Rádióteleszkóp - Radio telescope
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
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
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 rádióteleszkópok által használt néhány figyelemre méltóbb frekvenciasáv a következők:
- Minden frekvencia az Egyesült Államok Nemzeti Rádió csendes zónájában
- 37. csatorna : 608–614 MHz
- A " Hidrogén vonal ", más néven "21 centiméteres vonal": 1 420,40575177 MHz, amelyet számos rádióteleszkóp, köztük a The Big Ear is használt a Wow! jel
- 1406 MHz és 430 MHz
- A vízlyuk : 1420-1666 MHz
- Az Arecibo Obszervatórium több vevővel rendelkezett, amelyek együttesen lefedték a teljes 1–10 GHz -es tartományt.
- A Wilkinson mikrohullámú anizotrópia -szonda a Cosmic mikrohullámú háttérsugárzást 5 különböző frekvenciasávban térképezte fel, 23 GHz, 33 GHz, 41 GHz, 61 GHz és 94 GHz középpontban.
Nagy ételek
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
Az 500 méteres ötszáz méteres nyílású gömb alakú távcső (FAST), építés alatt, Kína (2016)
A 100 méteres Green Bank teleszkóp , Green Bank, Nyugat -Virginia, Amerikai Egyesült Államok, a legnagyobb teljesen kormányozható rádióteleszkóp edény (2002)
A 100 méteres Effelsberg , Bad Münstereifel, Németország (1971)
A 76 méteres Lovell , Jodrell Bank Observatory, Anglia (1957)
A 70 méteres DSS 14 "Mars" antenna a Goldstone Deep Space Communications Complex -ben, Mojave -sivatag, Kalifornia, USA (1958)
A 70 méteres Yevpatoria RT-70 , Krím, a három RT-70 közül az első a volt Szovjetunióban, (1978)
A 70 méteres Galenki RT-70 , Galenki, Oroszország, a második a három RT-70 közül a volt Szovjetunióban, (1984)
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
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.
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
- Rekesz szintézis
- Astropulse - elosztott számítástechnika adatszalagok keresésére ősfeketék, lyukak és ETI számára
- A csillagászati megfigyelőközpontok listája
- Rádióteleszkópok listája
- Távcső típusok listája
- Keressen földönkívüli intelligenciát
- Távcső
- Radar távcső
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