Для чего используют радиотелескопы

Первым космическое радиоизлучение зарегистрировал Карл Янский в 1931 году. Его радиотелескоп представлял собой вращающуюся деревянную конструкцию, установленную на автомобильных колесах для исследования помех радиотелефонной связи на длинах волн = 4 000 м и = 14,6 м. К 1932 году стало ясно, что радиопомехи приходят из Млечного Пути, где расположен центр Галактики. А в 1942 было открыто радиоизлучение Солнца.

Любой радиотелескоп по принципу своего действия похож на оптический: он собирает излучение и фокусирует его на детекторе, настроенном на выбранную длину волны, а затем преобразует этот сигнал, показывая условно раскрашенное изображение неба или объекта. В радиоастрономии используются различные типы антенн: дипольные антенны, параболические рефлекторы, радиоинтерферометры. Чаще всего в качестве антенны используется большая вогнутая чаша или зеркало параболической формы. Зеркало отражает радиоволны, которые собираются вблизи фокуса и улавливаются облучателем – полуволновым диполем, принимающим излучение заданной длины волны.

2
Рисунок 2.2.5.2.

Радиотелескоп РАТАН-600

В 1963 году начал работать 300-метровый радиотелескоп со сферической антенной в Аресибо на острове Пуэрто-Рико, установленный в огромном естественном котловане, в горах. В 1976 году на Северном Кавказе в России начал работать 600-метровый радиотелескоп РАТАН-600. Угловое разрешение радиотелескопа на волне 3 см составляет 10″.

3
Рисунок 2.2.5.3.

15-метровый телескоп Европейской Южной обсерватории

4
Рисунок 2.2.5.4.

Радиотелескоп в Аресибо, Пуэрто-Рико

В некоторых обсерваториях используются набор антенн, установленных на большой территории. На радиоастрономической станции ФИАН в Пущино в России введен в строй БСА. Это поле антенн длиной 300 метров и шириной 400 метров; работает БСА на длине волны 3 м.

Угловое разрешение радиотелескопа = / редко бывает лучше 1′. Для 300-метрового радиотелескопа в Аресибо на длине волны = 70 см теоретическое угловое разрешение будет равно = 0,7/300 = 8′ – в несколько сот раз хуже, чем у оптических телескопов.

Чтобы существенно улучшить угловое разрешение, в радиоастрономии используют радиоинтерферометры .

Простейший радиоинтерферометр состоит из двух радиотелескопов, разнесенных на расстояние, называемое базой интерферометра . Радиотелескопы, объединенные в единую систему, называют системой апертурного синтеза .

Радиотелескопы

5
Рисунок 2.2.5.5.

Система радиотелескопов VLA в Нью-Мексико (США)

Угловое разрешение системы апертурного синтеза VLA Национальной радиоастрономической обсерватории США в Сокорро, состоящей из 27 радиотелескопов, на длине волны 1,3 см составляет 0,05″.

Радиоинтерферометр MERLIN в Великобритании, состоящий из 7 радиотелескопов, на длине волны 6 см дает угловое разрешение 0,05″.

Налаживают связь между радиотелескопами, находящимися в разных странах и даже на разных континентах. Такие системы получили название радиоинтерферометров со сверхдлинной базой (РСДБ). Такие системы дают максимально возможное угловое разрешение, в несколько тысяч раз лучшее, чем у любого оптического телескопа.

6
Рисунок 2.2.5.6.

Радиогелиограф в Нобеяма

Радиообсерватория OVRO (Owens Valley Radio Observatory), расположенная недалеко от Лос-Анджелеса, является одной из крупнейших в мире. Научные наблюдения проводятся на шести радиотелескопах размером 10,4 метров, 40-метровом телескопе и на солнечном радиоинтерферометре, состоящим из 27-метровых антенн. Радиоинтерферометр BIMA (Berkeley-Illinois-Maryland Association) состоит из десяти антенн диаметром 6,1 м каждая. Он работает в миллиметровом диапазоне.

Самый большой полноповоротный радиотелескоп Green Bank telescope (GBT) работает с 2000 года в американском городе Грин-Бэнк (Западная Вирджиния). 100-метровый телескоп GBT изучает излучение комет, пульсаров и далеких галактик.

7
Рисунок 2.2.5.7.

Радиоинтерферометр BIMA

8
Рисунок 2.2.5.8.

В мире астрономии существует множество инструментов и технологий, которые позволяют нам исследовать и понять Вселенную. Одним из таких инструментов являются радиотелескопы. Радиотелескопы – это специальные устройства, которые позволяют нам изучать радиоволны, испускаемые различными объектами в космосе. В этой статье мы рассмотрим историю развития радиотелескопов, их принцип работы, основные типы и применение в астрономии. Также мы обсудим современные достижения и вызовы, связанные с радиотелескопами.

Нужна помощь в написании работы?

Написание учебной работы за 1 день от 100 рублей. Посмотрите отзывы наших клиентов и узнайте стоимость вашей работы.

Таблица по теме “Радиотелескопы”

  • Работают в радиодиапазоне электромагнитного спектра
  • Позволяют изучать далекие источники, невидимые для оптических телескопов
  • Могут обнаруживать и изучать радиоизлучение от галактик, звезд, пульсаров и других объектов
  • Развитие технологий и улучшение чувствительности
  • Появление крупных радиотелескопов, таких как Радиотелескоп Аресибо
  • Использование интерферометрии для повышения разрешения
  • Антенна собирает радиоволны и фокусирует их на приемник
  • Приемник усиливает и обрабатывает сигнал
  • Данные анализируются и интерпретируются для изучения космических объектов
  • Параболические антенны
  • Антенны с апертурой
  • Интерферометры
  • Параболические антенны обеспечивают высокую чувствительность и разрешение
  • Антенны с апертурой позволяют изучать широкий диапазон частот
  • Интерферометры объединяют сигналы с нескольких антенн для повышения разрешения
  • Исследование структуры галактик и формирования звезд
  • Обнаружение и изучение радиоизлучения от активных галактических ядер
  • Изучение космического микроволнового фона для подтверждения Большого взрыва
  • Разработка более чувствительных и точных радиотелескопов
  • Использование множества антенн и интерферометрии для создания виртуальных телескопов
  • Исследование гравитационных волн с помощью радиотелескопов
  • Позволяют получать более детальные и точные данные о космических объектах
  • Открывают новые возможности для изучения Вселенной и ее эволюции
  • Содействуют развитию астрофизики и космологии
  • Международное сотрудничество и координация
  • Финансирование и поддержка проектов
  • Устранение помех и шумов

Радиотелескопы играют важную роль в астрономии, позволяя нам исследовать Вселенную через изучение радиоволн. Они помогают нам расширить наше понимание о галактиках, звездах, пульсарах, космических объектах и космологии в целом. Благодаря развитию технологий и современным достижениям, радиотелескопы становятся все более чувствительными и точными, позволяя нам узнать больше о Вселенной и ее тайнах. Однако, существуют и проблемы, связанные с радиоинтерференцией и финансированием, которые требуют дальнейших исследований и улучшений. В целом, радиотелескопы продолжают быть важным инструментом для астрономических исследований и помогают нам расширять наши знания о Вселенной.

Радиотелескопы: их принцип работы, типы и применение в астрономии обновлено: 26 ноября, 2023

Для чего нужны радиотелескопы?

Карл Янский

Опытные радисты знают: когда в радиоприёмнике иногда раздаются шум и треск, не стоит сразу винить аппаратуру: вполне возможно, что это подаёт голос. Солнце!

Впервые о том, что Солнце имеет собственную «радиостанцию», люди узнали в 30-х годах прошлого века. Открывателем космических радиоволн стал молодой физик Карл Янский. Он работал в одной из американских радиокомпаний, и ему поручили изучить направление прихода атмосферных коротковолновых радиопомех.

Молодой исследователь сконструировал специальную антенну, способную принимать короткие волны. Вооружившись этой антенной, он стал изучать источники радиопомех и их направление. Каково же было его удивление, когда прибор упрямо стал указывать на. солнечный диск! Причем эти шипящие помехи повторялись каждые 24 часа. Это указывало на то, что источник помех может быть связан с Солнцем (24 часа, как мы помним, длятся солнечные сутки на Земле). Но проанализировав полученные данные более тщательно, Карл Янский увидел, что обнаруженный им радиосигнал повторялся на каждые 24 часа, а каждые 23 часа 56 минут — это уже длительность звёздных суток, а не солнечных, то есть период вращения Земли относительно дальних звезд, а не Солнца. Сверившись с астрономическими картами, Карл Янский обнаружил, что источником излучения была область в центре нашей галактики Млечный Путь, в созвездии Стрельца.

Карл Янский опубликовал статью, в которой рассказал о своем открытии, однако ему не поверили. Но факты — упрямая вещь. Радиоголоса были обнаружены и у других звёзд, у планет и прочих небесных объектов. Так было положено начало новой науке — радиоастрономии. Она позволила узнать о Вселенной много такого, о чем люди раньше и не подозревали.

Антенна Карла Янского

Круговая «антенна-карусель» Карла Янского — первый радиотелескоп

Антенна современного радиотелескопа давно уже не напоминает ту «раскладушку», с которой работал Янский.

Радиотелескоп РТ-32 РАО «Бадары»

Радиотелескоп РТ-32 РАО «Бадары»
Находится в урочище Бадары Тункинского р-на республики Бурятия (Россия).

Чаще всего это гигантская металлическая чаша диаметром в несколько десятков, а то и сотен метров.

Например, крупный радиотелескоп Аресибо расположен в кратере потухшего вулкана на Больших Антильских островах. Склоны кратера выровняли и прикрыли металлическими щитами. Получилась огромная чаша-зеркало, с помощью которой и улавливаются радиоголоса звёзд.

Радиотелескоп Аресибо

Обсерватория Аресибо (Пуэрто-Рико).
Радиотелескоп Аресибо, построенный в 1963 году,
по размерам уступает только китайскому телескопу FAST, запущенному в 2016 году.
Диаметр зеркала радиотелескопа Аресибо — почти 305 метров

Один из крупнейших радиотелескопов мира РАТАН-600 находится в нашей стране, в районе станицы Зеленчукской в Ставропольском крае.

Даже построив такую махину, астрономы на этом не успокоились. В 1980 году совместными усилиями специалистов стран Восточный и Западной Европы, а также Китая и Южной Африки был создан радиотелескоп, антенна которого оказалась диаметром. в половину земного шара! Самое удивительное, что никаких новых установок при этом не строили.

Вся хитрость в оригинальном подходе, который использовали учёные. Представьте себе, скажем, у нас в Крыму и где-то в Швеции два радиотелескопа направлены на один и тот же небесный объект. На обоих телескопах принятые сигналы записываются и передаются на компьютер. Затем радиоастрономы сравнивают записи, оценивают информацию с помощью электронных вычислительных машин. В итоге получается, что два телескопа работают как один — в общей упряжке.

Причём таким образом не только два, но и большее количество телескопов могут действовать сообща. Антенна такого всепланетарного радиотелескопа получается гигантской, простираясь на тысячи километров. Такие сети радиотелескопов называют РСДБ-сетями (расшифровывается как радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами). Метод РСДБ придумали американцы в 1970-х годах. В наше время существует три крупных сети: «КВАЗАР» в России, EVN в Европе (в ней тоже участвуют российские радиотелескопы), и VLBA в США.

В будущем учёные замахиваются создать радиотелескоп размерами во всю Солнечную систему. Каким образом? Точно таким же. Один из радиотелескопов они хотят разместить на борту автоматической межпланетной станции и отравить её куда-нибудь на окраину Солнечной системы, допустим, к орбите Сатурна или Плутона. Другие радиотелескопы включатся на Земле. А когда полученные сведения обработают с помощью сверхмощных компьютеров, получится, будто работал сверхгигантский радиотелескоп.

Первый шаг в этом направлении уже сделан — это международный проект «РадиоАстрон». Размеры этой сети уже превышают диаметр нашей планеты, потому что в неё, помимо наземных радиотелескопов, включен космический радиотелескоп на российском космическом аппарате «Спектр-Р», запущенном на околоземную орбиту в 2011 году.

Зачем учёным такие гулливеровы «игрушки»? Оказывается, чем больше радиотелескоп, тем при прочих равных условиях чувствительнее его «радиоухо». Особенно удобны «упряжки» радиотелескопов для обнаружения источников со сложной пространственной структурой. То есть когда из одного места доносится не один, а сразу хор радиоголосов, и надо разобраться, кому какой принадлежит.

В свою очередь, накопленные знания нужны специалистам, чтобы лучше понять устройство мира. Например, мы до сих пор плохо знаем, как именно шло образование нашей Солнечной системы. Геологические процессы на планетах, химические реакции в их недрах сильно изменили облик небесных тел, и теперь нелегко представить, какими они были первоначально. Так что было бы важно отследить образование какой-либо другой планетной системы. Тогда по аналогии мы могли бы получить наглядное представление и о том, как образовывалась наша.

Так, проводя совместными усилиями «прослушивание» газопылевой туманности в созвездии Ориона, радиоастрономы пяти стран сумели не только услышать в общем хоре отдельные радиоголоса, но и догадаться, о чём шёл «разговор». Скорее всего, полагают учёные, радиотелескопам удалось обнаружить протозвёзды (звёзды, формирование которых ещё не закончено), возможно, даже отдельные далёкие системы, подобные Солнечной, как раз в разгар строительства. Так что, наблюдая за ними, мы можем узнать, судя по всему, немало интересного и о собственной.

Удалось радиоастрономам отыскать и следы Большого взрыва. Радиоастрономы зафиксировали в глубинах Вселенной фоновое или реликтовое радиоизлучение, которое представляет собой не что иное, как эхо Большого взрыва. Представляете, сколько миллиардов лет прошло, а радиоэхо до сих пор разгуливает по просторам Вселенной. И учёным удалось услышать его.

Благодаря РСДБ-сетям, астрономы получили возможность изучать такие загадочные космические объекты, как пульсары, нейтронные звёзды, чёрные дыры.

Появление радиотелескопов изменило характер труда астрономов. Как шутят они сами, многие теперь перестали смотреть по ночам на звёзды через «ночезрительную трубу» обычного, оптического телескопа, бормоча себе под нос стихи М. В. Ломоносова: «Открылась бездна звёзд полна. » Они теперь работают на сверхмощных компьютерах, выполняя сложные астрономические расчёты, напевая слова из романса на слова М. Ю. Лермонтова: «. И звезда с звездою говорит. »

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий