Rádióteleszkóp - Radio telescope

A 64 méteres rádióteleszkóp a Parkes Obszervatóriumban 1969-ben, amikor élő televíziós videó fogadására használták az Apollo 11-től
UTR-2 alacsony frekvenciájú rádióteleszkóp antennája , Harkov régió, Ukrajna . 2040 ketreces dipólus elemből áll.

A rádióteleszkóp egy speciális antenna és rádióvevő, amelyet az égbolton található csillagászati ​​rádióforrásokból származó rádióhullámok észlelésére használnak . A rádióteleszkópok a rádiócsillagászatban használt fő megfigyelőeszközök , amelyek a csillagászati ​​tárgyak által kibocsátott elektromágneses spektrum rádiófrekvenciás részét tanulmányozzák , ugyanúgy, mint az optikai távcsövek a hagyományos optikai csillagászatban használt fő megfigyelőeszközök, amelyek a spektrum fényhullám -részét vizsgálják. csillagászati ​​tárgyakból származik. Az optikai távcsövekkel ellentétben a rádióteleszkópok nappal és éjszaka is használhatók.

Mivel a csillagászati ​​rádióforrások, például a bolygók , csillagok , ködök és galaxisok nagyon messze vannak, a belőlük érkező rádióhullámok rendkívül gyengék, ezért a rádióteleszkópokhoz nagyon nagy antennákra van szükség ahhoz, hogy elegendő rádióenergiát gyűjtsenek a tanulmányozásukhoz, és rendkívül érzékeny vevőkészülékeket. A rádióteleszkópok tipikusan nagy parabolikus ("csésze") antennák , amelyek hasonlóak a műholdak és űrszondák nyomon követéséhez és kommunikációjához . Használhatók külön -külön vagy elektronikusan összekapcsolva egy tömbben. A rádió- megfigyelőközpontok elsősorban a lakosság fő központjaitól távol helyezkednek el, hogy elkerüljék a rádióból, televízióból , radarból , gépjárművekből és más mesterséges elektronikus eszközökből származó elektromágneses interferenciát (EMI) .

Az űrből származó rádióhullámokat először Karl Guthe Jansky mérnök észlelte 1932 -ben a Bell Telephone Laboratories -ban Holmdelben, New Jersey -ben, a rádióvevő -zajok tanulmányozására épített antennával. Az első célra tervezett rádiótávcső egy 9 méteres parabolikus edény volt, amelyet Grote Reber rádióamatőr készített 1937-ben , az udvarban, Wheatonban, Illinois államban . Az általa végzett égboltfelmérést gyakran a rádiócsillagászat kezdetének tekintik.

Korai rádióteleszkópok

Az első rádióteleszkóp, Jansky 1932- es dipólus tömbjének teljes méretű másolata , amelyet az Egyesült Államok Nemzeti Rádiócsillagászati ​​Obszervatóriumában őriztek Green Bankban, Nyugat-Virginiában.
Reber "edény" rádióteleszkópja, Wheaton, Illinois, 1937

A csillagászati ​​rádióforrás azonosítására használt első rádióantennát Karl Guthe Jansky , a Bell Telephone Laboratories mérnöke építette 1932 -ben. Jansky feladata volt a rádiótelefon -szolgáltatást zavaró statikus források azonosítása . Jansky antennája volt egy sor dipólusok és reflektorok kialakítva, hogy rövid hullámhosszú rádiójeleket egy frekvencia 20,5 MHz (hullámhossz körülbelül 14,6 méter). Egy forgótányérra volt szerelve, amely lehetővé tette, hogy bármilyen irányba forogjon, és ezzel elnyerte a "Jansky körhinta" nevet. Átmérője körülbelül 100 láb (30 m) volt, és 20 láb (6 m) magas. Az antenna elforgatásával pontosan meg lehet határozni a vett (zavaró) rádióforrás irányát (statikus). Az antenna oldalán lévő kis fészerben egy analóg toll-papír rögzítő rendszer kapott helyet. A felvétel után jeleket minden irányból, több hónapon Jansky végül kategóriába azokat háromféle statikus: a közelben zivatarok, távoli zivatarok, és egy halvány folyamatos sziszegés fenti felvétel zaj , ismeretlen eredetű. Jansky végül megállapította, hogy a "halk sziszegés" 23 óra 56 perces ciklusban megismétlődik. Ez az időszak egy csillagászati sziderikus nap hossza, az az idő, ameddig az égi gömbön elhelyezkedő bármely „rögzített” tárgynak vissza kell térnie ugyanarra a helyre az égen. Így Jansky azt gyanította, hogy a sziszegés a Naprendszeren kívülről származik , és összehasonlítva megfigyeléseit az optikai csillagászati ​​térképekkel, Jansky arra a következtetésre jutott, hogy a sugárzás a Tejút -galaxisból származik, és a galaxis középpontjának irányában volt a legerősebb konstelláció a Nyilas .

Egy amatőr rádiós, Grote Reber az egyik úttörője volt a rádiócsillagászatnak nevezett úttörőnek . 1937-ben építette meg az első parabolikus "edény" rádióteleszkópot, 9 méter (30 láb) átmérőjű, hátsó udvarában, az Illinois állambeli Wheatonban. és folytatta az első égbolt -felmérést nagyon magas rádiófrekvenciákon, más rádióforrások felfedezésével. A gyors fejlődése radar alatt a második világháború létrehozott technológia, mely alkalmazták rádiócsillagászati a háború után, és rádiócsillagászati vált ága csillagászat, az egyetemekkel és kutatóintézetekkel építése nagy rádióteleszkóp.

Típusok

Ooty rádióteleszkóp , 326,5 MHz dipólus tömb Ootyban , Indiában

A rádióspektrumot alkotó elektromágneses spektrum frekvenciatartománya nagyon nagy. Ennek következtében a rádióteleszkópként használt antennatípusok kialakítása, mérete és konfigurációja nagymértékben eltérő. 30–3 méter (10–100 MHz) hullámhosszon általában irányított antenna -tömbök, amelyek hasonlóak a „TV -antennákhoz”, vagy nagy, álló reflektorok mozgatható fókuszpontokkal. Mivel az ilyen típusú antennákkal megfigyelt hullámhosszok olyan hosszúak, a "reflektor" felületek durva dróthálóból , például csirkehuzalból készülhetnek . Rövidebb hullámhosszakon a parabolikus "edény" antennák vannak túlsúlyban. Az antennák szögfelbontását az edény átmérőjének és a megfigyelt rádióhullámok hullámhosszának aránya határozza meg. Ez határozza meg az edény méretét, amelyre a rádióteleszkópnak szüksége van a hasznos felbontáshoz. A 3–30 cm (100 MHz – 1 GHz) hullámhosszon működő rádióteleszkópok átmérője általában jóval meghaladja a 100 métert. A 30 cm -nél rövidebb (1 GHz feletti) hullámhosszon működő teleszkópok mérete 3-90 méter átmérőjű.

Gyakoriság

A rádiófrekvenciák kommunikációban történő növekvő használata egyre nehezebbé teszi a csillagászati ​​megfigyeléseket (lásd: Nyílt spektrum ). A frekvenciakiosztás védelméről szóló tárgyalásokat a világegyetem megfigyelésére leginkább hasznos spektrumrészekről a Rádiócsillagászati ​​és űrtudományi frekvenciakiosztások tudományos bizottsága koordinálja.

A Föld légköri áteresztőképességének (vagy opacitásának) ábrázolása az elektromágneses sugárzás különböző hullámhosszaira .

A rádióteleszkópok által használt néhány figyelemre méltóbb frekvenciasáv a következők:

Nagy ételek

Az Arecibo (felül), a FAST (középső) és a RATAN-600 (alsó) rádióteleszkópok összehasonlítása azonos léptékben

A világ legnagyobb töltött nyílású (azaz teljes edényes) rádióteleszkópja az ötszáz méteres nyílású gömb alakú távcső (FAST), amelyet 2016-ban készített Kína . Az 500 méter átmérőjű (1600 láb) tányér, amelynek területe akár 30 futballpálya, természetes karsztos mélyedésbe épül a Guizhou tartományi tájon, és nem tud mozogni; a tápantenna kábelekben az edény fölé függesztett kabinban van. Az aktív edény 4450 mozgatható panelből áll, amelyeket számítógép vezérel. Az edény alakjának megváltoztatásával és az etetőfülke kábelein történő mozgatásával a teleszkóp irányítható úgy, hogy az ég bármely régiójára mutasson a zenittől 40 ° -ig. Bár az edény átmérője 500 méter, az edényen csak 300 méteres kör alakú területet világít meg a betápláló antenna, így a tényleges effektív rekesznyílás 300 méter. Az építkezést 2007 -ben kezdték el és 2016 júliusában fejezték be, a távcső pedig 2016. szeptember 25 -én kezdte meg működését.

A világ második legnagyobb töltött nyílású távcsöve az Arecibo rádióteleszkóp volt, amely a Puerto Ricó- i Arecibo-ban található , bár 2020. december 1-jén katasztrofális összeomlás érte. az összes többi teleszkóp csak passzív érzékelés. Az Arecibo egy másik álló edénytávcső volt, mint a FAST. Arecibo a 305 m (1001 ft) csészébe épült be egy természetes depresszió a táj, az antenna volt forgatású belül szöge körülbelül 20 ° a tetőpontján mozgatásával a felfüggesztett takarmány antennát , így használata egy 270 méteres átmérőjű része étel bármilyen egyéni megfigyelésre.

A legnagyobb egyedi rádióteleszkóp bármilyen a RATAN-600 közelében elhelyezkedő Nyizsnyij Arkhyz , Oroszország , amely egy 576 méteres körön négyszögletes rádió reflektorok, amelyek mindegyike lehet hegyes felé egy központi kúpos vevő.

A fenti álló edények nem teljesen "kormányozhatók"; csak az égbolt zenit közelében lévő pontjaira irányulhatnak , és nem fogadhatnak a horizont közelében lévő forrásokból. A legnagyobb mértékben kormányozható étel rádióteleszkóp a 100 méteres Green Bank Telescope a West Virginia , Egyesült Államok, épített 2000-ben a legnagyobb mértékben kormányozható rádióteleszkóp Európában a Effelsberg 100 m Radio Telescope közelében Bonn , Németország által működtetett Max Planck Rádiócsillagászati ​​Intézet , amely egyben a világ legnagyobb, teljesen irányítható távcsöve volt 30 évig, amíg meg nem épült a Green Bank antenna. A harmadik legnagyobb, teljesen irányítható rádióteleszkóp az 1957-ben elkészült 76 méteres Lovell-távcső a Jodrell Bank Obszervatóriumban , Cheshire-ben , Angliában. A negyedik legnagyobb, teljesen irányítható rádióteleszkóp hat 70 méteres edény: három orosz RT-70 , és hármat a NASA Deep Space Network -ben . A tervezett Qitai rádióteleszkóp , amelynek átmérője 110 m (360 láb), várhatóan a világ legnagyobb, teljesen kormányozható egytálcás rádióteleszkópja lesz, amikor 2023-ban elkészül.

Egy tipikusabb rádióteleszkóp egyetlen, körülbelül 25 méter átmérőjű antennával rendelkezik. Körülbelül tucat, körülbelül ekkora rádióteleszkópot működtetnek a világ minden táján működő rádió -megfigyelőállomásokon.

Nagy ételek galériája

Radioteleszkópok az űrben

1965 óta az emberek három űralapú rádióteleszkópot dobtak piacra. Az elsőt, a KRT-10-et 1979-ben csatolták a Salyut 6 orbitális űrállomáshoz. 1997-ben Japán elküldte a másodikat, a HALCA-t . Az utolsót Oroszország küldte 2011 - ben Spektr-R néven .

Rádióinterferometria

A Very Large Array Socorro -ban, Új -Mexikóban, egy interferometrikus tömb, amely 27 parabolikus edénytávcsőből áll.

Az egyik legjelentősebb fejlemény 1946 -ban a csillagászati ​​interferometria nevű technika bevezetésével történt , ami azt jelenti, hogy több antenna jeleit kombinálják úgy, hogy nagyobb antennát szimuláljanak a nagyobb felbontás elérése érdekében. A csillagászati ​​rádióinterferométerek általában parabolikus edényekből (pl. One-Mile Telescope ), egydimenziós antennákból (pl. Molonglo Observatory Synthesis Telescope ) vagy kétirányú, minden irányból álló dipólusokból állnak (pl. Tony Hewish Pulsar) Tömb ). A tömb összes távcsöve széles körben el van választva, és általában koaxiális kábellel , hullámvezetővel , optikai szállal vagy más típusú átviteli vonallal vannak összekötve . Az elektronikus oszcillátorok stabilitásának közelmúltbeli fejlődése lehetővé teszi az interferometria elvégzését a jelek független rögzítésével a különböző antennákon, majd később a korrelációt a központi feldolgozó létesítményekben. Ez a folyamat nagyon hosszú kiindulási interferometria (VLBI) néven ismert . Az interferometria valóban növeli az összes gyűjtött jelet, de elsődleges célja a felbontás nagymértékű növelése az apertúra szintézisnek nevezett eljárással . Ez a technika működik szuperponáljuk ( interferáló ) a jel hullámok a különböző teleszkópok az az elv, hogy a hullámok , amelyek egybeesnek az azonos fázisú növeli egymással, miközben két hullám, amelyek ellentétes fázisú lesz kioltják egymást. Ez egy kombinált távcsövet hoz létre, amely felbontással (bár nem érzékenységgel) egyenértékű egyetlen antennával, amelynek átmérője megegyezik a tömb legtávolabbi antennáinak távolságával.

Atacama nagy milliméteres tömb az Atacama sivatagban, amely 66 12 méteres (7 láb) és 7 méter (23 láb) átmérőjű rádióteleszkópot tartalmaz, amelyek milliméter alatti hullámhosszon működnek.

A jó minőségű képhez nagyszámú különböző elválasztásra van szükség a távcsövek között. A két távcső közötti előrejelzett elválasztást a rádióforrásból nézve alapvonalnak nevezzük. Például az új -mexikói Socorro közelében található Very Large Array (VLA) 27 távcsővel rendelkezik, egyszerre 351 független alapvonallal, ami 3 cm hullámhosszon 0,2 ívmásodperces felbontást ér el . Martin Ryle „s -csoport Cambridge kapott Nobel számára interferometria és a rekesz szintézist. A Lloyd -féle tükörinterferométert 1946 -ban önállóan fejlesztette ki Joseph Pawsey csoportja a Sydney -i Egyetemen . Az 1950 -es évek elején a Cambridge -i interferométer feltérképezte a rádiós égboltot, hogy elkészítse a híres 2C és 3C felméréseket a rádióforrásokról. Egy nagy fizikailag összekapcsolt rádióteleszkóp tömbre példa az óriás Metrewave rádióteleszkóp , amely az indiai Pune -ban található . A legnagyobb tömb, a 2012-ben elkészült Low-Frequency Array (LOFAR) Nyugat-Európában található, és mintegy 81 000 kis antennából áll, 48 állomáson, több száz kilométer átmérőjű területen, és 1,25 és 30 m hullámhossz között működik. . A megfigyelés utáni feldolgozást alkalmazó VLBI rendszereket antennákkal építették több ezer kilométerre egymástól. Rádióinterferométereket is használtak a kozmikus mikrohullámú háttér anizotrópiáiról és polarizációjáról részletes képek készítésére , mint például a CBI interferométer 2004 -ben.

A világ legnagyobb fizikailag csatlakoztatott távcsöve, a Square Kilometer Array (SKA) a tervek szerint 2025 -ben kezdi meg működését.

Csillagászati ​​megfigyelések

Sok csillagászati objektumok nem csak megfigyelni a látható fény , hanem bocsát ki sugárzást a rádió hullámhosszakon . Az energetikai objektumok, például pulzárok és kvazárok megfigyelése mellett a rádióteleszkópok képesek "leképezni" a legtöbb csillagászati ​​objektumot, például galaxisokat , ködöket és még a bolygók rádiófrekvenciáját is .

Lásd még

Hivatkozások

További irodalom

  • Rohlfs, K., & Wilson, TL (2004). A rádiócsillagászat eszközei. Csillagászati ​​és asztrofizikai könyvtár. Berlin: Springer.
  • Asimov, I. (1979). Isaac Asimov Tények könyve; Égfigyelők . New York: Grosset & Dunlap. 390–399. ISBN  0-8038-9347-7