaksija, kvazara i kosmičke mikrovalne pećnice. pozadini. Na radioteleskopu se izvodi više od 20 naučnih programa domaćih i stranih aplikanata.
U okviru projekta "Genetski kod univerzuma", RATAN-600 istražuje sve komponente pozadinskog zračenja na svim ugaonim skalama. Svakodnevna posmatranja Sunca radio-teleskopom daju jedinstvene informacije, dopunjene drugim instrumentima, o svojstvima solarne plazme u rasponu visina od hromosfere do niže korone, odnosno onim područjima Sunčeve atmosfere u kojima nastaju snažne sunčeve baklje. . Ove informacije omogućavaju predviđanje izbijanja solarne aktivnosti koje utiču na dobrobit ljudi i rad energetskih sistema na planeti. Trenutno, arhiva posmatračkih podataka RATAN-600 sadrži više od pola miliona zapisa radio objekata.

15. A ovako izgledaju radiometri, oprema za mjerenje i fiksiranje. Nešto je ostalo od vremena prvih zapažanja, a nešto je već zamijenjeno modernom opremom. Jedno se može reći - radio teleskop živi i razvija se, kao i eksperimentalna platforma za inženjere.

16. Ovim je završena naša ekskurzija na RATAN-600: radio teleskop je prepun zapažanja i nemoguće je omesti ljude koji tamo rade.

Dakle, RATAN-600 je i dalje najveće reflektorsko ogledalo na svetu i glavni radio teleskop Rusije, koji radi u centralnom „prozoru providnosti“ zemljine atmosfere u opsegu talasnih dužina od 1-50 cm. Nijedan drugi radio teleskop na svetu nije takvo frekvencijsko preklapanje sa mogućnošću obavljanja simultanih opservacija na svim frekvencijama. Zahvaljujući njemu i BTA u komšiluku, astronomi širom sveta znaju imena sela Zelenčuk i Karačajsko-Čerkeske republike.

17. Slikano na vrhu "NLO-a", za uspomenu :)

P.S. Nadam se da vas nisam zamarao tehničkim detaljima?

Teleskop je jedinstven optički instrument dizajniran za posmatranje nebeskih tijela. Upotreba instrumenata nam omogućava da razmotrimo razne objekte, ne samo one koji se nalaze u našoj blizini, već i one koji su hiljadama svjetlosnih godina udaljeni od naše planete. Dakle, šta je teleskop i ko ga je izumeo?

Prvi pronalazač

Teleskopski uređaji pojavili su se u sedamnaestom veku. Međutim, do danas se vodi rasprava o tome ko je prvi izumio teleskop - Galileo ili Lippershey. Ovi sporovi su povezani sa činjenicom da su oba naučnika otprilike u isto vreme razvijala optičke uređaje.

Godine 1608. Lippershey je razvio naočale za plemstvo, koje su im omogućavale da izbliza vide udaljene objekte. U to vrijeme su bili u toku vojni pregovori. Vojska je brzo shvatila prednosti razvoja i predložila da Lippershey ne dodjeljuje autorska prava na uređaj, već da ga modificira tako da se može gledati s dva oka. Naučnik se složio.

Novi razvoj naučnika nije mogao biti tajan: informacije o tome objavljene su u lokalnim štampanim medijima. Novinari tog vremena su uređaj nazvali niskom. Koristio je dva sočiva, što je omogućilo povećanje objekata i objekata. Od 1609. godine u Parizu su se lule s trostrukim povećanjem prodavale uvelike. Od ove godine iz istorije nestaju bilo kakve informacije o Lippersheyu, a pojavljuju se podaci o drugom naučniku i njegovim novim otkrićima.

Otprilike u isto vrijeme talijanski Galileo se bavio brušenjem sočiva. Godine 1609. predstavio je društvu novi razvoj - teleskop sa trostrukim povećanjem. Galileov teleskop imao je veći kvalitet slike od Lippersheyjevih cijevi. Bio je to zamisao italijanskog naučnika koji je dobio ime "teleskop".

U sedamnaestom veku, holandski naučnici su pravili teleskope, ali su imali loš kvalitet slike. I samo je Galileo uspio razviti takvu tehniku ​​za brušenje sočiva, koja je omogućila jasno povećanje objekata. Bio je u mogućnosti da dobije dvadesetostruko povećanje, što je bio pravi proboj u nauci tih dana. Na osnovu ovoga, nemoguće je reći ko je izumio teleskop: ako je, prema službenoj verziji, upravo Galileo svijetu predstavio uređaj koji je nazvao teleskop, i ako pogledate verziju razvoja optički uređaj za uvećanje objekata, tada je Lippershey bio prvi.

Prva posmatranja neba

Nakon pojave prvog teleskopa došlo je do jedinstvenih otkrića. Galileo je svoj razvoj primijenio na praćenje nebeskih tijela. Bio je prvi koji je vidio i skicirao lunarne kratere, mrlje na Suncu, a smatrao je i zvijezde Mliječnog puta, satelite Jupitera. Galilejev teleskop je omogućio da se vide Saturnovi prstenovi. Za vašu informaciju, još uvijek postoji teleskop u svijetu koji radi na istom principu kao i Galileov uređaj. Nalazi se u opservatoriji York. Uređaj ima prečnik od 102 centimetra i redovno služi naučnicima za praćenje nebeskih tela.

Moderni teleskopi

Tokom vekova, naučnici su stalno menjali uređaje teleskopa, razvijali nove modele i poboljšavali faktor uvećanja. Kao rezultat toga, bilo je moguće stvoriti male i velike teleskope različite namjene.

Mali se obično koriste za kućna posmatranja svemirskih objekata, kao i za posmatranje obližnjih svemirskih tela. Veliki uređaji vam omogućavaju da vidite i fotografišete nebeska tela koja se nalaze hiljadama svetlosnih godina od Zemlje.

Vrste teleskopa

Postoji nekoliko vrsta teleskopa:

1. Mirrored.
2. Objektiv.
3. katadioptrijski.

Galilejevi refraktori se klasifikuju kao refraktori sočiva. Uređaji reflektirajućeg tipa nazivaju se zrcalnim uređajima. Šta je katadioptrijski teleskop? Ovo je jedinstveni moderni razvoj koji kombinuje objektiv i uređaj za ogledalo.

Teleskopi sa sočivima

Teleskopi igraju važnu ulogu u astronomiji: omogućavaju vam da vidite komete, planete, zvijezde i druge svemirske objekte. Jedan od prvih razvoja bili su uređaji sa objektivima.

Svaki teleskop ima sočivo. Ovo je glavni dio svakog uređaja. Prelama zrake svjetlosti i skuplja ih u tački koja se zove fokus. U njemu se gradi slika objekta. Za gledanje slike koristi se okular.

Objektiv je postavljen tako da se okular i fokus podudaraju. U modernim modelima, pokretni okulari se koriste za praktično posmatranje kroz teleskop. Pomažu pri podešavanju oštrine slike.

Svi teleskopi imaju aberaciju – izobličenje predmetnog objekta. Teleskopi sa sočivima imaju nekoliko izobličenja: hromatsku (crveni i plavi zraci su izobličeni) i sfernu aberaciju.

Modeli ogledala

Zrcalni teleskopi se nazivaju reflektori. Na njih je montirano sferno ogledalo koje prikuplja svjetlosni snop i odbija ga uz pomoć ogledala na okular. Kromatska aberacija nije karakteristična za modele zrcala, jer se svjetlost ne lomi. Međutim, zrcalni instrumenti pokazuju sfernu aberaciju, koja ograničava vidno polje teleskopa.

Grafički teleskopi koriste složene strukture, ogledala sa složenim površinama koje se razlikuju od sfernih.

Unatoč složenosti dizajna, modele zrcala je lakše razviti od analognih sočiva. Stoga je ova vrsta češća. Najveći prečnik zrcalnog teleskopa je više od sedamnaest metara. Na teritoriji Rusije najveći uređaj ima prečnik od šest metara. Dugi niz godina smatran je najvećim na svijetu.

Specifikacije teleskopa

Mnogi ljudi kupuju optičke uređaje za posmatranje svemirskih tijela. Prilikom odabira uređaja važno je znati ne samo što je teleskop, već i koje karakteristike ima.

1. Povećati. Žižna daljina okulara i objekta je uvećanje teleskopa. Ako je žižna daljina sočiva dva metra, a okular pet centimetara, onda će takav uređaj imati povećanje od četrdeset puta. Ako se okular zamijeni, uvećanje će biti drugačije.
2. Dozvola. Kao što znate, svjetlost karakteriziraju lom i difrakcija. U idealnom slučaju, svaka slika zvijezde izgleda kao disk s nekoliko koncentričnih prstenova, koji se nazivaju difrakcijskim prstenovima. Dimenzije diskova su ograničene samo mogućnostima teleskopa.

Teleskopi bez očiju

A šta je teleskop bez oka, čemu služi? Kao što znate, oči svake osobe različito percipiraju sliku. Jedno oko može vidjeti više, a drugo manje. Kako bi naučnici mogli vidjeti sve što im treba, koriste teleskope bez očiju. Ovi uređaji prenose sliku na ekrane monitora, kroz koje svi vide sliku tačno onakvu kakva jeste, bez izobličenja. Za male teleskope su u tu svrhu razvijene kamere koje se spajaju na uređaje i snimaju nebo.

Najsavremenija metoda svemirskog vida je upotreba CCD kamera. To su posebna mikrokola osjetljiva na svjetlost koja prikupljaju informacije iz teleskopa i prenose ih na kompjuter. Podaci dobijeni od njih su toliko jasni da je nemoguće zamisliti koji bi drugi uređaji mogli primiti takve informacije. Uostalom, ljudsko oko ne može razlikovati sve nijanse s tako velikom jasnoćom, kao što to rade moderne kamere.

Spektrografi se koriste za mjerenje udaljenosti između zvijezda i drugih objekata. Povezani su sa teleskopima.

Moderni astronomski teleskop nije jedan uređaj, već nekoliko odjednom. Primljeni podaci sa više uređaja se obrađuju i prikazuju na monitorima u obliku slika. Štaviše, nakon obrade, naučnici dobijaju slike vrlo visoke definicije. Nemoguće je očima vidjeti iste jasne slike svemira kroz teleskop.

radio teleskopi

Astronomi koriste ogromne radio-teleskope za svoj naučni razvoj. Najčešće izgledaju kao ogromne metalne zdjele paraboličnog oblika. Antene prikupljaju primljeni signal i obrađuju primljene informacije u slike. Radio teleskopi mogu primiti samo jedan talas signala.

infracrveni modeli

Upečatljiv primjer infracrvenog teleskopa je aparat Hubble, iako može biti optički u isto vrijeme. Na mnogo načina, dizajn infracrvenih teleskopa je sličan dizajnu modela optičkih ogledala. Toplotni zraci se odbijaju od konvencionalnog teleskopskog sočiva i fokusiraju na jednu tačku, gdje se nalazi uređaj koji mjeri toplinu. Nastali toplotni zraci prolaze kroz termalne filtere. Tek tada se snima fotografija.

Ultraljubičasti teleskopi

Film može biti izložen ultraljubičastom svjetlu kada se fotografiše. U nekom dijelu ultraljubičastog opsega moguće je primati slike bez obrade i ekspozicije. A u nekim slučajevima potrebno je da zrake svjetlosti prolaze kroz poseban dizajn - filter. Njihova upotreba pomaže da se istakne zračenje određenih područja.

Postoje i druge vrste teleskopa, od kojih svaki ima svoju svrhu i posebne karakteristike. To su modeli kao što su rendgenski i gama-teleskopi. Prema namjeni, svi postojeći modeli mogu se podijeliti na amaterske i profesionalne. I ovo nije cijela klasifikacija uređaja za praćenje nebeskih tijela.

Glavna svrha teleskopa je prikupiti što je moguće više zračenja od nebeskog tijela. Ovo vam omogućava da vidite nejasne objekte. Drugo, teleskopi se koriste za gledanje objekata pod velikim uglom ili, kako kažu, za povećanje. Rezolucija malih detalja je treća svrha teleskopa. Količina svjetlosti koju prikupljaju i dostupna rezolucija detalja u velikoj mjeri ovise o području glavnog dijela teleskopa - njegovog sočiva. Sočiva su refleksna i sočiva.

teleskopi sa sočivima.

Objektivi, na ovaj ili onaj način, uvijek se koriste u teleskopu. Ali u refraktorskim teleskopima, sočivo je glavni dio teleskopa - njegovo sočivo. Zapamtite da je refrakcija refrakcija. Leća sočiva lomi svjetlosne zrake i skuplja ih u tački koja se zove fokus sočiva. U ovom trenutku se gradi slika predmeta proučavanja. Da biste ga vidjeli, koristite drugo sočivo - okular. Postavljen je tako da se fokusi okulara i objektiva poklapaju. Budući da ljudi imaju različit vid, okular je napravljen pomičnim tako da je moguće postići jasnu sliku. Ovo zovemo oštrenje. Svi teleskopi imaju neprijatne karakteristike - aberacije. Aberacije su izobličenja koja nastaju kada svjetlost prođe kroz optički sistem teleskopa. Glavne aberacije povezane su s nesavršenošću sočiva. Teleskopi sa sočivima (i teleskopi općenito) pate od nekoliko aberacija. Navešćemo samo dva od njih. Prvi je zbog činjenice da se zraci različitih valnih dužina lome malo drugačije. Zbog toga postoji jedan fokus za plave zrake, a drugi za crvene zrake, koji se nalazi dalje od sočiva. Zraci drugih talasnih dužina sakupljaju se svaki na svom mestu između ova dva žarišta. Kao rezultat, vidimo slike objekata u duginim bojama. Ova aberacija se naziva hromatska. Druga jaka aberacija je sferna aberacija. Povezan je sa činjenicom da sočivo, čija je površina dio sfere, zapravo ne prikuplja sve zrake u jednoj tački. Zraci koji dolaze na različitim udaljenostima od centra sočiva sakupljaju se na različitim tačkama, zbog čega je slika nejasna. Ova aberacija ne bi postojala da sočivo ima paraboloidnu površinu, ali takav detalj je teško izraditi. Da bi se smanjile aberacije, napravljeni su složeni sistemi sa dva sočiva. Uvedeni su dodatni dijelovi za ispravljanje aberacija sočiva. Već dugo drži prvenstvo među teleskopima sa sočivima - teleskop opservatorije Yerkes sa sočivom promjera 102 centimetra.

zrcalni teleskopi.

U jednostavnim ogledalskim teleskopima, reflektirajućim teleskopima, sočivo je sferno ogledalo koje prikuplja svjetlosne zrake i odbija ih uz pomoć dodatnog ogledala prema okularu – sočivu u čijem fokusu se gradi slika. Refleks je odraz. SLR teleskopi ne pate od hromatskih aberacija, jer se svjetlost u sočivu ne lomi. Ali reflektori imaju izraženiju sfernu aberaciju, koja, inače, uvelike ograničava vidno polje teleskopa. Zrcalni teleskopi također koriste složene strukture, zrcalne površine koje nisu sferne i tako dalje.

Zrcalni teleskopi su lakši i jeftiniji za proizvodnju. Zbog toga se njihova proizvodnja ubrzano razvija posljednjih decenija, dok se novi teleskopi sa velikim sočivima nisu pravili jako dugo. Najveći refleksni teleskop ima složeno sočivo sa više ogledala koje je ekvivalentno cijelom ogledalu prečnika 11 metara. Najveće monolitno refleksno sočivo ima veličinu od nešto više od 8 metara. Najveći optički teleskop u Rusiji je 6-metarski ogledalni teleskop BTA (Large Azimuthal Telescope). Teleskop je dugo bio najveći na svijetu.

karakteristike teleskopa.

Teleskopsko uvećanje. Uvećanje teleskopa je jednako omjeru žižnih daljina objektiva i okulara. Ako je, recimo, žižna daljina sočiva dva metra, a okular 5 cm, onda će povećanje takvog teleskopa biti 40 puta. Ako promijenite okular, možete promijeniti uvećanje. To rade astronomi, na kraju krajeva, nije moguće promijeniti, u stvari, ogromno sočivo ?!

Izlazni učenik. Slika koju okular gradi za oko može, u opštem slučaju, biti ili veća od zjenice oka, ili manja. Ako je slika veća, tada dio svjetlosti neće ući u oko, tako da se teleskop neće koristiti 100%. Ova slika se naziva izlazna zenica i izračunava se po formuli: p=D:W, gde je p izlazna zenica, D je prečnik objektiva, a W je uvećanje teleskopa sa ovim okularom. Uz pretpostavku da je veličina zjenice 5 mm, lako je izračunati minimalno povećanje koje je razumno koristiti sa datim objektivom teleskopa. Dobijamo ovu granicu za sočivo od 15 cm: 30 puta.

Rezolucija teleskopa

S obzirom na to da je svjetlost val, a valove karakterizira ne samo prelamanje, već i difrakcija, ni najsavršeniji teleskop ne daje sliku zvijezde tačke u obliku tačke. Idealna slika zvijezde izgleda kao disk s nekoliko koncentričnih (sa zajedničkim središtem) prstenova, koji se nazivaju difrakcijski prstenovi. Veličina difrakcionog diska ograničava rezoluciju teleskopa. Sve što prekriva ovaj disk samim sobom ne može se vidjeti u ovom teleskopu. Ugaona veličina difrakcionog diska u lučnim sekundama za dati teleskop određena je jednostavnom relacijom: r=14/D, gdje se prečnik D objektiva mjeri u centimetrima. Teleskop od petnaest centimetara koji je gore spomenut ima maksimalnu rezoluciju od nešto manje od sekunde. Iz formule proizlazi da rezolucija teleskopa u potpunosti zavisi od prečnika njegovog sočiva. Evo još jednog razloga za izgradnju najvećih mogućih teleskopa.

Relativna rupa. Odnos prečnika sočiva i njegove žižne daljine naziva se odnos blende. Ovaj parametar određuje luminoznost teleskopa, odnosno, grubo govoreći, njegovu sposobnost da prikazuje objekte kao svijetle. Objektivi sa relativnim otvorom blende od 1:2 - 1:6 nazivaju se brzi objektivi. Koriste se za fotografisanje objekata slabog sjaja, kao što su magline.

Teleskop bez oka.

Jedan od najnepouzdanijih delova teleskopa oduvek je bilo oko posmatrača. Svaka osoba ima svoje oko, sa svojim karakteristikama. Jedno oko vidi više, drugo manje. Svako oko drugačije vidi boje. Ljudsko oko i njegovo pamćenje nisu u stanju da sačuvaju čitavu sliku koju teleskop nudi za kontemplaciju. Stoga, čim je to postalo moguće, astronomi su počeli zamjenjivati ​​oko instrumentima. Ako spojite kameru umjesto okulara, tada se slika dobivena objektivom može snimiti na fotografsku ploču ili film. Fotografska ploča je sposobna akumulirati svjetlosno zračenje i to je njena neosporna i važna prednost u odnosu na ljudsko oko. Fotografije duge ekspozicije mogu prikazati neuporedivo više nego što osoba može vidjeti kroz isti teleskop. I naravno, fotografija će ostati kao dokument, na koji se kasnije može više puta pozivati. Još modernija sredstva su CCD-ovi - kamere sa polarnom spregom naboja. Riječ je o mikro krugovima osjetljivim na svjetlost koji zamjenjuju fotografsku ploču i prenose nagomilane informacije u kompjuter, nakon čega mogu napraviti novu sliku. Spektri zvijezda i drugih objekata proučavaju se pomoću spektrografa i spektrometara pričvršćenih na teleskop. Niti jedno oko ne može tako jasno razlikovati boje i izmjeriti udaljenosti između linija u spektru, kao što to lako rade ovi uređaji, koji također čuvaju sliku spektra i njegovih karakteristika za naredne studije. Konačno, niko ne može gledati kroz dva teleskopa jednim okom u isto vrijeme. Moderni sistemi od dva ili više teleskopa, spojenih jednim kompjuterom i razmaknutih, ponekad na desetinama metara udaljenosti, omogućavaju postizanje nevjerovatno visokih rezolucija. Takvi sistemi se nazivaju interferometri. Primjer sistema od 4 teleskopa - VLT. Nije slučajno što smo spojili četiri tipa teleskopa u jednu podsekciju. Zemljina atmosfera nerado propušta odgovarajuće talasne dužine elektromagnetnih talasa, pa se teleskopi za proučavanje neba u tim rasponima često iznose u svemir. Upravo je s razvojem astronautike direktno povezan razvoj ultraljubičaste, rendgenske, gama i infracrvene grane astronomije.

radio teleskopi.

Najčešći cilj radioteleskopa je metalna posuda paraboloidnog oblika. Signal koji prikuplja prima antena koja se nalazi u fokusu sočiva. Antena je povezana sa računarom, koji obično obrađuje sve informacije, gradeći slike u uslovnim bojama. Radio teleskop, kao i radio prijemnik, može istovremeno primiti samo određenu talasnu dužinu. U knjizi B. A. Voroncova-Veljaminova „Eseji o univerzumu“ nalazi se vrlo zanimljiva ilustracija koja je direktno povezana sa temom našeg razgovora. U jednoj opservatoriji gosti su bili pozvani da dođu do stola i uzmu sa njega komad papira. Osoba je uzela komad papira i na poleđini pročitala nešto ovako: „Uzevši ovaj komad papira, potrošili ste više energije nego što su svi radio teleskopi svijeta primili tokom čitavog postojanja radio astronomije.“ Ako ste pročitali ovaj odjeljak (a trebali biste), onda morate zapamtiti da radio valovi imaju najduže valne dužine od svih vrsta elektromagnetnog zračenja. To znači da fotoni koji odgovaraju radio talasima nose vrlo malo energije. Da bi prikupili prihvatljivu količinu informacija o svjetiljkama u radio snopovima, astronomi grade ogromne teleskope. Stotine metara - ovo je ne tako iznenađujuća prekretnica za prečnike sočiva koju je postigla moderna nauka. Srećom, sve na svijetu je međusobno povezano. Konstrukciju džinovskih radio-teleskopa ne prate iste poteškoće u obradi površine sočiva, koje su neizbežne u konstrukciji optičkih teleskopa. Dozvoljene površinske greške su proporcionalne valnoj dužini, stoga ponekad metalne posude radio-teleskopa nisu glatka površina, već jednostavno rešetka, a to ni na koji način ne utječe na kvalitetu prijema. Duga talasna dužina takođe omogućava izgradnju grandioznih interferometarskih sistema. Ponekad u takvim projektima učestvuju teleskopi sa različitih kontinenata. Projekti uključuju interferometre svemirske skale. Ako se ostvare, radio astronomija će dostići granice bez presedana u rezoluciji nebeskih objekata. Pored prikupljanja energije koju emituju nebeska tela, radio-teleskopi mogu da "osvetljavaju" površinu tela Sunčevog sistema radio zracima. Signal poslat, recimo, sa Zemlje na Mjesec će se odbiti od površine našeg satelita i primiti ga isti teleskop koji je poslao signal. Ova metoda istraživanja naziva se radar. Uz pomoć radara možete puno naučiti. Po prvi put, astronomi su saznali da Merkur rotira oko svoje ose na ovaj način. Udaljenost do objekata, brzina njihovog kretanja i rotacije, njihov reljef, neki podaci o kemijskom sastavu površine - to su važne informacije koje se mogu saznati radarskim metodama. Najgrandiozniji primjer takvih studija je kompletno mapiranje površine Venere, koje je izvršio AMS "Magellan" na prijelazu iz 80-ih u 90-e. Kao što možda znate, ova planeta krije svoju površinu od ljudskog oka iza guste atmosfere. Radio talasi, s druge strane, nesmetano prolaze kroz oblake. Sada znamo o reljefu Venere bolje nego o reljefu Zemlje (!), jer nas na Zemlji pokrivač okeana sprečava da proučavamo većinu čvrste površine naše planete. Nažalost, brzina širenja radio talasa je velika, ali nije neograničena. Osim toga, s udaljenošću radioteleskopa od objekta povećava se raspršivanje poslanog i reflektiranog signala. Na udaljenosti Jupiter-Zemlja signal je već teško primiti. Radar - po astronomskim standardima, hladno oružje.