Χαρακτηριστικά ραδιοτηλεσκοπίων

Τα σύγχρονα ραδιοτηλεσκόπια καθιστούν δυνατή την εξερεύνηση του Σύμπαντος με τόση λεπτομέρεια, που μέχρι πρόσφατα ήταν πέρα ​​από τα όρια του δυνατού όχι μόνο στην εμβέλεια του ραδιοφώνου, αλλά και στην παραδοσιακή αστρονομία του ορατού φωτός. Ενωμένοι σε ένα ενιαίο δίκτυο οργάνων που βρίσκονται σε διαφορετικές ηπείρους, σας επιτρέπουν να κοιτάξετε τον ίδιο τον πυρήνα των ραδιογαλαξιών, των κβάζαρ, των νεαρών αστρικών σμηνών, που σχηματίζουν πλανητικά συστήματα. Τα ραδιοσυμβολόμετρα με πολύ μεγάλες γραμμές βάσης ξεπέρασαν τα μεγαλύτερα οπτικά τηλεσκόπια από άποψη «επαγρύπνησης» κατά χιλιάδες φορές. Με τη βοήθειά τους, μπορεί κανείς όχι μόνο να παρακολουθήσει την κίνηση των διαστημικών σκαφών κοντά σε μακρινούς πλανήτες, αλλά και να μελετήσει τις κινήσεις του φλοιού του πλανήτη μας, συμπεριλαμβανομένης της άμεσης "αίσθησης" της μετατόπισης των ηπείρων. Στη σειρά ακολουθούν τα διαστημικά ραδιοσυμβολόμετρα, τα οποία θα επιτρέψουν ακόμη βαθύτερη κατανόηση των μυστηρίων του σύμπαντος.

Η ατμόσφαιρα της γης δεν είναι διαφανής σε όλους τους τύπους ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που προέρχονται από το διάστημα. Έχει μόνο δύο φαρδιά «παράθυρα διαφάνειας». Το κέντρο ενός από αυτά πέφτει στην οπτική περιοχή, στην οποία βρίσκεται η μέγιστη ακτινοβολία του Ήλιου. Ως αποτέλεσμα της εξέλιξης, σε αυτόν προσαρμόστηκε το ανθρώπινο μάτι όσον αφορά την ευαισθησία, το οποίο αντιλαμβάνεται τα κύματα φωτός με μήκος 350 έως 700 νανόμετρα. (Στην πραγματικότητα, αυτό το παράθυρο διαφάνειας είναι ακόμη ελαφρώς ευρύτερο - από περίπου 300 έως 1.000 nm, δηλαδή, καταγράφει τις σχεδόν υπεριώδεις και υπέρυθρες περιοχές). Ωστόσο, το ουράνιο τόξο του ορατού φωτός είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα του πλούτου των «χρωμάτων» του Σύμπαντος. Στο δεύτερο μισό του 20ου αιώνα, η αστρονομία έγινε πραγματικά παντοκυματική. Η πρόοδος της τεχνολογίας επέτρεψε στους αστρονόμους να κάνουν παρατηρήσεις σε νέες περιοχές του φάσματος. Στην πλευρά του μικρού μήκους κύματος του ορατού φωτός βρίσκονται οι περιοχές υπεριώδους, ακτίνων Χ και γάμμα. Στην άλλη πλευρά υπάρχουν υπέρυθρες, υποχιλιοστά και ραδιοφωνικές ζώνες. Για καθένα από αυτά τα εύρη, υπάρχουν αστρονομικά αντικείμενα που εκδηλώνονται πιο ξεκάθαρα σε αυτό, αν και στην οπτική ακτινοβολία μπορεί να μην αντιπροσωπεύουν τίποτα το εξαιρετικό, έτσι οι αστρονόμοι απλά δεν τα πρόσεχαν μέχρι πρόσφατα.
Ένα από τα πιο ενδιαφέροντα και κατατοπιστικά εύρη του φάσματος για την αστρονομία είναι τα ραδιοκύματα. Η ακτινοβολία που καταγράφεται από την επίγεια ραδιοαστρονομία διέρχεται από ένα δεύτερο και πολύ ευρύτερο παράθυρο διαφάνειας της γήινης ατμόσφαιρας - στο εύρος μήκους κύματος από 1 mm έως 30 m. Η ιονόσφαιρα της Γης - ένα στρώμα ιονισμένου αερίου σε ύψος περίπου 70 km - ανακλά στο διάστημα όλη την ακτινοβολία σε μήκη κύματος μεγαλύτερα από 30 μ. Σε κύματα μικρότερα από 1 mm, η κοσμική ακτινοβολία «καταναλώνεται» εντελώς από τα μόρια της ατμόσφαιρας (κυρίως οξυγόνο και υδρατμούς).

Τα σύγχρονα ραδιοτηλεσκόπια καθιστούν δυνατή την εξερεύνηση του Σύμπαντος με τόση λεπτομέρεια, που μέχρι πρόσφατα ήταν πέρα ​​από τα όρια του δυνατού όχι μόνο στην εμβέλεια του ραδιοφώνου, αλλά και στην παραδοσιακή αστρονομία του ορατού φωτός. Ενωμένοι σε ένα ενιαίο δίκτυο οργάνων που βρίσκονται σε διαφορετικές ηπείρους, σας επιτρέπουν να κοιτάξετε τον ίδιο τον πυρήνα των ραδιογαλαξιών, των κβάζαρ, των νεαρών αστρικών σμηνών.
Το Arecibo στο Πουέρτο Ρίκο έχει τον μεγαλύτερο σταθερό στερεό καθρέφτη στον κόσμο - 305 μ. Μια δομή 800 τόνων κρέμεται σε καλώδια πάνω από το σφαιρικό μπολ. ​​Ο καθρέφτης περιβάλλεται από ένα μεταλλικό πλέγμα περιμετρικά, το οποίο προστατεύει το τηλεσκόπιο από ραδιοεκπομπές.	Η μεγαλύτερη στον κόσμο παραβολική κεραία πλήρους περιστροφής του Παρατηρητηρίου Green Bank (Δυτική Βιρτζίνια, ΗΠΑ). Ο καθρέφτης 100x110 m κατασκευάστηκε μετά από κατάρρευση μιας πλήρως περιστρεφόμενης κεραίας 90 m από το ίδιο της το βάρος το 1988.

Το κύριο χαρακτηριστικό ενός ραδιοτηλεσκοπίου είναι το σχέδιο ακτινοβολίας του. Δείχνει την ευαισθησία του οργάνου σε σήματα που προέρχονται από διαφορετικές κατευθύνσεις στο διάστημα. Για μια "κλασική" παραβολική κεραία, το σχέδιο ακτινοβολίας αποτελείται από τον κύριο λοβό, ο οποίος έχει τη μορφή κώνου προσανατολισμένου κατά μήκος του άξονα του παραβολοειδούς, και αρκετούς πολύ (κατά τάξεις μεγέθους) ασθενέστερους πλευρικούς λοβούς. Η «επαγρύπνηση» ενός ραδιοτηλεσκοπίου, δηλαδή η γωνιακή του ανάλυση, καθορίζεται από το πλάτος του κύριου λοβού του σχεδίου ακτινοβολίας. Δύο πηγές στον ουρανό, που μαζί πέφτουν στη λύση αυτού του πετάλου, συγχωνεύονται σε μία για το ραδιοτηλεσκόπιο. Επομένως, το πλάτος του σχεδίου ακτινοβολίας καθορίζει το μέγεθος των μικρότερων λεπτομερειών της ραδιοφωνικής πηγής, οι οποίες μπορούν ακόμα να διακριθούν μεμονωμένα.
Ένας παγκόσμιος κανόνας για την κατασκευή τηλεσκοπίου λέει ότι η ανάλυση μιας κεραίας καθορίζεται από την αναλογία του μήκους κύματος προς τη διάμετρο του κατόπτρου του τηλεσκοπίου. Επομένως, για να αυξηθεί η "επαγρύπνηση" το τηλεσκόπιο πρέπει να είναι μεγαλύτερο και το μήκος κύματος - μικρότερο. Αλλά όπως θα το είχε η τύχη, τα ραδιοτηλεσκόπια λειτουργούν με τα μεγαλύτερα μήκη κύματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Εξαιτίας αυτού, ακόμη και το τεράστιο μέγεθος των καθρεπτών δεν επιτρέπει την επίτευξη υψηλής ανάλυσης. Όχι το μεγαλύτερο σύγχρονο οπτικό τηλεσκόπιο με διάμετρο καθρέφτη 5 m μπορεί να διακρίνει αστέρια σε απόσταση μόλις 0,02 δευτερολέπτων τόξου. Λεπτομέρειες περίπου ενός λεπτού τόξου είναι ορατές με γυμνό μάτι. Και ένα ραδιοτηλεσκόπιο με διάμετρο 20 m σε μήκος κύματος 2 cm δίνει ανάλυση ακόμη τρεις φορές χειρότερη - περίπου 3 λεπτά τόξου. Ένα στιγμιότυπο ενός τμήματος του ουρανού που τραβήχτηκε από μια ερασιτεχνική κάμερα περιέχει περισσότερες λεπτομέρειες από έναν χάρτη ραδιοεκπομπών της ίδιας περιοχής που λαμβάνεται από ένα μόνο ραδιοτηλεσκόπιο.
Ένα ευρύ μοτίβο ακτινοβολίας περιορίζει όχι μόνο την οπτική οξύτητα του τηλεσκοπίου, αλλά και την ακρίβεια του προσδιορισμού των συντεταγμένων των παρατηρούμενων αντικειμένων. Εν τω μεταξύ, απαιτούνται ακριβείς συντεταγμένες για τη σύγκριση των παρατηρήσεων ενός αντικειμένου σε διαφορετικά εύρη ε/μαγνητικής ακτινοβολίας - αυτή είναι μια απαραίτητη απαίτηση της σύγχρονης αστροφυσικής έρευνας. Ως εκ τούτου, οι αστρονόμοι του ραδιοφώνου πάντα προσπαθούσαν να δημιουργήσουν τις μεγαλύτερες δυνατές κεραίες. Και, παραδόξως, η ραδιοαστρονομία κατέληξε πολύ πιο μπροστά από την οπτική σε ανάλυση.

Η αρχή της λειτουργίας των ραδιοτηλεσκοπίων
Πλήρως περιστρεφόμενες παραβολικές κεραίες - ανάλογα των τηλεσκοπίων οπτικής ανάκλασης - αποδείχθηκαν οι πιο ευέλικτες σε λειτουργία από όλη την ποικιλία κεραιών ραδιοαστρονομίας. Μπορούν να κατευθυνθούν σε οποιοδήποτε σημείο του ουρανού, να ακολουθήσουν την ραδιοφωνική πηγή - "συσσωρεύστε το σήμα", όπως λένε οι αστρονόμοι ραδιοφώνου - και έτσι να αυξήσουν την ευαισθησία του τηλεσκοπίου, την ικανότητά του να διακρίνει πολύ πιο αδύναμα σήματα από κοσμικές πηγές σε σχέση με το κάθε είδους θόρυβος. Το πρώτο μεγάλο παραβολοειδές πλήρους στροφής με διάμετρο 76 m κατασκευάστηκε το 1957 στο Βρετανικό Παρατηρητήριο Jodrell Bank. Και σήμερα, το πιάτο της μεγαλύτερης κεραίας κινητής τηλεφωνίας στον κόσμο στο Παρατηρητήριο Green Bank (ΗΠΑ) έχει διαστάσεις 100 επί 110 μ. Και αυτό είναι πρακτικά το όριο για μεμονωμένα κινητά ραδιοτηλεσκόπια. Η αύξηση της διαμέτρου έχει τρεις σημαντικές συνέπειες: δύο καλές και μία κακή. Πρώτον, το πιο σημαντικό πράγμα για εμάς είναι ότι η γωνιακή ανάλυση αυξάνεται ανάλογα με τη διάμετρο. Δεύτερον, η ευαισθησία αυξάνεται και πολύ πιο γρήγορα, ανάλογα με την περιοχή του καθρέφτη, δηλαδή το τετράγωνο της διαμέτρου. Και, τρίτον, το κόστος αυξάνεται ακόμη πιο γρήγορα, το οποίο στην περίπτωση ενός τηλεσκοπίου καθρέφτη (τόσο οπτικού όσο και ραδιοφώνου) είναι περίπου ανάλογο με τον κύβο της διαμέτρου του κύριου καθρέφτη του.
Οι κύριες δυσκολίες σχετίζονται με την παραμόρφωση του καθρέφτη υπό τη δράση της βαρύτητας. Προκειμένου ο καθρέφτης του τηλεσκοπίου να εστιάσει καθαρά τα ραδιοκύματα, οι αποκλίσεις της επιφάνειας από μια ιδανική παραβολική επιφάνεια δεν πρέπει να υπερβαίνουν το ένα δέκατο του μήκους κύματος. Τέτοια ακρίβεια επιτυγχάνεται εύκολα για μήκη κύματος αρκετών μέτρων ή δεκατόμετρων. Αλλά σε μικρά μήκη κύματος εκατοστών και χιλιοστών, η απαιτούμενη ακρίβεια είναι ήδη δέκατα του χιλιοστού. Λόγω των δομικών παραμορφώσεων υπό το βάρος του και τα φορτία ανέμου, είναι σχεδόν αδύνατο να δημιουργηθεί ένα παραβολικό τηλεσκόπιο πλήρους περιστροφής με διάμετρο μεγαλύτερη από 150 m. Το μεγαλύτερο σταθερό πιάτο με διάμετρο 305 m κατασκευάστηκε στο Αστεροσκοπείο Arecibo. Πουέρτο Ρίκο. Αλλά συνολικά, η εποχή της γιγαντομανίας στην κατασκευή ραδιοτηλεσκοπίων έφτασε στο τέλος της. Στο Μεξικό, στο βουνό Sierra Negra, σε υψόμετρο 4.600 μέτρων, ολοκληρώνεται η κατασκευή κεραίας 50 μέτρων για λειτουργία κυμάτων χιλιοστών. Ίσως αυτή είναι η τελευταία μεγάλη ενιαία κεραία που δημιουργήθηκε στον κόσμο.
Για να δούμε τις λεπτομέρειες της δομής των πηγών ραδιοφώνου, χρειάζονται άλλες προσεγγίσεις, τις οποίες πρέπει να καταλάβουμε. Τα ραδιοκύματα που εκπέμπονται από ένα παρατηρούμενο αντικείμενο διαδίδονται στο διάστημα, δημιουργώντας περιοδικές αλλαγές στο ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο. Μια παραβολική κεραία συλλέγει τα ραδιοκύματα που έχουν πέσει πάνω της σε ένα σημείο - την εστίαση. Όταν πολλά ηλεκτρομαγνητικά κύματα περνούν από ένα σημείο, παρεμβάλλονται, δηλαδή αθροίζονται τα πεδία τους. Αν τα κύματα έρθουν σε φάση, ενισχύουν το ένα το άλλο, σε αντιφάση, εξασθενούν, μέχρι το πλήρες μηδέν. Η ιδιαιτερότητα ενός παραβολικού καθρέφτη είναι ακριβώς ότι όλα τα κύματα από μια πηγή εστιάζονται σε μια φάση και ενισχύουν το ένα το άλλο όσο το δυνατόν περισσότερο! Η λειτουργία όλων των τηλεσκοπίων καθρέφτη βασίζεται σε αυτή την ιδέα.
Στην εστίαση εμφανίζεται ένα φωτεινό σημείο και συνήθως τοποθετείται ένας δέκτης, ο οποίος μετρά τη συνολική ένταση της ακτινοβολίας που συλλαμβάνεται εντός των ορίων του σχεδίου ακτινοβολίας του τηλεσκοπίου. Σε αντίθεση με την οπτική αστρονομία, ένα ραδιοτηλεσκόπιο δεν μπορεί να τραβήξει φωτογραφία ενός τμήματος του ουρανού. Κάθε στιγμή, ανιχνεύει ακτινοβολία που προέρχεται από μία μόνο κατεύθυνση. Σε γενικές γραμμές, ένα ραδιοτηλεσκόπιο λειτουργεί σαν μια κάμερα ενός εικονοστοιχείου. Για να δημιουργήσετε μια εικόνα, πρέπει να σαρώσετε την πηγή του ραδιοφώνου σημείο προς σημείο. (Ωστόσο, το ραδιοτηλεσκόπιο χιλιοστών υπό κατασκευή στο Μεξικό έχει μια συστοιχία ραδιομέτρων στην εστίαση και δεν είναι πλέον "single-pixel".)

"Ομαδικό παιχνίδι ραδιοτηλεσκοπίων"
Ωστόσο, μπορείτε να το κάνετε διαφορετικά. Αντί να φέρουμε όλες τις ακτίνες σε ένα σημείο, μπορούμε να μετρήσουμε και να καταγράψουμε τις ταλαντώσεις του ηλεκτρικού πεδίου που δημιουργούνται από καθεμία από αυτές στην επιφάνεια του καθρέφτη (ή σε άλλο σημείο από το οποίο διέρχεται η ίδια δέσμη) και στη συνέχεια να "προσθέσουμε" αυτές τις εγγραφές σε επεξεργασία συσκευής υπολογιστή, λαμβάνοντας υπόψη τη μετατόπιση φάσης που αντιστοιχεί στην απόσταση που έπρεπε να διανύσει κάθε ένα από τα κύματα στη νοητή εστία της κεραίας. Μια συσκευή που λειτουργεί σύμφωνα με αυτήν την αρχή ονομάζεται συμβολόμετρο, στην περίπτωσή μας, ραδιοσυμβολόμετρο.
Τα συμβολόμετρα εξαλείφουν την ανάγκη κατασκευής τεράστιων μονοκόμματων κεραιών. Αντίθετα, δεκάδες, εκατοντάδες ή και χιλιάδες κεραίες μπορούν να τοποθετηθούν η μία δίπλα στην άλλη και να συνδυαστούν τα σήματα που λαμβάνουν. Τέτοια τηλεσκόπια ονομάζονται συστοιχίες σε φάση. Ωστόσο, εξακολουθούν να μην λύνουν το πρόβλημα της "επαγρύπνησης" - γι 'αυτό πρέπει να κάνετε ένα ακόμη βήμα. Όπως θυμάστε, καθώς το μέγεθος ενός ραδιοτηλεσκοπίου μεγαλώνει, η ευαισθησία του αυξάνεται πολύ πιο γρήγορα από την ανάλυσή του. Επομένως, βρισκόμαστε γρήγορα σε μια κατάσταση όπου η ισχύς του καταγεγραμμένου σήματος είναι υπεραρκετή και η γωνιακή ανάλυση λείπει πολύ. Και τότε τίθεται το ερώτημα: «Γιατί χρειαζόμαστε μια συμπαγή συστοιχία κεραιών; Δεν μπορεί να αραιωθεί;» Αποδείχθηκε ότι είναι δυνατό! Αυτή η ιδέα ονομάζεται «σύνθεση διαφράγματος», καθώς ένας καθρέφτης πολύ μεγαλύτερης διαμέτρου «συντίθεται» από πολλές ξεχωριστές ανεξάρτητες κεραίες τοποθετημένες σε μια μεγάλη περιοχή. Η ανάλυση ενός τέτοιου "συνθετικού" οργάνου καθορίζεται όχι από τη διάμετρο των μεμονωμένων κεραιών, αλλά από την απόσταση μεταξύ τους - τη βάση του ραδιοσυμβολόμετρου. Φυσικά, πρέπει να υπάρχουν τουλάχιστον τρεις κεραίες και δεν πρέπει να βρίσκονται σε μία ευθεία γραμμή. Διαφορετικά, η ανάλυση του ραδιοσυμβολόμετρου θα είναι εξαιρετικά ανομοιογενής. Θα είναι ψηλά μόνο στην κατεύθυνση κατά την οποία απέχουν οι κεραίες. Στην εγκάρσια κατεύθυνση, η ανάλυση θα εξακολουθεί να καθορίζεται από το μέγεθος των επιμέρους κεραιών.
Η ραδιοαστρονομία άρχισε να αναπτύσσεται σε αυτό το μονοπάτι ήδη από τη δεκαετία του 1970. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, δημιουργήθηκαν πολλά μεγάλα παρεμβολόμετρα πολλαπλών κεραιών. Μερικά από αυτά έχουν σταθερές κεραίες, ενώ άλλα μπορούν να κινηθούν κατά μήκος της επιφάνειας της γης για να κάνουν παρατηρήσεις σε διαφορετικές «διαμορφώσεις». Τέτοια παρεμβολόμετρα κατασκευάζουν "συνθετικούς" χάρτες ραδιοπηγών με πολύ υψηλότερη ανάλυση από τα μεμονωμένα ραδιοτηλεσκόπια: στα κύματα εκατοστών φτάνει το 1 τόξο δευτερόλεπτο, και αυτό είναι ήδη συγκρίσιμο με την ανάλυση των οπτικών τηλεσκοπίων κατά την παρατήρηση μέσω της ατμόσφαιρας της Γης.

Το πιο διάσημο σύστημα αυτού του τύπου - "Very Large Array" (Very Large Array, VLA) - κατασκευάστηκε το 1980 στο Εθνικό Ραδιοαστρονομικό Παρατηρητήριο των ΗΠΑ. Οι 27 παραβολικές κεραίες του, η καθεμία με διάμετρο 25 m και βάρος 209 τόνους, κινούνται κατά μήκος τριών ακτινωτών σιδηροδρομικών γραμμών και μπορούν να απομακρυνθούν από το κέντρο του συμβολόμετρου σε απόσταση έως και 21 km. Άλλα συστήματα λειτουργούν επίσης σήμερα: το Westerbork στην Ολλανδία (14 κεραίες με διάμετρο 25 m), το ATCA στην Αυστραλία (6 κεραίες των 22 m έκαστη), το MERLIN στο Ηνωμένο Βασίλειο. Το πιο πρόσφατο σύστημα, μαζί με άλλα 6 όργανα διάσπαρτα σε όλη τη χώρα, περιλαμβάνει το περίφημο τηλεσκόπιο των 76 μέτρων. Στη Ρωσία (στη Buryatia) δημιουργήθηκε το ηλιακό ραδιοσυμβολόμετρο της Σιβηρίας - ένα ειδικό σύστημα κεραιών για τη λειτουργική μελέτη του Ήλιου στη ραδιοεικόνα.
Το 1965, οι Σοβιετικοί επιστήμονες L.I. Matveenko, N.S. Kardashev, G.B. Ο Sholomitsky πρότεινε να καταγράψει ανεξάρτητα δεδομένα σε κάθε κεραία συμβολόμετρου και στη συνέχεια να τα επεξεργαστεί από κοινού, σαν να προσομοιώνει το φαινόμενο της παρεμβολής σε έναν υπολογιστή. Αυτό επιτρέπει στις κεραίες να απλώνονται σε αυθαίρετα μεγάλες αποστάσεις. Επομένως, η μέθοδος ονομάστηκε πολύ μεγάλη ραδιοσυμβολομετρία βάσης (VLBI) και έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία από τις αρχές της δεκαετίας του 1970. Το μήκος βάσης ρεκόρ που επιτεύχθηκε στα πειράματα είναι 12,2 χιλιάδες km και η ανάλυση σε μήκος κύματος περίπου 3 mm φτάνει τα 0,00008 '' - τρεις τάξεις μεγέθους υψηλότερο από αυτό των μεγάλων οπτικών τηλεσκοπίων. Είναι απίθανο αυτό το αποτέλεσμα να βελτιωθεί σημαντικά στη Γη, αφού το μέγεθος της βάσης περιορίζεται από τη διάμετρο του πλανήτη μας.
Επί του παρόντος, πραγματοποιούνται συστηματικές παρατηρήσεις από διάφορα δίκτυα διηπειρωτικών ραδιοσυμβολομέτρων. Στις Ηνωμένες Πολιτείες δημιουργήθηκε ένα σύστημα που περιλαμβάνει 10 ραδιοτηλεσκόπια μέσης διαμέτρου 25 m, που βρίσκονται στο ηπειρωτικό τμήμα της χώρας, στις Χαβάης και τις Παρθένες Νήσους. Στην Ευρώπη, για πειράματα VLBI, το τηλεσκόπιο της Βόννης 100 μέτρων και το τηλεσκόπιο 32 μέτρων στην Medicina (Ιταλία), τα συμβολόμετρα MERLIN, το Westerbork και άλλα όργανα συνδυάζονται τακτικά. Αυτό το σύστημα ονομάζεται EVN. Υπάρχει επίσης ένα παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων για αστρομετρία και γεωδαισία IVS. Και πρόσφατα, η Ρωσία άρχισε να λειτουργεί το δικό της παρεμβολομετρικό δίκτυο "Kvazar" με τρεις κεραίες 32 μέτρων που βρίσκονται στην περιοχή του Λένινγκραντ, στον Βόρειο Καύκασο και στην Μπουριατία. Είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τα τηλεσκόπια δεν είναι άκαμπτα συνδεδεμένα με δίκτυα VLBI. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν αυτόνομα ή να εναλλάσσονται μεταξύ δικτύων.
Η πολύ μεγάλη συμβολομετρία βασικής γραμμής απαιτεί πολύ υψηλή ακρίβεια μέτρησης: είναι απαραίτητο να καθοριστεί η χωρική κατανομή των μέγιστων και ελάχιστων ηλεκτρομαγνητικών πεδίων με ακρίβεια κλάσματος μήκους κύματος, δηλαδή για μικρά κύματα σε κλάσματα ενός εκατοστού. Και με την υψηλότερη ακρίβεια, σημειώστε τα χρονικά σημεία στα οποία έγιναν οι μετρήσεις σε κάθε κεραία. Τα πρότυπα ατομικής συχνότητας χρησιμοποιούνται ως εξαιρετικά ακριβή ρολόγια σε πειράματα VLBI. Αλλά μην νομίζετε ότι τα ραδιοσυμβολόμετρα δεν έχουν μειονεκτήματα. Σε αντίθεση με μια συμπαγή παραβολική κεραία, το σχέδιο κατευθυντικότητας ενός συμβολόμετρου έχει εκατοντάδες και χιλιάδες στενούς λοβούς συγκρίσιμου μεγέθους αντί για έναν κύριο λοβό. Η κατασκευή ενός χάρτη πηγής με τέτοιο μοτίβο ακτινοβολίας είναι σαν να αγγίζετε ένα πληκτρολόγιο υπολογιστή με τεντωμένα δάχτυλα. Η αποκατάσταση εικόνας είναι μια πολύπλοκη και, επιπλέον, «λανθασμένη» (δηλαδή, ασταθής σε μικρές αλλαγές στα αποτελέσματα των μετρήσεων), την οποία, ωστόσο, οι αστρονόμοι του ραδιοφώνου έχουν μάθει να επιλύουν.

Επιτεύγματα ραδιοσυμβολομετρίας
Τα ραδιοσυμβολόμετρα με γωνιακή ανάλυση χιλιοστών του δευτερολέπτου τόξου "κοίταξαν" στις πιο εσωτερικές περιοχές των πιο ισχυρών "ραδιοφάρων" του Σύμπαντος - ραδιοφωνικούς γαλαξίες και κβάζαρ, που εκπέμπουν στο εύρος του ραδιοφώνου δεκάδες εκατομμύρια φορές πιο έντονες από συνηθισμένοι γαλαξίες. Ήταν δυνατό να «δούμε» πώς τα σύννεφα πλάσματος εκτοξεύονται από τους πυρήνες των γαλαξιών και των κβάζαρ, για να μετρηθεί η ταχύτητα της κίνησής τους, η οποία αποδείχθηκε ότι ήταν κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Πολλά ενδιαφέροντα πράγματα ανακαλύφθηκαν στον Γαλαξία μας. Στην περιοχή των νεαρών αστεριών, έχουν βρεθεί πηγές ραδιοεκπομπής μέιζερ (το μέιζερ είναι ανάλογο ενός οπτικού λέιζερ, αλλά στην περιοχή ραδιοφώνου) στις φασματικές γραμμές του νερού, του υδροξυλίου (OH) και της μεθανόλης (CH 3 OH) μόρια. Σε κοσμική κλίμακα, οι πηγές είναι πολύ μικρές - μικρότερες από το ηλιακό σύστημα. Ξεχωριστά φωτεινά σημεία στους ραδιοχάρτες που λαμβάνονται από τα συμβολόμετρα μπορεί να είναι τα έμβρυα πλανητών.
Τέτοιοι μέιζερ έχουν βρεθεί και σε άλλους γαλαξίες. Η αλλαγή στις θέσεις των κηλίδων μέιζερ κατά τη διάρκεια πολλών ετών, που παρατηρήθηκε στον γειτονικό γαλαξία M33 στον αστερισμό του Τριγώνου, για πρώτη φορά κατέστησε δυνατή την άμεση εκτίμηση της ταχύτητας της περιστροφής και της κίνησής του στον ουρανό. Οι μετρούμενες μετατοπίσεις είναι αμελητέες, η ταχύτητά τους είναι πολλές χιλιάδες φορές μικρότερη από την ταχύτητα ενός σαλιγκαριού που σέρνεται κατά μήκος της επιφάνειας του Άρη ορατό σε έναν γήινο παρατηρητή. Ένα τέτοιο πείραμα είναι ακόμη πολύ πέρα ​​από τις δυνατότητες της οπτικής αστρονομίας: είναι απλώς πέρα ​​από τις δυνάμεις του να παρατηρήσει τις σωστές κινήσεις μεμονωμένων αντικειμένων σε διαγαλαξιακές αποστάσεις. Τέλος, οι παρεμβολομετρικές παρατηρήσεις έχουν δώσει νέα στοιχεία για την ύπαρξη υπερμεγέθων μαύρων τρυπών. Γύρω από τον πυρήνα του ενεργού γαλαξία NGC 4258, ανακαλύφθηκαν συστάδες ύλης που κινούνται σε τροχιές με ακτίνα όχι μεγαλύτερη από τρία έτη φωτός, ενώ οι ταχύτητες τους φτάνουν χιλιάδες χιλιόμετρα το δευτερόλεπτο. Αυτό σημαίνει ότι η μάζα του κεντρικού σώματος είναι τουλάχιστον ένα δισεκατομμύριο ηλιακές μάζες, και δεν μπορεί να είναι τίποτα άλλο από μια μαύρη τρύπα.
Μια σειρά από ενδιαφέροντα αποτελέσματα έχουν ληφθεί με τη μέθοδο VLBI σε παρατηρήσεις στο ηλιακό σύστημα. Ας ξεκινήσουμε με το πιο ακριβές ποσοτικό τεστ της γενικής σχετικότητας μέχρι σήμερα. Το συμβολόμετρο μέτρησε την απόκλιση των ραδιοκυμάτων στο βαρυτικό πεδίο του Ήλιου με ακρίβεια εκατοστό του τοις εκατό. Αυτό είναι δύο τάξεις μεγέθους πιο ακριβές από ό,τι επιτρέπουν οι οπτικές παρατηρήσεις. Τα παγκόσμια ραδιοσυμβολόμετρα χρησιμοποιούνται επίσης για την παρακολούθηση της κίνησης των διαστημικών σκαφών που μελετούν άλλους πλανήτες. Την πρώτη φορά που ένα τέτοιο πείραμα πραγματοποιήθηκε το 1985, όταν τα σοβιετικά οχήματα "Vega-1" και "-2" έριξαν μπαλόνια στην ατμόσφαιρα της Αφροδίτης. Οι παρατηρήσεις επιβεβαίωσαν την ταχεία κυκλοφορία της ατμόσφαιρας του πλανήτη με ταχύτητα περίπου 70 m/s, δηλαδή μια περιστροφή γύρω από τον πλανήτη σε 6 ημέρες. Αυτό είναι ένα εκπληκτικό γεγονός που δεν έχει ακόμη εξηγηθεί.
Το 2004, παρόμοιες παρατηρήσεις που αφορούσαν ένα δίκτυο 18 ραδιοτηλεσκοπίων σε διαφορετικές ηπείρους συνόδευσαν την προσγείωση του διαστημικού σκάφους Huygens στο φεγγάρι του Κρόνου Τιτάνα. Από απόσταση 1,2 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων, παρακολούθησαν πώς κινείται η συσκευή στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα με ακρίβεια δεκάδων χιλιομέτρων! Δεν είναι ευρέως γνωστό ότι σχεδόν οι μισές επιστημονικές πληροφορίες χάθηκαν κατά την απόβαση του Huygens. Ο ανιχνευτής μετέφερε δεδομένα μέσω του σταθμού Cassini, ο οποίος τον μετέφερε στον Κρόνο. Για αξιοπιστία, παρασχέθηκαν δύο πλεονάζοντα κανάλια μετάδοσης δεδομένων. Ωστόσο, λίγο πριν την προσγείωση, αποφασίστηκε να μεταδοθούν διαφορετικές πληροφορίες για αυτά. Αλλά την πιο κρίσιμη στιγμή, λόγω μιας ακόμη ανεξήγητης βλάβης, ένας από τους δέκτες στο Cassini δεν άναψε και οι μισές φωτογραφίες εξαφανίστηκαν. Και μαζί με αυτά εξαφανίστηκαν και τα δεδομένα για την ταχύτητα του ανέμου στην ατμόσφαιρα του Τιτάνα, τα οποία μεταδόθηκαν ακριβώς πάνω από το αποσυνδεδεμένο κανάλι. Ευτυχώς, η NASA κατάφερε να το παίξει με ασφάλεια - η κάθοδος των Huygens παρατηρήθηκε από τη Γη από ένα παγκόσμιο ραδιοσυμβολόμετρο. Αυτό, προφανώς, θα σώσει τα δεδομένα που λείπουν για τη δυναμική της ατμόσφαιρας του Τιτάνα. Τα αποτελέσματα αυτού του πειράματος εξακολουθούν να υποβάλλονται σε επεξεργασία στο Ευρωπαϊκό Κοινό Ραδιοσυμβολομετρικό Ινστιτούτο και, παρεμπιπτόντως, οι συμπατριώτες μας Leonid Gurvits και Sergey Pogrebenko το κάνουν αυτό.

Το μέλλον της ραδιοσυμβολομετρίας
Τουλάχιστον τον επόμενο μισό αιώνα, η γενική γραμμή ανάπτυξης της ραδιοαστρονομίας θα είναι η δημιουργία ολοένα και μεγαλύτερων συστημάτων σύνθεσης διαφραγμάτων - όλα τα μεγάλα όργανα που σχεδιάζονται είναι συμβολόμετρα. Έτσι, στο οροπέδιο Chajnantor στη Χιλή, κοινές προσπάθειες ορισμένων ευρωπαϊκών και αμερικανικών χωρών άρχισαν την κατασκευή του συστήματος κεραιών κύματος χιλιοστών ALMA (Atacama Large Millimeter Array). Συνολικά θα υπάρχουν 64 κεραίες με διάμετρο 12 μέτρα με εύρος μήκους κύματος λειτουργίας από 0,35 έως 10 mm. Η μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ των κεραιών ALMA θα είναι 14 χιλιόμετρα. Λόγω του πολύ ξηρού κλίματος και του μεγάλου υψομέτρου (5100 m), το σύστημα θα μπορεί να παρατηρεί σε κύματα μικρότερα από ένα χιλιοστό. Σε άλλα μέρη και σε χαμηλότερο υψόμετρο, αυτό δεν είναι δυνατό λόγω της απορρόφησης τέτοιας ακτινοβολίας από τους υδρατμούς στον αέρα. Η κατασκευή του ALMA θα ολοκληρωθεί έως το 2011.

Ραδιοτηλεσκόπια του παρόντος και του εγγύς μέλλοντος χρόνου στη Γη και στο Διάστημα
	Έργο "Radioastron", που ξεκίνησε το 2007

Το ευρωπαϊκό σύστημα σύνθεσης διαφράγματος LOFAR θα λειτουργεί σε πολύ μεγαλύτερα μήκη κύματος - από 1,2 έως 10 μ. Θα τεθεί σε λειτουργία μέσα στα επόμενα τρία χρόνια. Αυτό είναι ένα πολύ ενδιαφέρον έργο: για να μειώσει το κόστος, χρησιμοποιεί τις απλούστερες σταθερές κεραίες - πυραμίδες από μεταλλικές ράβδους ύψους περίπου 1,5 m με ενισχυτή σήματος. Αλλά θα υπάρχουν 25 χιλιάδες τέτοιες κεραίες στο σύστημα. Θα ενωθούν σε ομάδες που θα τοποθετηθούν σε όλη την Ολλανδία κατά μήκος των ακτίνων ενός «κυρτού πεντάκτινου αστέρα» με διάμετρο περίπου 350 km. Κάθε κεραία θα λαμβάνει σήματα από ολόκληρο τον ορατό ουρανό, αλλά η κοινή τους επεξεργασία υπολογιστή θα επιτρέψει να ξεχωρίσουμε εκείνα που προέρχονται από κατευθύνσεις που ενδιαφέρουν τους επιστήμονες. Σε αυτή την περίπτωση, ένα σχέδιο κατευθυντικότητας του συμβολόμετρου σχηματίζεται με καθαρά υπολογιστικά μέσα, το πλάτος του οποίου στο μικρότερο μήκος κύματος θα είναι 1 δευτερόλεπτο τόξου. Η λειτουργία του συστήματος θα απαιτήσει τεράστιο όγκο υπολογισμών, αλλά για τους σημερινούς υπολογιστές αυτό είναι αρκετά εφικτό. Για την επίλυση αυτού του προβλήματος, ο ισχυρότερος υπερυπολογιστής της Ευρώπης IBM Blue Gene/L με 12.288 επεξεργαστές εγκαταστάθηκε πέρυσι στην Ολλανδία. Επιπλέον, με την κατάλληλη επεξεργασία σήματος (που απαιτεί ακόμη περισσότερη ισχύ υπολογιστή), το LOFAR θα μπορεί να παρατηρεί ταυτόχρονα πολλά και ακόμη και πολλά αντικείμενα!
Όμως το πιο φιλόδοξο έργο στο εγγύς μέλλον είναι το SKA (Square Kilometer Array). Η συνολική έκταση των κεραιών του θα είναι περίπου 1 km2 και το κόστος του οργάνου υπολογίζεται σε ένα δισεκατομμύριο δολάρια. Το έργο SKA βρίσκεται ακόμη σε πρώιμο στάδιο ανάπτυξης. Η κύρια επιλογή σχεδιασμού που συζητείται είναι χιλιάδες κεραίες με διάμετρο αρκετών μέτρων, που λειτουργούν στην περιοχή από 3 mm έως 5 m. Επιπλέον, οι μισές από αυτές σχεδιάζονται να εγκατασταθούν σε τοποθεσία με διάμετρο 5 km, και ξεκουραστεί για να απλωθεί σε σημαντικές αποστάσεις. Κινέζοι επιστήμονες πρότειναν ένα εναλλακτικό σχέδιο - 8 σταθερά κάτοπτρα με διάμετρο 500 m το καθένα, παρόμοια με το τηλεσκόπιο Arecibo. Έχουν προταθεί ακόμη και κατάλληλες ξηρές λίμνες για να τις στεγάσουν. Ωστόσο, τον Σεπτέμβριο, η Κίνα αποχώρησε από τον αριθμό των χωρών - διεκδικητών για την τοποθέτηση ενός γιγαντιαίου τηλεσκοπίου. Τώρα ο κύριος αγώνας θα ξεδιπλωθεί μεταξύ Αυστραλίας και Νότιας Αφρικής.
Οι δυνατότητες αύξησης της βάσης των επίγειων συμβολομέτρων έχουν πρακτικά εξαντληθεί. Το μέλλον είναι η εκτόξευση κεραιών συμβολομέτρων στο διάστημα, όπου δεν υπάρχουν περιορισμοί που να σχετίζονται με το μέγεθος του πλανήτη μας. Ένα τέτοιο πείραμα έχει ήδη πραγματοποιηθεί. Τον Φεβρουάριο του 1997 εκτοξεύτηκε ο ιαπωνικός δορυφόρος HALCA, ο οποίος λειτούργησε μέχρι τον Νοέμβριο του 2003 και ολοκλήρωσε το πρώτο στάδιο ανάπτυξης του διεθνούς έργου VSOP (VLBI Space Observatory Program - VLBI Space Observatory Program). Ο δορυφόρος έφερε μια κεραία σε σχήμα ομπρέλας διαμέτρου 8 μέτρων και λειτουργούσε σε μια ελλειπτική γήινη τροχιά που παρείχε μια βάση τρεις φορές τη διάμετρο της Γης. Ελήφθησαν εικόνες πολλών εξωγαλαξιακών ραδιοπηγών με ανάλυση χιλιοστών του δευτερολέπτου τόξου. Η επόμενη φάση του πειράματος διαστημικής συμβολομετρίας, VSOP-2, έχει προγραμματιστεί να ξεκινήσει το 2011-2012. Ένα άλλο όργανο αυτού του τύπου δημιουργείται στο πλαίσιο του έργου Radioastron από το Αστροδιαστημικό Κέντρο του Φυσικού Ινστιτούτου. Π.Ν. Lebedev RAS μαζί με επιστήμονες από άλλες χώρες. Ο δορυφόρος Radioastron θα έχει παραβολικό κάτοπτρο με διάμετρο 10 μ. Κατά την εκτόξευση θα είναι σε αναδιπλωμένη κατάσταση και αφού μπει σε τροχιά θα γυρίσει. Το Radioastron θα είναι εξοπλισμένο με δέκτες για πολλά μήκη κύματος - από 1,2 έως 92 εκ. Τα ραδιοτηλεσκόπια σε Pushchino (Ρωσία), Canberra (Αυστραλία) και Green Bank (ΗΠΑ) θα χρησιμοποιηθούν ως επίγειες κεραίες του διαστημικού συμβολόμετρου. Η τροχιά του δορυφόρου θα είναι πολύ επιμήκης, με απόγειο 350.000 km. Με μια τέτοια βάση συμβολόμετρου στο μικρότερο μήκος κύματος, θα είναι δυνατή η λήψη εικόνων ραδιοπηγών και η μέτρηση των συντεταγμένων τους με ακρίβεια 8 εκατομμυριοστών του δευτερολέπτου τόξου. Αυτό θα καταστήσει δυνατή την εξέταση στην άμεση γειτνίαση των πυρήνων των ραδιογαλαξιών και των μαύρων τρυπών, στα βάθη των περιοχών σχηματισμού νεαρών αστεριών στον Γαλαξία.

Οι συγγραφείς του υλικού: Mikhail Prokhorov, Διδάκτωρ Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών και Georgy Rudnitsky, Υποψήφιος Φυσικών και Μαθηματικών Επιστημών Περιοδικό "Aound the World": Το πιο έντονο τηλεσκόπιο

Ρώσοι επιστήμονες αναπτύσσουν επίσης ένα πιο προηγμένο διαστημικό ραδιοτηλεσκόπιο για λειτουργία σε εύρος χιλιοστών και υποχιλιοστών - το Millimetron. Ο καθρέφτης αυτού του οργάνου θα ψύχεται με υγρό ήλιο στους 4 Kelvin (-269°C) για μείωση του θερμικού θορύβου και βελτίωση της ευαισθησίας. Εξετάζονται διάφορες επιλογές για τη λειτουργία αυτού του συμβολόμετρου σύμφωνα με τα σχήματα "Space-to-Earth" και "Space-to-Space" (μεταξύ δύο τηλεσκοπίων σε δορυφόρους). Η συσκευή μπορεί να εκτοξευθεί στην ίδια επιμήκη τροχιά όπως στο έργο Radioastron ή στο σημείο Lagrange του συστήματος Ήλιου-Γης, σε απόσταση 1,5 εκατομμυρίου χιλιομέτρων στην αντί-ηλιο κατεύθυνση από τη Γη (αυτό είναι 4 φορές πιο μακριά παρά η Σελήνη). Στην τελευταία έκδοση, σε μήκος κύματος 0,35 mm, το συμβολόμετρο Cosmos-Earth θα παρέχει γωνιακή ανάλυση έως και 45 δισεκατομμύρια κλάσματα του δευτερολέπτου τόξου!

Χρήση του VLBI για τη Γη Η μέθοδος της ραδιοσυμβολομετρίας έχει επίσης καθαρά πρακτικές εφαρμογές - όχι μάταια, για παράδειγμα, στην Αγία Πετρούπολη, το Ινστιτούτο Εφαρμοσμένης Αστρονομίας της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών ασχολείται με αυτό το θέμα. Οι παρατηρήσεις VLBI καθιστούν δυνατό όχι μόνο τον προσδιορισμό των συντεταγμένων των ραδιοπηγών με ακρίβεια δέκα χιλιοστών του δευτερολέπτου τόξου, αλλά και τη μέτρηση των θέσεων των ίδιων των ραδιοτηλεσκοπίων στη Γη με ακρίβεια μεγαλύτερη από ένα χιλιοστό. Αυτό, με τη σειρά του, καθιστά δυνατή την παρακολούθηση των διακυμάνσεων στην περιστροφή της Γης και τις κινήσεις του φλοιού της Γης με την υψηλότερη ακρίβεια. Για παράδειγμα, με τη χρήση του VLBI επιβεβαιώθηκε πειραματικά η κίνηση των ηπείρων. Σήμερα, η καταγραφή τέτοιων κινήσεων έχει γίνει ήδη θέμα ρουτίνας. Οι παρεμβολομετρικές παρατηρήσεις μακρινών ραδιογαλαξιών έχουν εισέλθει σταθερά στο οπλοστάσιο της γεωφυσικής μαζί με τον σεισμικό ήχο της Γης. Χάρη σε αυτά, καταγράφονται με αξιοπιστία περιοδικές μετατοπίσεις σταθμών μεταξύ τους, που προκαλούνται από παραμορφώσεις του φλοιού της γης. Επιπλέον, σημειώνονται όχι μόνο μακροχρόνιες μετρημένες παλίρροιες στερεάς κατάστασης (για πρώτη φορά που καταγράφονται με τη μέθοδο VLBI), αλλά και εκτροπές που συμβαίνουν υπό την επίδραση των αλλαγών στην ατμοσφαιρική πίεση, το βάρος του νερού στον ωκεανό και βάρος των υπόγειων υδάτων. Για τον προσδιορισμό των παραμέτρων της περιστροφής της Γης στον κόσμο, πραγματοποιούνται καθημερινές παρατηρήσεις ουράνιων ραδιοπηγών, που συντονίζονται από τη Διεθνή Υπηρεσία Αστρομετρίας και Γεωδαισίας IVS VLBI. Τα δεδομένα που λαμβάνονται χρησιμοποιούνται, ειδικότερα, για την ανίχνευση της μετατόπισης των τροχιακών επιπέδων των δορυφόρων του παγκόσμιου συστήματος εντοπισμού θέσης GPS. Χωρίς την εισαγωγή κατάλληλων διορθώσεων που λαμβάνονται από παρατηρήσεις VLBI, το σφάλμα στον προσδιορισμό του γεωγραφικού μήκους στο σύστημα GPS θα ήταν τάξεις μεγέθους μεγαλύτερο από ό,τι είναι τώρα. Κατά μία έννοια, το VLBI παίζει τον ίδιο ρόλο για την πλοήγηση GPS που έπαιξαν τα ακριβή θαλάσσια χρονόμετρα για την πλοήγηση με αστέρια τον 18ο αιώνα. Η ακριβής γνώση των παραμέτρων της περιστροφής της Γης είναι επίσης απαραίτητη για την επιτυχή πλοήγηση των διαπλανητικών διαστημικών σταθμών. Leonid Petrov, Κέντρο Διαστημικών Πτήσεων. Γκόνταρντ, NASA

→

Το ραδιοτηλεσκόπιο είναι ένας τύπος τηλεσκοπίου που χρησιμοποιείται για τη μελέτη της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας αντικειμένων. Επιτρέπει τη μελέτη της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας αστρονομικών αντικειμένων στο εύρος συχνοτήτων φορέα από δεκάδες MHz έως δεκάδες GHz. Με τη βοήθεια ενός ραδιοτηλεσκοπίου, οι επιστήμονες μπορούν να λάβουν τη δική του ραδιοεκπομπή του αντικειμένου και, με βάση τα ληφθέντα δεδομένα, να μελετήσουν τα χαρακτηριστικά του, όπως οι συντεταγμένες των πηγών, η χωρική δομή, η ένταση της ακτινοβολίας, καθώς και το φάσμα και η πόλωση.

Για πρώτη φορά, η ραδιοδιαστημική ακτινοβολία ανακαλύφθηκε το 1931 από τον Karl Jansky, έναν Αμερικανό ραδιομηχανικό. Ενώ μελετούσε τις ατμοσφαιρικές ραδιοπαρεμβολές, ο Jansky ανακάλυψε σταθερό ραδιοφωνικό θόρυβο. Εκείνη την εποχή, ο επιστήμονας δεν μπορούσε να εξηγήσει ακριβώς την προέλευσή του και ταύτισε την πηγή του με τον Γαλαξία, δηλαδή με το κεντρικό του τμήμα, όπου βρίσκεται το κέντρο του γαλαξία. Μόνο στις αρχές της δεκαετίας του 1940, το έργο του Jansky συνεχίστηκε και συνέβαλε στην περαιτέρω ανάπτυξη της ραδιοαστρονομίας.

Το ραδιοτηλεσκόπιο αποτελείται από ένα σύστημα κεραίας, ένα ραδιόμετρο και εξοπλισμό καταγραφής. Το ραδιόμετρο είναι μια συσκευή λήψης που μετρά την ισχύ της ακτινοβολίας χαμηλής έντασης στην περιοχή ραδιοκυμάτων (μήκη κύματος από 0,1 mm έως 1000 m). Με άλλα λόγια, το ραδιοτηλεσκόπιο καταλαμβάνει τη θέση χαμηλότερης συχνότητας σε σύγκριση με άλλα όργανα που μελετούν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (για παράδειγμα, τηλεσκόπιο υπέρυθρων, τηλεσκόπιο ακτίνων Χ κ.λπ.).

Η κεραία είναι μια συσκευή για τη συλλογή ραδιοεκπομπών από ουράνια αντικείμενα. Τα χαρακτηριστικά Sonny οποιασδήποτε κεραίας είναι: η ευαισθησία (δηλαδή το ελάχιστο δυνατό σήμα για ανίχνευση), καθώς και η γωνιακή ανάλυση (δηλαδή η δυνατότητα διαχωρισμού της ακτινοβολίας από πολλές πηγές ραδιοφώνου που βρίσκονται κοντά η μία στην άλλη).

Είναι πολύ σημαντικό το ραδιοτηλεσκόπιο να έχει υψηλή ευαισθησία και καλή ανάλυση, καθώς αυτό είναι που καθιστά δυνατή την παρατήρηση μικρότερων χωρικών λεπτομερειών των υπό μελέτη αντικειμένων. Η ελάχιστη πυκνότητα ροής DP, η οποία καταγράφεται, καθορίζεται από τη σχέση:
DP=P/(S\sqrt(Dft))
όπου P είναι η εγγενής ισχύς θορύβου του ραδιοτηλεσκοπίου, S είναι η ενεργός περιοχή της κεραίας, Df είναι η ζώνη συχνοτήτων που λαμβάνεται, t είναι ο χρόνος συσσώρευσης σήματος.

Οι κεραίες που χρησιμοποιούνται στα ραδιοτηλεσκόπια μπορούν να χωριστούν σε διάφορους κύριους τύπους (η ταξινόμηση γίνεται ανάλογα με το εύρος μήκους κύματος και τον σκοπό):
Κεραίες πλήρους διαφράγματος:παραβολικές κεραίες (χρησιμοποιούνται για παρατήρηση σε μικρά κύματα, τοποθετημένες σε περιστροφικές συσκευές), ραδιοτηλεσκόπιο με σφαιρικούς καθρέφτες (εύρος κυμάτων έως 3 cm, σταθερή κεραία· η κίνηση στο χώρο της δέσμης της κεραίας πραγματοποιείται με ακτινοβολία διαφορετικών τμημάτων του καθρέφτη ), ραδιοτηλεσκόπιο Kraus (μήκος κύματος 10 cm, σταθερό κατακόρυφα τοποθετημένο σφαιρικό κάτοπτρο, στο οποίο κατευθύνεται η ακτινοβολία της πηγής χρησιμοποιώντας επίπεδο καθρέφτη ρυθμισμένο σε μια ορισμένη γωνία), κεραίες περισκοπίου (μικρές στην κατακόρυφη κατεύθυνση και μεγάλες στην οριζόντια κατεύθυνση);
Κενές κεραίες διαφράγματος(δύο τύποι ανάλογα με τη μέθοδο αναπαραγωγής εικόνας: διαδοχική σύνθεση, σύνθεση διαφράγματος - βλέπε παρακάτω). Το απλούστερο όργανο αυτού του τύπου είναι ένα απλό ραδιοσυμβολόμετρο (ένα διασυνδεδεμένο σύστημα δύο ραδιοτηλεσκοπίων για ταυτόχρονη παρατήρηση μιας ραδιοφωνικής πηγής: έχει υψηλότερη ανάλυση, για παράδειγμα: Συμβολόμετρο σύνθεσης διαφράγματος στο Cambridge, Αγγλία, μήκος κύματος 21 cm). Άλλοι τύποι κεραιών: σταυρός (Mills cross με σειριακή σύνθεση στο Molongo, Αυστραλία, μήκος κύματος 73,5 cm), δακτύλιος (όργανο τύπου διαδοχικής σύνθεσης στο Kalgoor, Αυστραλία, μήκος κύματος 375 cm), σύνθετο συμβολόμετρο (συμβολόμετρο με σύνθεση διαφράγματος στο Flers, Αυστραλία, μήκος κύματος 21).

Οι πιο ακριβείς στη λειτουργία είναι οι παραβολικές κεραίες πλήρους περιστροφής. Στην περίπτωση χρήσης τους, η ευαισθησία του τηλεσκοπίου ενισχύεται λόγω του γεγονότος ότι μια τέτοια κεραία μπορεί να κατευθυνθεί σε οποιοδήποτε σημείο του ουρανού, συσσωρεύοντας ένα σήμα από μια ραδιοφωνική πηγή. Ένα τέτοιο τηλεσκόπιο ξεχωρίζει τα σήματα των κοσμικών πηγών στο φόντο των διαφόρων θορύβων. Ο καθρέφτης αντανακλά τα ραδιοκύματα, τα οποία εστιάζονται και συλλαμβάνονται από τον ακτινοβολητή. Ο ακτινοβολητής είναι ένα δίπολο μισού κύματος που δέχεται ακτινοβολία δεδομένου μήκους κύματος. Το κύριο πρόβλημα με τη χρήση ραδιοτηλεσκοπίων με παραβολικά κάτοπτρα είναι ότι ο καθρέφτης παραμορφώνεται υπό την επίδραση της βαρύτητας κατά την περιστροφή. Εξαιτίας αυτού, σε περίπτωση αύξησης της διαμέτρου πάνω από περίπου 150 m, οι αποκλίσεις στις μετρήσεις αυξάνονται. Ωστόσο, υπάρχουν πολύ μεγάλα ραδιοτηλεσκόπια που λειτουργούν με επιτυχία εδώ και πολλά χρόνια.

Μερικές φορές, για πιο επιτυχημένες παρατηρήσεις, χρησιμοποιούνται πολλά ραδιοτηλεσκόπια, εγκατεστημένα σε μια ορισμένη απόσταση το ένα από το άλλο. Ένα τέτοιο σύστημα ονομάζεται ραδιοσυμβολόμετρο (βλ. παραπάνω). Η αρχή της λειτουργίας του είναι η μέτρηση και η καταγραφή των ταλαντώσεων του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου, που δημιουργούνται από μεμονωμένες ακτίνες στην επιφάνεια ενός καθρέφτη ή σε άλλο σημείο από το οποίο διέρχεται η ίδια δέσμη. Μετά από αυτό, οι εγγραφές προστίθενται λαμβάνοντας υπόψη τη μετατόπιση φάσης.

Εάν η διάταξη της κεραίας δεν είναι συνεχής, αλλά απέχει σε αρκετά μεγάλη απόσταση, τότε θα ληφθεί ένας καθρέφτης μεγάλης διαμέτρου. Ένα τέτοιο σύστημα λειτουργεί με βάση την αρχή της "σύνθεσης διαφράγματος". Σε αυτή την περίπτωση, η ανάλυση καθορίζεται από την απόσταση μεταξύ των κεραιών και όχι από τη διάμετρό τους. Έτσι, αυτό το σύστημα επιτρέπει να μην κατασκευάζονται τεράστιες κεραίες, αλλά να τα βγάλετε πέρα ​​με τουλάχιστον τρεις, που βρίσκονται σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα. Ένα από τα πιο διάσημα συστήματα αυτού του είδους είναι το VLA (Very Large Array). Αυτή η συστοιχία βρίσκεται στην πολιτεία του Νέου Μεξικού των ΗΠΑ. Το "Very Large Grid" δημιουργήθηκε το 1981. Το σύστημα αποτελείται από 27 πλήρεις περιστρεφόμενες παραβολικές κεραίες, οι οποίες βρίσκονται κατά μήκος δύο γραμμών που σχηματίζουν το γράμμα «V». Η διάμετρος κάθε κεραίας φτάνει τα 25 μέτρα. Κάθε κεραία μπορεί να πάρει μία από τις 72 θέσεις, κινούμενη κατά μήκος των σιδηροδρομικών γραμμών. Το VLA είναι τόσο ευαίσθητο όσο μια κεραία με διάμετρο 136 χιλιομέτρων και ξεπερνά τα καλύτερα οπτικά συστήματα σε γωνιακή ανάλυση. Δεν είναι τυχαίο ότι το VLA χρησιμοποιήθηκε για την αναζήτηση νερού στον Ερμή, ραδιοστεφάνες γύρω από αστέρια και άλλα φαινόμενα.

Με το σχεδιασμό τους, τα ραδιοτηλεσκόπια είναι συνήθως ανοιχτά. Αν και σε ορισμένες περιπτώσεις, προκειμένου να προστατευθεί ο καθρέφτης από καιρικά φαινόμενα (μεταβολές θερμοκρασίας και φορτία ανέμου), το τηλεσκόπιο τοποθετείται μέσα σε θόλο: συμπαγές (Highstack Observatory, ραδιοτηλεσκόπιο 37 m) ή με συρόμενο παράθυρο (11 m ραδιοτηλεσκόπιο στο Kitt Peak, ΗΠΑ).

Επί του παρόντος, οι προοπτικές για τη χρήση ραδιοτηλεσκοπίων έγκεινται στο γεγονός ότι καθιστούν δυνατή τη δημιουργία επικοινωνίας μεταξύ κεραιών που βρίσκονται σε διαφορετικές χώρες και ακόμη και σε διαφορετικές ηπείρους. Τέτοια συστήματα ονομάζονται ραδιοσυμβολόμετρα πολύ μεγάλης γραμμής βάσης (VLBI). Ένα δίκτυο 18 τηλεσκοπίων χρησιμοποιήθηκε το 2004 για την παρακολούθηση του Huygens που προσγειώθηκε στο φεγγάρι του Κρόνου Τιτάνα. Ο σχεδιασμός του συστήματος ALMA, που αποτελείται από 64 κεραίες, βρίσκεται σε εξέλιξη. Η προοπτική για το μέλλον είναι η εκτόξευση κεραιών συμβολομέτρων στο διάστημα.

Η αρχή της λειτουργίας ενός ραδιοτηλεσκοπίου

2.1.1 Ένα ραδιοτηλεσκόπιο αποτελείται από δύο κύρια στοιχεία: μια συσκευή κεραίας και μια πολύ ευαίσθητη συσκευή λήψης - ένα ραδιόμετρο. Το ραδιόμετρο ενισχύει την εκπομπή ραδιοφώνου που λαμβάνει η κεραία και τη μετατρέπει σε μορφή κατάλληλη για εγγραφή και επεξεργασία.

Τα σχέδια των κεραιών των ραδιοτηλεσκοπίων είναι πολύ διαφορετικά, λόγω του πολύ μεγάλου εύρους μηκών κύματος που χρησιμοποιούνται στη ραδιοαστρονομία (από 0,1 mm έως 1000 m). Οι κεραίες των ραδιοτηλεσκοπίων που λαμβάνουν κύματα mm, cm, dm και μέτρο είναι συνήθως παραβολικοί ανακλαστήρες, παρόμοιοι με τους καθρέφτες των συνηθισμένων οπτικών ανακλαστήρων. Ένας ακτινοβολητής είναι εγκατεστημένος στο επίκεντρο του παραβολοειδούς - μια συσκευή που συλλέγει την εκπομπή ραδιοφώνου, η οποία κατευθύνεται σε αυτό από έναν καθρέφτη. Ο ακτινοβολητής μεταδίδει τη λαμβανόμενη ενέργεια στην είσοδο του ραδιομέτρου και, μετά την ενίσχυση και την ανίχνευση, το σήμα καταγράφεται στην ταινία ενός αυτοκαταγραφόμενου ηλεκτρικού οργάνου μέτρησης. Στα σύγχρονα ραδιοτηλεσκόπια, το αναλογικό σήμα από την έξοδο του ραδιομέτρου μετατρέπεται σε ψηφιακό και καταγράφεται σε σκληρό δίσκο με τη μορφή ενός ή πολλών αρχείων.

Για να κατευθύνουν τις κεραίες στην υπό μελέτη περιοχή του ουρανού, συνήθως τοποθετούνται σε αζιμουθιακές βάσεις που παρέχουν περιστροφή σε αζιμούθιο και υψόμετρο (κεραίες πλήρους περιστροφής). Υπάρχουν επίσης κεραίες που επιτρέπουν μόνο περιορισμένες περιστροφές, και μάλιστα εντελώς ακίνητες. Η κατεύθυνση λήψης σε κεραίες του τελευταίου τύπου (συνήθως πολύ μεγάλων) επιτυγχάνεται μετακινώντας τις τροφοδοσίες, οι οποίες αντιλαμβάνονται την εκπομπή ραδιοφώνου που ανακλάται από την κεραία.

2.1.2 Η αρχή λειτουργίας ενός ραδιοτηλεσκοπίου μοιάζει περισσότερο με αυτή ενός φωτόμετρου παρά ενός οπτικού τηλεσκοπίου. Ένα ραδιοτηλεσκόπιο δεν μπορεί να δημιουργήσει μια εικόνα απευθείας, μετρά μόνο την ενέργεια της ακτινοβολίας που προέρχεται από την κατεύθυνση προς την οποία «κοιτάζει» το τηλεσκόπιο. Έτσι, για να ληφθεί μια εικόνα μιας εκτεταμένης πηγής, το ραδιοτηλεσκόπιο πρέπει να μετρήσει τη φωτεινότητά του σε κάθε σημείο.

Λόγω της περίθλασης των ραδιοκυμάτων από το άνοιγμα του τηλεσκοπίου, η μέτρηση της κατεύθυνσης προς μια σημειακή πηγή συμβαίνει με κάποιο σφάλμα, το οποίο καθορίζεται από το σχέδιο της κεραίας και επιβάλλει έναν θεμελιώδη περιορισμό στην ανάλυση του οργάνου:

όπου είναι το μήκος κύματος και είναι η διάμετρος του ανοίγματος. Η υψηλή ανάλυση σάς επιτρέπει να παρατηρείτε λεπτότερες χωρικές λεπτομέρειες των υπό μελέτη αντικειμένων. Για να βελτιώσετε την ανάλυση, είτε μειώστε το μήκος κύματος είτε αυξήστε το διάφραγμα. Ωστόσο, η χρήση μικρών μηκών κύματος αυξάνει τις απαιτήσεις για την ποιότητα της επιφάνειας του καθρέφτη. Επομένως, συνήθως ακολουθούν τη διαδρομή αύξησης του διαφράγματος. Η αύξηση του διαφράγματος βελτιώνει επίσης ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό - την ευαισθησία. Ένα ραδιοτηλεσκόπιο πρέπει να έχει υψηλή ευαισθησία για να ανιχνεύει αξιόπιστα τις πιο αμυδρά δυνατές πηγές. Η ευαισθησία καθορίζεται από το επίπεδο των διακυμάνσεων της πυκνότητας ροής:

,

όπου είναι η εγγενής ισχύς θορύβου του ραδιοτηλεσκοπίου, είναι η αποτελεσματική περιοχή (συλλεκτική επιφάνεια) της κεραίας, είναι η ζώνη συχνοτήτων και είναι ο χρόνος συσσώρευσης σήματος. Για να αυξηθεί η ευαισθησία των ραδιοτηλεσκοπίων, αυξάνεται η συλλεκτική τους επιφάνεια και χρησιμοποιούνται δέκτες και ενισχυτές χαμηλού θορύβου που βασίζονται σε μέιζερ, παραμετρικοί ενισχυτές κ.λπ.

Το τηλεσκόπιο είναι ένα μοναδικό οπτικό όργανο που έχει σχεδιαστεί για να παρατηρεί ουράνια σώματα. Η χρήση οργάνων μας επιτρέπει να εξετάζουμε μια ποικιλία αντικειμένων, όχι μόνο εκείνων που βρίσκονται κοντά μας, αλλά και εκείνων που βρίσκονται χιλιάδες έτη φωτός μακριά από τον πλανήτη μας. Τι είναι λοιπόν το τηλεσκόπιο και ποιος το εφηύρε;

Πρώτος εφευρέτης

Οι τηλεσκοπικές συσκευές εμφανίστηκαν τον δέκατο έβδομο αιώνα. Ωστόσο, μέχρι σήμερα υπάρχει μια συζήτηση σχετικά με το ποιος εφηύρε πρώτος το τηλεσκόπιο - ο Galileo ή ο Lippershey. Αυτές οι διαφωνίες σχετίζονται με το γεγονός ότι και οι δύο επιστήμονες την ίδια περίπου εποχή ανέπτυξαν οπτικές συσκευές.

Το 1608, ο Lippershey ανέπτυξε γυαλιά οράσεως για τους ευγενείς, επιτρέποντάς τους να βλέπουν μακρινά αντικείμενα από κοντά. Αυτή τη στιγμή, οι στρατιωτικές διαπραγματεύσεις ήταν σε εξέλιξη. Ο στρατός εκτίμησε γρήγορα τα πλεονεκτήματα της ανάπτυξης και πρότεινε στον Lippershey να μην εκχωρήσει πνευματικά δικαιώματα στη συσκευή, αλλά να την τροποποιήσει έτσι ώστε να είναι ορατή με δύο μάτια. Ο επιστήμονας συμφώνησε.

Η νέα εξέλιξη του επιστήμονα δεν μπορούσε να κρατηθεί μυστική: πληροφορίες σχετικά με αυτό δημοσιεύτηκαν σε τοπικά έντυπα μέσα. Οι δημοσιογράφοι εκείνης της εποχής ονόμασαν τη συσκευή εντοπισμό. Χρησιμοποιούσε δύο φακούς, οι οποίοι επέτρεπαν τη μεγέθυνση αντικειμένων και αντικειμένων. Από το 1609, σωλήνες με τριπλάσια αύξηση πωλούνταν με δύναμη και κύρια στο Παρίσι. Από φέτος, κάθε πληροφορία για τον Lippershey εξαφανίζεται από την ιστορία και εμφανίζονται πληροφορίες για έναν άλλο επιστήμονα και τις νέες ανακαλύψεις του.

Περίπου την ίδια εποχή, ο Ιταλός Galileo ασχολήθηκε με την λείανση των φακών. Το 1609, παρουσίασε στην κοινωνία μια νέα εξέλιξη - ένα τηλεσκόπιο με τριπλάσια αύξηση. Το τηλεσκόπιο του Galileo είχε υψηλότερη ποιότητα εικόνας από τους σωλήνες του Lippershey. Ήταν το πνευματικό τέκνο του Ιταλού επιστήμονα που έλαβε το όνομα «τηλεσκόπιο».

Τον δέκατο έβδομο αιώνα κατασκευάστηκαν τηλεσκόπια από Ολλανδούς επιστήμονες, αλλά είχαν κακή ποιότητα εικόνας. Και μόνο ο Galileo κατάφερε να αναπτύξει μια τέτοια τεχνική για λείανση φακών, η οποία επέτρεψε τη σαφή μεγέθυνση αντικειμένων. Μπόρεσε να λάβει μια εικοσαπλάσια αύξηση, η οποία ήταν μια πραγματική ανακάλυψη στην επιστήμη εκείνη την εποχή. Με βάση αυτό, είναι αδύνατο να πούμε ποιος εφηύρε το τηλεσκόπιο: αν, σύμφωνα με την επίσημη έκδοση, ήταν ο Γαλιλαίος που εισήγαγε στον κόσμο μια συσκευή που ονόμασε τηλεσκόπιο, και αν κοιτάξετε την έκδοση της ανάπτυξης ενός οπτική συσκευή για μεγέθυνση αντικειμένων, τότε ο Lippershey ήταν ο πρώτος.

Οι πρώτες παρατηρήσεις του ουρανού

Μετά την εμφάνιση του πρώτου τηλεσκοπίου, έγιναν μοναδικές ανακαλύψεις. Ο Γαλιλαίος εφάρμοσε την ανάπτυξή του στην παρακολούθηση ουράνιων σωμάτων. Ήταν ο πρώτος που είδε και σκιαγράφησε σεληνιακούς κρατήρες, κηλίδες στον Ήλιο, και επίσης θεώρησε τα αστέρια του Γαλαξία, δορυφόρους του Δία. Το τηλεσκόπιο του Γαλιλαίου έδωσε τη δυνατότητα να δούμε τους δακτυλίους του Κρόνου. Προς ενημέρωσή σας, υπάρχει ακόμα ένα τηλεσκόπιο στον κόσμο που λειτουργεί με την ίδια αρχή με τη συσκευή του Galileo. Βρίσκεται στο Παρατηρητήριο του York. Η συσκευή έχει διάμετρο 102 εκατοστών και εξυπηρετεί τακτικά τους επιστήμονες για την παρακολούθηση ουράνιων σωμάτων.

Σύγχρονα τηλεσκόπια

Κατά τη διάρκεια των αιώνων, οι επιστήμονες άλλαζαν συνεχώς τις συσκευές των τηλεσκοπίων, ανέπτυξαν νέα μοντέλα και βελτίωσαν τον παράγοντα μεγέθυνσης. Ως αποτέλεσμα, κατέστη δυνατή η δημιουργία μικρών και μεγάλων τηλεσκοπίων με διαφορετικούς σκοπούς.

Τα μικρά χρησιμοποιούνται συνήθως για οικιακές παρατηρήσεις διαστημικών αντικειμένων, καθώς και για παρατήρηση κοντινών διαστημικών σωμάτων. Μεγάλες συσκευές σάς επιτρέπουν να βλέπετε και να τραβάτε φωτογραφίες ουράνιων σωμάτων που βρίσκονται χιλιάδες έτη φωτός από τη Γη.

Τύποι τηλεσκοπίων

Υπάρχουν διάφοροι τύποι τηλεσκοπίων:

1. Καθρέφτης.
2. Φακός.
3. καταδιοπτική.

Οι διαθλαστές Galilean ταξινομούνται ως διαθλαστές φακών. Οι συσκευές ανακλαστικού τύπου αναφέρονται ως συσκευές καθρέφτη. Τι είναι το καταδιοπτικό τηλεσκόπιο; Πρόκειται για μια μοναδική σύγχρονη εξέλιξη που συνδυάζει έναν φακό και μια συσκευή καθρέφτη.

Τηλεσκόπια φακών

Τα τηλεσκόπια παίζουν σημαντικό ρόλο στην αστρονομία: σας επιτρέπουν να βλέπετε κομήτες, πλανήτες, αστέρια και άλλα διαστημικά αντικείμενα. Μία από τις πρώτες εξελίξεις ήταν οι συσκευές φακών.

Κάθε τηλεσκόπιο έχει φακό. Αυτό είναι το κύριο μέρος οποιασδήποτε συσκευής. Διαθλά τις ακτίνες φωτός και τις συγκεντρώνει σε ένα σημείο που ονομάζεται εστίαση. Σε αυτό χτίζεται η εικόνα του αντικειμένου. Ένας προσοφθάλμιος φακός χρησιμοποιείται για την προβολή της εικόνας.

Ο φακός τοποθετείται έτσι ώστε το προσοφθάλμιο και η εστίαση να ταιριάζουν. Στα σύγχρονα μοντέλα, χρησιμοποιούνται κινητοί προσοφθάλμιοι για εύκολη παρατήρηση μέσω τηλεσκοπίου. Βοηθούν στη ρύθμιση της ευκρίνειας της εικόνας.

Όλα τα τηλεσκόπια έχουν εκτροπή - παραμόρφωση του εν λόγω αντικειμένου. Τα τηλεσκόπια φακών έχουν αρκετές παραμορφώσεις: χρωματική (οι κόκκινες και μπλε ακτίνες παραμορφώνονται) και σφαιρική εκτροπή.

Μοντέλα καθρέφτη

Τα τηλεσκόπια καθρέφτη ονομάζονται ανακλαστήρες. Πάνω τους είναι τοποθετημένος ένας σφαιρικός καθρέφτης, ο οποίος συλλέγει τη δέσμη φωτός και την ανακλά με τη βοήθεια ενός καθρέφτη στον προσοφθάλμιο φακό. Η χρωματική εκτροπή δεν είναι χαρακτηριστικό των μοντέλων καθρέφτη, καθώς το φως δεν διαθλάται. Ωστόσο, τα όργανα καθρέφτη εμφανίζουν σφαιρική εκτροπή, η οποία περιορίζει το οπτικό πεδίο του τηλεσκοπίου.

Τα γραφικά τηλεσκόπια χρησιμοποιούν πολύπλοκες δομές, καθρέφτες με πολύπλοκες επιφάνειες που διαφέρουν από τις σφαιρικές.

Παρά την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού, τα μοντέλα καθρέφτη αναπτύσσονται ευκολότερα από τα αντίστοιχα φακών. Επομένως, αυτός ο τύπος είναι πιο κοινός. Η μεγαλύτερη διάμετρος ενός τηλεσκοπίου τύπου καθρέφτη είναι μεγαλύτερη από δεκαεπτά μέτρα. Στο έδαφος της Ρωσίας, η μεγαλύτερη συσκευή έχει διάμετρο έξι μέτρων. Για πολλά χρόνια θεωρούνταν το μεγαλύτερο στον κόσμο.

Προδιαγραφές τηλεσκοπίου

Πολλοί άνθρωποι αγοράζουν οπτικές συσκευές για την παρατήρηση διαστημικών σωμάτων. Όταν επιλέγετε μια συσκευή, είναι σημαντικό να γνωρίζετε όχι μόνο τι είναι ένα τηλεσκόπιο, αλλά και ποια χαρακτηριστικά έχει.

1. Αυξάνουν. Η εστιακή απόσταση του προσοφθάλμιου φακού και του αντικειμένου είναι η μεγέθυνση του τηλεσκοπίου. Εάν η εστιακή απόσταση του φακού είναι δύο μέτρα και το προσοφθάλμιο είναι πέντε εκατοστά, τότε μια τέτοια συσκευή θα έχει μεγέθυνση σαράντα φορές. Εάν αντικατασταθεί ο προσοφθάλμιος φακός, η μεγέθυνση θα είναι διαφορετική.
2. Αδεια. Όπως γνωρίζετε, το φως χαρακτηρίζεται από διάθλαση και διάθλαση. Στην ιδανική περίπτωση, οποιαδήποτε εικόνα ενός αστεριού μοιάζει με δίσκο με αρκετούς ομόκεντρους δακτυλίους, που ονομάζονται δακτύλιοι περίθλασης. Οι διαστάσεις των δίσκων περιορίζονται μόνο από τις δυνατότητες του τηλεσκοπίου.

Τηλεσκόπια χωρίς μάτια

Και τι είναι ένα τηλεσκόπιο χωρίς μάτι, σε τι χρησιμεύει; Όπως γνωρίζετε, τα μάτια του καθενός αντιλαμβάνονται την εικόνα διαφορετικά. Το ένα μάτι μπορεί να δει περισσότερα και το άλλο λιγότερο. Για να μπορούν οι επιστήμονες να δουν όλα όσα χρειάζονται, χρησιμοποιούν τηλεσκόπια χωρίς μάτια. Αυτές οι συσκευές μεταδίδουν την εικόνα στις οθόνες της οθόνης, μέσω των οποίων όλοι βλέπουν την εικόνα ακριβώς όπως είναι, χωρίς παραμόρφωση. Για μικρά τηλεσκόπια, για το σκοπό αυτό, έχουν αναπτυχθεί κάμερες που συνδέονται με συσκευές και φωτογραφίζουν τον ουρανό.

Οι πιο σύγχρονες μέθοδοι διαστημικής όρασης είναι η χρήση καμερών CCD. Πρόκειται για ειδικά φωτοευαίσθητα μικροκυκλώματα που συλλέγουν πληροφορίες από το τηλεσκόπιο και τις μεταφέρουν σε υπολογιστή. Τα δεδομένα που λαμβάνονται από αυτούς είναι τόσο ξεκάθαρα που είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς ποιες άλλες συσκευές θα μπορούσαν να λάβουν τέτοιες πληροφορίες. Εξάλλου, το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να διακρίνει όλες τις αποχρώσεις με τόσο υψηλή ευκρίνεια, όπως κάνουν οι σύγχρονες κάμερες.

Οι φασματογράφοι χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση των αποστάσεων μεταξύ των αστεριών και άλλων αντικειμένων. Συνδέονται με τηλεσκόπια.

Ένα σύγχρονο αστρονομικό τηλεσκόπιο δεν είναι μία συσκευή, αλλά πολλές ταυτόχρονα. Τα δεδομένα που λαμβάνονται από πολλές συσκευές υποβάλλονται σε επεξεργασία και εμφανίζονται σε οθόνες με τη μορφή εικόνων. Επιπλέον, μετά την επεξεργασία, οι επιστήμονες λαμβάνουν εικόνες πολύ υψηλής ευκρίνειας. Είναι αδύνατο να δούμε τις ίδιες καθαρές εικόνες του διαστήματος με τα μάτια μέσω ενός τηλεσκοπίου.

ραδιοτηλεσκόπια

Οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τεράστια ραδιοτηλεσκόπια για τις επιστημονικές τους εξελίξεις. Τις περισσότερες φορές μοιάζουν με τεράστια μεταλλικά μπολ με παραβολικό σχήμα. Οι κεραίες συλλέγουν το λαμβανόμενο σήμα και επεξεργάζονται τις λαμβανόμενες πληροφορίες σε εικόνες. Τα ραδιοτηλεσκόπια μπορούν να λάβουν μόνο ένα κύμα σημάτων.

μοντέλα υπέρυθρων

Ένα εντυπωσιακό παράδειγμα υπέρυθρου τηλεσκοπίου είναι η συσκευή Hubble, αν και μπορεί να είναι και οπτικό ταυτόχρονα. Από πολλές απόψεις, ο σχεδιασμός των υπέρυθρων τηλεσκοπίων είναι παρόμοιος με τον σχεδιασμό των μοντέλων οπτικών κατόπτρων. Οι ακτίνες θερμότητας ανακλώνται από έναν συμβατικό τηλεσκοπικό φακό και εστιάζονται σε ένα σημείο, όπου βρίσκεται η συσκευή που μετρά τη θερμότητα. Οι προκύπτουσες ακτίνες θερμότητας περνούν μέσω θερμικών φίλτρων. Μόνο τότε γίνεται η φωτογραφία.

Τηλεσκόπια υπεριώδους

Το φιλμ μπορεί να εκτεθεί στο υπεριώδες φως όταν φωτογραφίζεται. Σε κάποιο μέρος της περιοχής υπεριώδους, είναι δυνατή η λήψη εικόνων χωρίς επεξεργασία και έκθεση. Και σε ορισμένες περιπτώσεις είναι απαραίτητο οι ακτίνες του φωτός να περνούν από ένα ειδικό σχέδιο - ένα φίλτρο. Η χρήση τους βοηθά στην ανάδειξη της ακτινοβολίας ορισμένων περιοχών.

Υπάρχουν και άλλα είδη τηλεσκοπίων, καθένα από τα οποία έχει το δικό του σκοπό και τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του. Πρόκειται για μοντέλα όπως τηλεσκόπια ακτίνων Χ και ακτίνων γάμμα. Σύμφωνα με τον σκοπό τους, όλα τα υπάρχοντα μοντέλα μπορούν να χωριστούν σε ερασιτεχνικά και επαγγελματικά. Και αυτή δεν είναι ολόκληρη η ταξινόμηση των συσκευών για την παρακολούθηση ουράνιων σωμάτων.

Το Κρατικό Παιδαγωγικό Ινστιτούτο Taganrog πήρε το όνομά του από τον A.P. Τσέχοφ"

Ραδιοαστρονομία. ραδιοτηλεσκόπια.

Τα κύρια χαρακτηριστικά.

Συμπληρώθηκε από μαθητή

Σχολή Φυσικομαθηματικών

51 γκρουπ: Mazur V.G.

Ταγκανρόγκ

Εισαγωγή

ραδιοαστρονομία 1. Σύγκριση με την οπτική αστρονομία……………………………. 2. Εύρος καταχωρημένων ραδιοεκπομπών………………….. 3. Ιστορικό υπόβαθρο………………………………………….. Ραδιοτηλεσκόπια………………………………………………………. 4. Αρχή λειτουργίας ……………………………………………….. 5. Ραδιοσυμβολόμετρα……………………………………………. 6. Τα πρώτα ραδιοτηλεσκόπια …………………………………………. 7. Ταξινόμηση ραδιοτηλεσκοπίων…………………………………… α) Κεραίες με γεμάτο άνοιγμα………………………………… β) Παραβολοειδή της επανάστασης…………………………………………… γ) Παραβολικοί κύλινδροι………………………………………… δ) Κεραίες με επίπεδους ανακλαστήρες………………………………… ε) Γήινα μπολ……………………………………………………… στ) Συστοιχίες κεραιών (αντένες κοινής λειτουργίας)……………………… ζ) Κεραίες με μη συμπληρωμένο διάφραγμα…………………………… συμπέρασμα Βιβλιογραφία

Εισαγωγή

Η ραδιοαστρονομία είναι ένας κλάδος της αστρονομίας που μελετά τα διαστημικά αντικείμενα αναλύοντας τη ραδιοεκπομπή που προέρχεται από αυτά. Πολλά κοσμικά σώματα εκπέμπουν ραδιοκύματα που φτάνουν στη Γη: αυτά είναι, ειδικότερα, τα εξωτερικά στρώματα του Ήλιου και οι ατμόσφαιρες των πλανητών, τα σύννεφα διαστρικού αερίου. Η ραδιοεκπομπή συνοδεύεται από φαινόμενα όπως η αλληλεπίδραση τυρβωδών ροών αερίου και κρουστικών κυμάτων στο διαστρικό μέσο, ​​η ταχεία περιστροφή άστρων νετρονίων με ισχυρό μαγνητικό πεδίο, «εκρηκτικές» διεργασίες στους πυρήνες γαλαξιών και κβάζαρ, ηλιακές εκλάμψεις κ.λπ. Τα ραδιοσήματα των φυσικών αντικειμένων που φτάνουν στη Γη έχουν τη φύση του θορύβου. Τα σήματα αυτά λαμβάνονται και ενισχύονται από ειδικό ηλεκτρονικό εξοπλισμό και στη συνέχεια καταγράφονται σε αναλογική ή ψηφιακή μορφή. Συχνά, η ραδιοαστρονομία είναι πιο ευαίσθητη και μακράς εμβέλειας παρά η οπτική.

Το ραδιοτηλεσκόπιο είναι ένα αστρονομικό όργανο για τη λήψη της δικής ραδιοεκπομπής ουράνιων αντικειμένων (στο Ηλιακό Σύστημα, τον Γαλαξία και τον Μεταγαλαξία) και τη μελέτη των χαρακτηριστικών τους, όπως: συντεταγμένες, χωρική δομή, ένταση ακτινοβολίας, φάσμα και πόλωση.

ΡΑΔΙΟΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ

§1. Σύγκριση με την οπτική αστρονομία

Από όλους τους τύπους κοσμικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, μόνο το ορατό φως, η υπέρυθρη ακτινοβολία κοντά (βραχέων κυμάτων) και μέρος του φάσματος ραδιοκυμάτων διέρχονται από την ατμόσφαιρά του μέσω της ατμόσφαιράς του, σχεδόν αμείωτα. Από τη μια πλευρά, τα ραδιοκύματα, που έχουν πολύ μεγαλύτερο μήκος κύματος από την οπτική ακτινοβολία, περνούν εύκολα μέσα από τις νεφελώδεις ατμόσφαιρες των πλανητών και τα σύννεφα διαστρικής σκόνης, που είναι αδιαφανή στο φως. Από την άλλη πλευρά, μόνο τα μικρότερα ραδιοκύματα διέρχονται από περιοχές ιονισμένου αερίου που είναι διαφανείς στο φως γύρω από τα αστέρια και στο διαστρικό διάστημα. Τα αδύναμα διαστημικά σήματα λαμβάνονται από αστρονόμους ραδιοφώνου χρησιμοποιώντας ραδιοτηλεσκόπια, τα κύρια στοιχεία των οποίων είναι οι κεραίες. Συνήθως πρόκειται για μεταλλικούς ανακλαστήρες με τη μορφή παραβολοειδούς. Στην εστία του ανακλαστήρα, όπου συγκεντρώνεται η ακτινοβολία, τοποθετείται μια συσκευή συλλογής με τη μορφή κόρνας ή διπόλου, η οποία εκτρέπει τη συλλεγόμενη ενέργεια ραδιοεκπομπής στον εξοπλισμό λήψης. Οι ανακλαστήρες με διάμετρο έως 100 m είναι κινητοί και κυκλικοί. μπορούν να στοχεύουν σε ένα αντικείμενο σε οποιοδήποτε σημείο του ουρανού και να το ακολουθούν. Οι μεγαλύτεροι ανακλαστήρες (έως 300 m σε διάμετρο) είναι ακίνητοι, με τη μορφή ενός τεράστιου σφαιρικού μπολ, και η κατάδειξη προς το αντικείμενο συμβαίνει λόγω της περιστροφής της Γης και της κίνησης του ακτινοβολητή στην εστία της κεραίας. Ακόμη και μεγαλύτεροι ανακλαστήρες συνήθως μοιάζουν με μέρος ενός παραβολοειδούς. Όσο μεγαλύτερος είναι ο ανακλαστήρας, τόσο πιο λεπτομερές είναι το παρατηρούμενο μοτίβο ραδιοφώνου. Συχνά, για τη βελτίωσή του, ένα αντικείμενο παρατηρείται συγχρόνως από δύο ραδιοτηλεσκόπια ή ολόκληρο το σύστημά τους που περιέχει αρκετές δεκάδες κεραίες, που μερικές φορές χωρίζονται από χιλιάδες χιλιόμετρα.

§2. Εύρος καταγεγραμμένων ραδιοφωνικών εκπομπών

Ραδιοκύματα μήκους λίγων χιλιοστών έως 30 μέτρων διέρχονται από την ατμόσφαιρα της γης. στο εύρος συχνοτήτων από 10 MHz έως 200 GHz. Έτσι, οι αστρονόμοι του ραδιοφώνου ασχολούνται με συχνότητες που είναι αισθητά υψηλότερες από, για παράδειγμα, το εύρος ραδιοφωνικών εκπομπών των μεσαίων ή βραχέων κυμάτων. Ωστόσο, με την εμφάνιση του VHF και της τηλεοπτικής μετάδοσης στο εύρος συχνοτήτων 50-1000 MHz, καθώς και των ραντάρ (ραντάρ) στην περιοχή 3-30 GHz, οι αστρονόμοι ραδιοφώνου έχουν προβλήματα: ισχυρά σήματα από επίγειους πομπούς σε αυτές τις περιοχές παρεμβαίνουν με τη λήψη αδύναμων διαστημικών σημάτων. Ως εκ τούτου, μέσω διεθνών συμφωνιών, στους αστρονόμους ραδιοφώνου έχουν εκχωρηθεί αρκετές ζώνες συχνοτήτων για παρατήρηση του διαστήματος στις οποίες απαγορεύεται η μετάδοση σήματος.

§3. Ιστορική αναφορά

Η ραδιοαστρονομία ως επιστήμη ξεκίνησε το 1931, όταν ο K. Yansky από την Bell Telephone Company άρχισε να μελετά τις ραδιοπαρεμβολές και ανακάλυψε ότι προέρχονται από το κεντρικό τμήμα του Γαλαξία. Το πρώτο ραδιοτηλεσκόπιο κατασκευάστηκε το 1937-1938 από τον ραδιομηχανικό G. Reber, ο οποίος κατασκεύασε ανεξάρτητα έναν ανακλαστήρα 9 μέτρων στον κήπο του από φύλλα σιδήρου, κατ' αρχήν ίδιο με τις σημερινές γιγάντιες παραβολικές κεραίες. Ο Reber συνέταξε τον πρώτο ραδιοχάρτη του ουρανού και διαπίστωσε ότι ολόκληρος ο Γαλαξίας ακτινοβολεί σε μήκος κύματος 1,5 m, αλλά το κεντρικό του τμήμα ακτινοβολεί πιο έντονα. Τον Φεβρουάριο του 1942, ο J. Hay παρατήρησε ότι στην περιοχή των μετρητών ο Ήλιος παρεμβαίνει στα ραντάρ όταν εμφανίζονται λάμψεις σε αυτόν. Η ραδιοεκπομπή του Ήλιου στην περιοχή των εκατοστών το 1942-1943 ανακαλύφθηκε από τον J. Southworth. Η συστηματική ανάπτυξη της ραδιοαστρονομίας ξεκίνησε μετά τον Β' Παγκόσμιο Πόλεμο. Στη Μεγάλη Βρετανία, δημιουργήθηκε το μεγάλο παρατηρητήριο Jodrell Bank (Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ) και ο σταθμός του Εργαστηρίου Cavendish (Cambridge). Το Ραδιοφυσικό Εργαστήριο (Σίδνεϊ) έχει δημιουργήσει αρκετούς σταθμούς στην Αυστραλία. Ολλανδοί αστρονόμοι ραδιοφώνου άρχισαν να μελετούν νέφη διαστρικού υδρογόνου. Στην ΕΣΣΔ, ραδιοτηλεσκόπια κατασκευάστηκαν κοντά στο Serpukhov, στο Pulkovo, στην Κριμαία. Τα μεγαλύτερα ραδιοπαρατηρητήρια στις Ηνωμένες Πολιτείες είναι το Εθνικό Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας στην Green Bank (Δυτική Βιρτζίνια) και το Charlottesville (Βιρτζίνια), το Παρατηρητήριο του Πανεπιστημίου Cornell στο Arecibo (Πουέρτο Ρίκο), το Παρατηρητήριο Τεχνολογίας του Ινστιτούτου Καλιφόρνιας στο Owens Valley (Πουέρτο Ρίκο). Καλιφόρνια), το Εργαστήριο Λίνκολν του MIT και το Παρατηρητήριο Oak Ridge του Πανεπιστημίου του Χάρβαρντ (Μασαχουσέτη), το Παρατηρητήριο UC Berkeley Hat Creek (CA), το Παρατηρητήριο Ραδιοαστρονομίας του Πανεπιστημίου της Μασαχουσέτης Five College (Μασαχουσέτη).

ΡΑΔΙΟΤΗΛΕΣΚΟΠΙΑ

Το ραδιοτηλεσκόπιο κατέχει την αρχική, ως προς το εύρος συχνοτήτων, θέση μεταξύ των αστρονομικών οργάνων για τη μελέτη της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Τα τηλεσκόπια υψηλότερης συχνότητας είναι η θερμική, η ορατή, η υπεριώδης ακτινοβολία, η ακτινοβολία ακτίνων Χ και η ακτινοβολία γάμμα.

Τα ραδιοτηλεσκόπια θα πρέπει κατά προτίμηση να βρίσκονται μακριά από μεγάλα κέντρα πληθυσμού για να ελαχιστοποιούνται οι ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές από ραδιοφωνικούς σταθμούς εκπομπής, τηλεόραση, ραντάρ και άλλες συσκευές εκπομπής. Η τοποθέτηση ενός ραδιοπαρατηρητηρίου σε κοιλάδα ή πεδιάδα το προστατεύει ακόμα καλύτερα από την επίδραση του τεχνογενούς ηλεκτρομαγνητικού θορύβου.

Ένα ραδιοτηλεσκόπιο αποτελείται από δύο κύρια στοιχεία: μια συσκευή κεραίας και μια πολύ ευαίσθητη συσκευή λήψης - ένα ραδιόμετρο. Το ραδιόμετρο ενισχύει την εκπομπή ραδιοφώνου που λαμβάνει η κεραία και τη μετατρέπει σε μορφή κατάλληλη για εγγραφή και επεξεργασία.

Τα σχέδια των κεραιών των ραδιοτηλεσκοπίων είναι πολύ διαφορετικά, λόγω του πολύ μεγάλου εύρους μηκών κύματος που χρησιμοποιούνται στη ραδιοαστρονομία (από 0,1 mm έως 1000 m). Οι κεραίες των ραδιοτηλεσκοπίων που λαμβάνουν κύματα mm, cm, dm και μέτρο είναι συνήθως παραβολικοί ανακλαστήρες, παρόμοιοι με τους καθρέφτες των συνηθισμένων οπτικών ανακλαστήρων. Ένας ακτινοβολητής είναι εγκατεστημένος στο επίκεντρο του παραβολοειδούς - μια συσκευή που συλλέγει την εκπομπή ραδιοφώνου, η οποία κατευθύνεται σε αυτό από έναν καθρέφτη. Ο ακτινοβολητής μεταδίδει τη λαμβανόμενη ενέργεια στην είσοδο του ραδιομέτρου και, μετά την ενίσχυση και την ανίχνευση, το σήμα καταγράφεται στην ταινία ενός αυτοκαταγραφόμενου ηλεκτρικού οργάνου μέτρησης. Στα σύγχρονα ραδιοτηλεσκόπια, το αναλογικό σήμα από την έξοδο του ραδιομέτρου μετατρέπεται σε ψηφιακό και καταγράφεται σε σκληρό δίσκο με τη μορφή ενός ή πολλών αρχείων.

Για να κατευθύνουν τις κεραίες στην υπό μελέτη περιοχή του ουρανού, συνήθως τοποθετούνται σε αζιμουθιακές βάσεις που παρέχουν περιστροφή σε αζιμούθιο και υψόμετρο (κεραίες πλήρους περιστροφής). Υπάρχουν επίσης κεραίες που επιτρέπουν μόνο περιορισμένες περιστροφές, και μάλιστα εντελώς ακίνητες. Η κατεύθυνση λήψης σε κεραίες του τελευταίου τύπου (συνήθως πολύ μεγάλων) επιτυγχάνεται μετακινώντας τις τροφοδοσίες, οι οποίες αντιλαμβάνονται την εκπομπή ραδιοφώνου που ανακλάται από την κεραία.

§τέσσερα. Αρχή λειτουργίας

Η αρχή λειτουργίας ενός ραδιοτηλεσκοπίου μοιάζει περισσότερο με αυτή ενός φωτομέτρου παρά ενός οπτικού τηλεσκοπίου. Ένα ραδιοτηλεσκόπιο δεν μπορεί να δημιουργήσει μια εικόνα απευθείας, μετρά μόνο την ενέργεια της ακτινοβολίας που προέρχεται από την κατεύθυνση προς την οποία «κοιτάζει» το τηλεσκόπιο. Έτσι, για να ληφθεί μια εικόνα μιας εκτεταμένης πηγής, το ραδιοτηλεσκόπιο πρέπει να μετρήσει τη φωτεινότητά του σε κάθε σημείο.

Λόγω της περίθλασης των ραδιοκυμάτων από το άνοιγμα του τηλεσκοπίου, η μέτρηση της κατεύθυνσης προς μια σημειακή πηγή συμβαίνει με κάποιο σφάλμα, το οποίο καθορίζεται από το σχέδιο της κεραίας και επιβάλλει έναν θεμελιώδη περιορισμό στην ανάλυση του οργάνου:

όπου είναι το μήκος κύματος και είναι η διάμετρος του ανοίγματος. Η υψηλή ανάλυση σάς επιτρέπει να παρατηρείτε λεπτότερες χωρικές λεπτομέρειες των υπό μελέτη αντικειμένων. Για να βελτιώσετε την ανάλυση, είτε μειώστε το μήκος κύματος είτε αυξήστε το διάφραγμα. Ωστόσο, η χρήση μικρών μηκών κύματος αυξάνει τις απαιτήσεις για την ποιότητα της επιφάνειας του κατόπτρου (δείτε το κριτήριο Rayleigh). Επομένως, συνήθως ακολουθούν τη διαδρομή αύξησης του διαφράγματος. Η αύξηση του διαφράγματος βελτιώνει επίσης ένα άλλο σημαντικό χαρακτηριστικό - την ευαισθησία. Ένα ραδιοτηλεσκόπιο πρέπει να έχει υψηλή ευαισθησία για να ανιχνεύει αξιόπιστα τις πιο αμυδρά δυνατές πηγές. Η ευαισθησία καθορίζεται από το επίπεδο των διακυμάνσεων της πυκνότητας ροής:

,

όπου είναι η εγγενής ισχύς θορύβου του ραδιοτηλεσκοπίου, είναι η αποτελεσματική περιοχή (συλλεκτική επιφάνεια) της κεραίας, είναι η ζώνη συχνοτήτων και είναι ο χρόνος συσσώρευσης σήματος. Για να αυξηθεί η ευαισθησία των ραδιοτηλεσκοπίων, αυξάνεται η συλλεκτική τους επιφάνεια και χρησιμοποιούνται δέκτες και ενισχυτές χαμηλού θορύβου που βασίζονται σε μέιζερ, παραμετρικοί ενισχυτές κ.λπ.

§5. Ραδιοσυμβολόμετρα

Εκτός από την αύξηση της διαμέτρου του διαφράγματος, υπάρχει ένας άλλος τρόπος για να αυξήσετε την ανάλυση (ή να περιορίσετε το μοτίβο ακτινοβολίας). Αν πάρουμε δύο κεραίες που βρίσκονται σε απόσταση ρε(βάση) το ένα από το άλλο, τότε το σήμα από την πηγή στο ένα από αυτά θα φτάσει λίγο νωρίτερα από το άλλο. Εάν στη συνέχεια παρεμποδιστούν τα σήματα από τις δύο κεραίες, τότε από το προκύπτον σήμα, χρησιμοποιώντας μια ειδική διαδικασία μαθηματικής αναγωγής, θα είναι δυνατή η επαναφορά πληροφοριών σχετικά με την πηγή με αποτελεσματική ανάλυση. Αυτή η διαδικασία μείωσης ονομάζεται σύνθεση διαφράγματος. Οι παρεμβολές μπορούν να πραγματοποιηθούν τόσο σε υλικό, με την παροχή σήματος μέσω καλωδίων και κυματοδηγών σε έναν κοινό μίκτη, όσο και σε υπολογιστή με σήματα που έχουν προηγουμένως ψηφιοποιηθεί από χρονικές σημάνσεις και αποθηκευμένα σε έναν φορέα. Τα σύγχρονα τεχνικά μέσα κατέστησαν δυνατή τη δημιουργία ενός συστήματος VLBI, το οποίο περιλαμβάνει τηλεσκόπια που βρίσκονται σε διαφορετικές ηπείρους και χωρίζονται από πολλές χιλιάδες χιλιόμετρα.

§6. Τα πρώτα ραδιοτηλεσκόπια

Αρχική σελίδα - Karl Jansky

Αντίγραφο του ραδιοτηλεσκοπίουJansky

Ιστορία ραδιοτηλεσκόπιαπροέρχεται το 1931, με τα πειράματα του Karl Jansky στο χώρο δοκιμών Bell Telephone Labs. Για να μελετήσει την κατεύθυνση άφιξης του θορύβου κεραυνού, κατασκεύασε μια κατακόρυφα πολωμένη μονόδρομη κεραία όπως ο καμβάς του Μπρους. Οι διαστάσεις της κατασκευής ήταν 30,5 μέτρα μήκος και 3,7 μέτρα ύψος. Η εργασία πραγματοποιήθηκε σε κύμα 14,6 m (20,5 MHz). Η κεραία ήταν συνδεδεμένη με έναν ευαίσθητο δέκτη, στην έξοδο του οποίου βρισκόταν μια συσκευή εγγραφής με μεγάλη χρονική σταθερά.

Η εγγραφή εκπομπής λήφθηκε από τον Jansky στις 24 Φεβρουαρίου 1932. Τα μέγιστα (βέλη) επαναλαμβάνονται μετά από 20 λεπτά. είναι η περίοδος πλήρους περιστροφής της κεραίας.

Τον Δεκέμβριο του 1932, ο Jansky ανέφερε ήδη τα πρώτα αποτελέσματα που ελήφθησαν με το setup του. Το άρθρο ανέφερε την ανακάλυψη «... ενός συνεχούς συριγμού άγνωστης προέλευσης», το οποίο «... είναι δύσκολο να διακριθεί από το σφύριγμα που προκαλείται από τους θορύβους του ίδιου του εξοπλισμού. Η κατεύθυνση άφιξης της παρεμβολής συριγμού αλλάζει σταδιακά κατά τη διάρκεια της ημέρας, κάνοντας μια πλήρη περιστροφή σε 24 ώρες. Στις δύο επόμενες εργασίες του, τον Οκτώβριο του 1933 και τον Οκτώβριο του 1935, ο Karl Jansky καταλήγει σταδιακά στο συμπέρασμα ότι η πηγή της νέας του παρέμβασης είναι η κεντρική περιοχή του γαλαξία μας. Επιπλέον, η μεγαλύτερη απόκριση επιτυγχάνεται όταν η κεραία κατευθύνεται στο κέντρο του Γαλαξία.

Ο Jansky αναγνώρισε ότι η πρόοδος στη ραδιοαστρονομία θα απαιτούσε μεγαλύτερες, πιο ευκρινείς κεραίες που θα μπορούσαν εύκολα να προσανατολιστούν σε διάφορες κατευθύνσεις. Ο ίδιος πρότεινε το σχεδιασμό μιας παραβολικής κεραίας με κάτοπτρο διαμέτρου 30,5 m για λειτουργία σε μετρικά κύματα. Ωστόσο, η πρότασή του δεν έλαβε υποστήριξη στις ΗΠΑ.

Rebirth - Grout Reber

Ραδιοτηλεσκόπιο MeridianΓκρουτ Ρεμπέρα

Το 1937, ο Groat Reber, μηχανικός ραδιοφώνου από το Weton (ΗΠΑ, Ιλινόις), ενδιαφέρθηκε για το έργο του Jansky και σχεδίασε μια κεραία με έναν παραβολικό ανακλαστήρα με διάμετρο 9,5 m στην πίσω αυλή του σπιτιού των γονιών του. Αυτή η κεραία είχε μεσημβρινός, δηλαδή ελεγχόταν μόνο σε υψόμετρο, και η αλλαγή στη θέση του λοβού του διαγράμματος στη δεξιά ανάταση επιτεύχθηκε λόγω της περιστροφής της Γης. Η κεραία του Reber ήταν μικρότερη από εκείνη του Jansky, αλλά λειτουργούσε σε μικρότερα μήκη κύματος και το σχέδιο ακτινοβολίας της ήταν πολύ πιο ευκρινές. Η κεραία Reber είχε μια κωνική δέσμη με πλάτος 12° στη μισή ισχύ, ενώ η δέσμη της κεραίας Jansky είχε μια δέσμη σε σχήμα ανεμιστήρα με πλάτος 30° στη μισή ισχύ στο στενότερο τμήμα της.

Την άνοιξη του 1939, ο Reber ανακάλυψε ακτινοβολία σε μήκος κύματος 1,87 m (160 MHz) με αξιοσημείωτη συγκέντρωση στο επίπεδο του Γαλαξία και δημοσίευσε ορισμένα αποτελέσματα.

Λήψη ραδιοφωνικού χάρτη του ουρανούGroat Reberτο 1944

Βελτιώνοντας τον εξοπλισμό του, ο Reber ανέλαβε μια συστηματική έρευνα του ουρανού και το 1944 δημοσίευσε τους πρώτους ραδιοφωνικούς χάρτες του ουρανού σε μήκος κύματος 1,87 m. Οι χάρτες δείχνουν ξεκάθαρα τις κεντρικές περιοχές του Γαλαξία και τις φωτεινές ραδιοφωνικές πηγές στον αστερισμό του Τοξότη, του Κύκνου Α, της Κασσιόπης Α, του Μεγάλου Κυνόδοντα και του Πούπι. Οι χάρτες του Reber είναι αρκετά καλοί ακόμα και σε σύγκριση με τους σύγχρονους χάρτες μήκους κύματος μετρητών.

Μετά τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, σημαντικές τεχνολογικές βελτιώσεις έγιναν στον τομέα της ραδιοαστρονομίας από επιστήμονες στην Ευρώπη, την Αυστραλία και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Έτσι ξεκίνησε η άνθηση της ραδιοαστρονομίας, η οποία οδήγησε στην ανάπτυξη χιλιοστών και υποχιλιοστών μηκών κύματος, που κατέστησαν δυνατή την επίτευξη πολύ υψηλότερων αναλύσεων.

§7. Ταξινόμηση ραδιοτηλεσκοπίων

Ένα ευρύ φάσμα μηκών κύματος, μια ποικιλία ερευνητικών αντικειμένων στη ραδιοαστρονομία, ο γρήγορος ρυθμός ανάπτυξης της ραδιοφυσικής και η κατασκευή ραδιοτηλεσκοπίων, ένας μεγάλος αριθμός ανεξάρτητων ομάδων ραδιοαστρονόμων έχουν οδηγήσει σε μια μεγάλη ποικιλία τύπων ραδιοτηλεσκοπίων. Είναι πιο φυσικό να ταξινομούνται τα ραδιοτηλεσκόπια ανάλογα με τη φύση πλήρωσης του ανοίγματός τους και σύμφωνα με τις μεθόδους σταδιακής ρύθμισης του πεδίου μικροκυμάτων (ανακλαστήρες, διαθλαστές, ανεξάρτητη εγγραφή πεδίων)

Κεραίες γεμισμένου διαφράγματος

Οι κεραίες αυτού του τύπου είναι παρόμοιες με τους καθρέφτες των οπτικών τηλεσκοπίων και είναι οι πιο απλές και οικείοι στη χρήση. Οι κεραίες με γεμισμένο άνοιγμα απλώς συλλέγουν το σήμα από το παρατηρούμενο αντικείμενο και το εστιάζουν στον δέκτη. Το καταγεγραμμένο σήμα μεταφέρει ήδη επιστημονικές πληροφορίες και δεν χρειάζεται να συντεθεί. Το μειονέκτημα τέτοιων κεραιών είναι η χαμηλή ανάλυση. Οι κεραίες με κενό διάφραγμα μπορούν να χωριστούν σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με το σχήμα της επιφάνειας και τη μέθοδο τοποθέτησης.

Παραβολοειδή της επανάστασης

Σχεδόν όλες οι κεραίες αυτού του τύπου είναι τοποθετημένες σε βάσεις Alt-azimuth και είναι πλήρως περιστρεφόμενες. Το κύριο πλεονέκτημά τους είναι ότι τέτοια ραδιοτηλεσκόπια, όπως και τα οπτικά, μπορούν να στοχεύουν ένα αντικείμενο και να το καθοδηγούν. Έτσι, οι παρατηρήσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν ανά πάσα στιγμή ενώ το υπό μελέτη αντικείμενο βρίσκεται πάνω από τον ορίζοντα. Τυπικοί εκπρόσωποι: ραδιοτηλεσκόπιο Green Bank, RT-70, ραδιοτηλεσκόπιο Kalyazinsky.

Παραβολικοί κύλινδροι

Η κατασκευή κεραιών πλήρους περιστροφής συνδέεται με ορισμένες δυσκολίες που σχετίζονται με την τεράστια μάζα τέτοιων κατασκευών. Ως εκ τούτου, κατασκευάζονται σταθερά και ημικινητά συστήματα. Το κόστος και η πολυπλοκότητα τέτοιων τηλεσκοπίων αυξάνεται πολύ πιο αργά καθώς μεγαλώνουν σε μέγεθος. Ένας παραβολικός κύλινδρος συλλέγει ακτίνες όχι σε ένα σημείο, αλλά σε μια ευθεία γραμμή παράλληλη προς τη γεννήτρια του (εστιακή γραμμή). Εξαιτίας αυτού, τα τηλεσκόπια αυτού του τύπου έχουν ασύμμετρο μοτίβο ακτινοβολίας και διαφορετικές αναλύσεις κατά μήκος διαφορετικών αξόνων. Ένα άλλο μειονέκτημα τέτοιων τηλεσκοπίων είναι ότι, λόγω περιορισμένης κινητικότητας, μόνο μέρος του ουρανού είναι διαθέσιμο σε αυτά για παρατήρηση. Εκπρόσωποι: University of Illinois Radio Telescope, Ooty Indian Telescope.

Η πορεία των ακτίνων στο τηλεσκόπιο Nanse

Κεραίες με επίπεδους ανακλαστήρες

Για να εργαστείτε σε έναν παραβολικό κύλινδρο, απαιτείται να τοποθετηθούν αρκετοί ανιχνευτές στην εστιακή γραμμή, το σήμα από το οποίο προστίθεται λαμβάνοντας υπόψη τις φάσεις. Σε μικρά κύματα, αυτό δεν είναι εύκολο να γίνει λόγω των μεγάλων απωλειών στις γραμμές επικοινωνίας. Οι κεραίες με επίπεδο ανακλαστήρα σάς επιτρέπουν να τα βάζετε με έναν μόνο δέκτη. Τέτοιες κεραίες αποτελούνται από δύο μέρη: έναν κινητό επίπεδο καθρέφτη και ένα σταθερό παραβολοειδές. Ο κινητός καθρέφτης «δείχνει» το αντικείμενο και αντανακλά τις ακτίνες στο παραβολοειδές. Το παραβολοειδές συγκεντρώνει τις ακτίνες στο εστιακό σημείο όπου βρίσκεται ο δέκτης. Μόνο ένα μέρος του ουρανού είναι διαθέσιμο για παρατηρήσεις με ένα τέτοιο τηλεσκόπιο. Εκπρόσωποι: ραδιοτηλεσκόπιο Kraus, Μεγάλο ραδιοτηλεσκόπιο στο Nanse.

πήλινα μπολ

Η επιθυμία να μειωθεί το κόστος κατασκευής οδήγησε τους αστρονόμους στην ιδέα να χρησιμοποιήσουν το φυσικό ανάγλυφο ως τηλεσκοπικό καθρέφτη. Ο εκπρόσωπος αυτού του τύπου ήταν το ραδιοτηλεσκόπιο Arecibo μήκους 300 μέτρων. Βρίσκεται σε μια καταβόθρα, ο πυθμένας της οποίας είναι στρωμένος με φύλλα αλουμινίου σε σχήμα σφαιροειδούς. ο δέκτης σε ειδικά στηρίγματα κρέμεται πάνω από τον καθρέφτη. Το μειονέκτημα αυτού του εργαλείου είναι ότι η περιοχή του ουρανού εντός 20° από το ζενίθ είναι διαθέσιμη σε αυτό.

Συστοιχίες κεραιών (αντένες κοινής λειτουργίας)

Ένα τέτοιο τηλεσκόπιο αποτελείται από πολλές στοιχειώδεις τροφοδοσίες (δίπολα ή σπείρες) που βρίσκονται σε απόσταση μικρότερη από το μήκος κύματος. Με τον ακριβή έλεγχο της φάσης κάθε στοιχείου, είναι δυνατό να επιτευχθεί υψηλή ανάλυση και αποτελεσματική περιοχή. Το μειονέκτημα τέτοιων κεραιών είναι ότι κατασκευάζονται για αυστηρά καθορισμένο μήκος κύματος. Εκπρόσωποι: ραδιοτηλεσκόπιο BSA στο Pushchino.

Κενές κεραίες διαφράγματος

Τα πιο σημαντικά για τους σκοπούς της αστρονομίας είναι δύο χαρακτηριστικά των ραδιοτηλεσκοπίων: η ανάλυση και η ευαισθησία. Σε αυτή την περίπτωση, η ευαισθησία είναι ανάλογη με την περιοχή της κεραίας και η ανάλυση είναι ανάλογη με το μέγιστο μέγεθος. Έτσι, οι πιο κοινές κυκλικές κεραίες δίνουν τη χειρότερη ανάλυση για την ίδια αποτελεσματική περιοχή. Επομένως, τηλεσκόπια με μικρά

Τηλεσκόπιο DKR-1000, με μη γεμισμένο διάφραγμα

περιοχή, αλλά υψηλή ανάλυση. Τέτοιες κεραίες ονομάζονται κεραίες με άδειο άνοιγμα, αφού έχουν «τρύπες» στο άνοιγμα που ξεπερνούν το μήκος κύματος. Για να λάβετε μια εικόνα από τέτοιες κεραίες, πρέπει να πραγματοποιηθούν παρατηρήσεις στη λειτουργία σύνθεσης διαφράγματος. Για τη σύνθεση διαφράγματος, επαρκούν δύο κεραίες που λειτουργούν ταυτόχρονα, που βρίσκονται σε μια ορισμένη απόσταση, η οποία ονομάζεται βάση. Για να επαναφέρετε την εικόνα της πηγής, είναι απαραίτητο να μετρήσετε το σήμα σε όλες τις πιθανές βάσεις με κάποιο βήμα μέχρι το μέγιστο.

Εάν υπάρχουν μόνο δύο κεραίες, τότε θα πρέπει να παρατηρήσετε, μετά να αλλάξετε τη βάση, να παρατηρήσετε στο επόμενο σημείο, να αλλάξετε ξανά τη βάση κ.λπ. Αυτή η σύνθεση ονομάζεται σταθερός. Το κλασικό ραδιοσυμβολόμετρο λειτουργεί σύμφωνα με αυτήν την αρχή. Το μειονέκτημα της διαδοχικής σύνθεσης είναι ότι είναι χρονοβόρα και δεν μπορεί να αποκαλύψει τη μεταβλητότητα των πηγών ραδιοφώνου σε σύντομο χρονικό διάστημα. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιείται πιο συχνά παράλληλη σύνθεση. Περιλαμβάνει πολλές κεραίες (δέκτες) ταυτόχρονα, οι οποίοι πραγματοποιούν ταυτόχρονα μετρήσεις για όλες τις απαραίτητες βάσεις. Εκπρόσωποι: "Northern Cross" στην Ιταλία, ραδιοτηλεσκόπιο DKR-1000 στο Pushchino.

Οι μεγάλες συστοιχίες όπως το VLA αναφέρονται συχνά ως διαδοχική σύνθεση. Ωστόσο, λόγω του μεγάλου αριθμού κεραιών, σχεδόν όλες οι βάσεις υπάρχουν ήδη και συνήθως δεν απαιτούνται πρόσθετες μεταθέσεις.

Κατάλογος ραδιοτηλεσκοπίων.

Τοποθεσία	Τύπος κεραίας	Το μέγεθος	Ελάχιστο μήκος κύματος λειτουργίας
ΗΠΑ, Green Bank	Παραβολικό τμήμα με ενεργή επιφάνεια
Ρωσία, Αστεροσκοπείο Ραδιοαστρονομίας Kalyazin	Παραβολικός ανακλαστήρας
Ρωσία, Bear Lakes	Παραβολικός ανακλαστήρας
Ιαπωνία, Nobeyama	Παραβολικός ανακλαστήρας
Ιταλία, Ιατρική	Παραβολικός ανακλαστήρας
Ισπανία, Γρανάδα	Παραβολικός ανακλαστήρας
Πουέρτο Ρίκο, Πουέρτο Ρίκο, Αρεσίμπο	σφαιρικός ανακλαστήρας
Ρωσία, Badary, Σιβηρικό ηλιακό ραδιοτηλεσκόπιο	Συστοιχία κεραίας 128x128 στοιχεία (ραδιοσυμβολόμετρο σε σχήμα σταυρού)
Γαλλία, Νάνσυ	δύο καθρέφτες
Ινδία, Ooty	παραβολικός κύλινδρος
Ιταλία, Ιατρική, «Σταυρός του Βορρά»	«Τ» δύο παραβολικών κυλίνδρων

Βιβλιογραφία

1. Διαστημική φυσική: μικρή. ents., 1986, σελ. 533

2. Kaplan S. A.Πώς προέκυψε η ραδιοαστρονομία // Στοιχειώδης ραδιοαστρονομία. - M.: Nauka, 1966. - S. 12. - 276 p.

3. 1 2 Kraus D.D. 1.2. Μια σύντομη ιστορία των πρώτων χρόνων της ραδιοαστρονομίας // Ραδιοαστρονομία / Εκδ. V. V. Zheleznyakova. - Μ.: Σοβιετικό ραδιόφωνο, 1973. - Σ. 14-21. - 456 σ.

4. Μεγάλη σοβιετική εγκυκλοπαίδεια. - ΕΣΣΔ: Σοβιετική Εγκυκλοπαίδεια, 1978.

5. Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Βικιπαίδεια.

6. Ραδιοτηλεσκόπιο // Διαστημική Φυσική: Μικρή Εγκυκλοπαίδεια / Εκδ. R. A. Sunyaeva. - 2η έκδ. - Μ.: Σοβ. Encyclopedia, 1986. - S. 560. - 783 p. - ISBN 524(03)

7. P.I.Bakulin, E.V.Kononovich, V.I.MorozΜάθημα γενικής αστρονομίας. - Μ.: Nauka, 1970.

8. 1 2 3 4 John D. Kraus.Ραδιοαστρονομία. - Μ.: Σοβιετικό ραδιόφωνο, 1973.

9. Jansky K.G.Κατευθυντήριες Μελέτες Ατμόσφαιρας σε Υψηλές Συχνότητες. - Proc. IRE, 1932. - T. 20. - S. 1920-1932.

10. Jansky K.G.Ηλεκτρικές διαταραχές προφανώς εξωγήινης προέλευσης.. - Proc. IRE, 1933. - T. 21. - S. 1387-1398.

11. Jansky K.G.Μια σημείωση για την πηγή της διαστρικής παρεμβολής.. - Proc. IRE, 1935. - T. 23. - S. 1158-1163.

12. Ρεμπέρ Γ. Cosmic Static. - Αστροφυσία. J., Ιούνιος, 1940. - Τ. 91. - Σ. 621-624.

13. Ρεμπέρ Γ. Cosmic Static. - Proc. IRE, Φεβρουάριος 1940. - V. 28. - S. 68-70.

14. 1 2 Ρεμπέρ Γ. Cosmic Static. - Αστροφυσία. J., November, 1944. - T. 100. - S. 279-287.

15. Ρεμπέρ Γ. Cosmic Static. - Proc. IRE, August, 1942. - T. 30. - S. 367-378.

16. 1 2 N.A.Esepkina, D.V.Korolkov, Yu.N.Pariyskiy.Ραδιοτηλεσκόπια και ραδιόμετρα. - Μ.: Nauka, 1973.

17. Ραδιοτηλεσκόπιο του Πανεπιστημίου του Ιλινόις.

18. 1 2 L. M. Gindilis "SETI: Η αναζήτηση για εξωγήινη νοημοσύνη"