Радіотелескоп

Радіотелеско́п — астрофізичний прилад для приймання електромагнітного випромінювання космічних об'єктів у діапазоні частот від десятків МГц до десятків ГГц (від декаметрових до міліметрових хвиль^[1]) і дослідження його характеристик: координат джерел, просторової структури, інтенсивності випромінювання, спектру і поляризації.

Антени деяких радіотелескопів схожі на звичайні рефлектори. Вони збирають радіохвилі у фокусі металевого увігнутого дзеркала, яке можна зробити ґратчастим і величезних розмірів — діаметром у десятки метрів. Інші радіотелескопи — це величезні рухомі рами, на яких паралельно один одному закріплені металеві стрижні або спіралі. Радіохвилі, що надходять, збуджують у них електромагнітні коливання, які після підсилення потрапляють на дуже чутливу приймальну радіоапаратуру для реєстрації радіовипромінювання об'єкта.

Серед інших астрономічних інструментів радіотелескопи досліджують електромагнітне випромінювання найнижчих частот. Гравітаційні хвилі вловлюються лазерними інтерферометричними гравітаційно-хвильовими обсерваторіями. Вищі частоти досліджують такі прилади:

Субміліметрові телескопи — калтекська субміліметрова обсерваторія, телескоп імені Джеймса Клерка Максвелла, субміліметрові детектори також було встановлено на космічних апаратах «Планк» і «Гершель»;
Інфрачервоні телескопи — діапазон теплового (інфрачервоного) випромінювання;
Оптичні телескопи (іноді спостерігають ближній інфрачервоний і (або) ближній ультрафіолетовий діапазон);
Рентгенівські телескопи — Ухуру, Ariel V, Чандра, XMM-Newton
Гамма-телескопи — Комптон, ГТ-48, GLAST, Swift, INTEGRAL.

Будова та принцип дії

Радіотелескоп складається з антенної системи і радіоприймального пристрою — радіометра. Конструкції антен відрізняються великою різноманітністю, що обумовлено дуже широким діапазоном довжин хвиль, які використовуються в радіоастрономії (від 0,1 мм до 1 000 м). Для спрямування антен в область неба, яка досліджується, їх встановлюють зазвичай на азимутальних монтуваннях, що забезпечують повороти по азимуту та висоті (повноповоротні антени). Існують також антени, що допускають лише обмежені повороти, і навіть повністю нерухомі. Напрям прийому в антенах останнього типу (зазвичай, дуже великого розміру) досягається шляхом пересування опромінювача, що сприймає відбите від антени радіовипромінювання.

Для спостереження на коротких хвилях поширені дзеркальні параболічні антени, встановлені на поворотних пристроях, що служать для наведення радіотелескопів на джерело радіовипромінювання; за принципом дії такі радіотелескопи аналогічні оптичним телескопам-рефракторам. Часто використовуються комбінації ряду дзеркальних антен, що сполучені кабельними лініями в єдину систему — «ґрати». Для спостереження на довгих хвилях використовуються ґрати з великого числа елементарних випромінювачів — диполів.

Радіотелескоп повинен володіти високою чутливістю, що забезпечує реєстрацію якомога слабшого потоку радіовипромінювання, високою роздільною здатністю, що дозволяє спостерігати менші просторові деталі досліджуваних об'єктів. Мінімальна густина потоку $Δ P$ , що реєструється, визначається співвідношенням:

Δ P = \frac{P}{S \sqrt{t Δ f}}

де $P$ — потужність власних шумів радіотелескопа, $S$ — ефективна площа (збиральна поверхня) антени, $Δ f$ — смуга частот, що приймаються, $t$ — час накопичення сигналу.

Для поліпшення чутливості радіотелескопів збільшують їх збиральну поверхню та застосовують малошумні приймальні пристрої на основі мазерів, параметричних підсилювачів тощо. Роздільна здатність $q$ радіотелескопа (в радіанах):

q > \frac{I}{D}

де $I$ — довжина хвилі, $D$ — лінійний розмір апертури антени.

Найбільші дзеркальні антени (діаметром до 100 м на сантиметрових хвилях) мають роздільну здатність близько 1 кутової секунди, Шаблон:Джерело?Шаблон:Уточнити. Труднощі створення радіотелескопів великих розмірів із суцільним дзеркалом змушують широко використовувати ґрати, а для отримання двовимірного «зображення» — хрещаті, кільцеві та інші антени з незаповненою апертурою.

Апертурний синтез

Найрадикальнішим шляхом отримання високої роздільності в радіоастрономії є складання (синтез) антенного пристрою великої апертури із декількох порівняно невеликих антен, які в процесі спостережень рухаються одна відносно одної відповідно до заданого руху великого антенного пристрою (уявного або фіктивного). Існуючі радіотелескопи апертурного синтезу дозволяють одержувати радіозображення з роздільністю близько 1 кутової секунди. Радіотелескопи, що складаються із системи окремих антен, віддалених одна від одної (іноді на багато сотень км), за допомогою яких проводять одночасні спостереження космічного радіоджерела, дають змогу дізнатися про структуру радіоджерела й виміряти його кутовий розмір, навіть коли він значно менший кутової секунди. У системах радіоінтерферометрів із надвеликими базами роздільна здатність досягає порядку 10^-2—10^-4 кутової секунди.

Історія та розвиток

Радіовипромінювання космічного походження на хвилі 14,6 м вперше було зареєстровано К. Янським (США) у 1931 році за допомогою антени, призначеної для дослідження радіоперешкод від блискавок. Після того, для його приймання створили обладнання різних систем. Перший радіотелескоп збудував Ґроут Ребер (Шаблон:Lang-en), радіоаматор з Уіттона (Іллінойс, США) у 1937 році на задньому подвір'ї своїх батьків. Його апарат мав параболічну форму антени діаметром 9 м. За його допомогою Грот накреслив зоряну мапу в радіодіапазоні на якій виділялись центральні області Чумацького шляху та «яскраві» об'єкти Лебідь А (Cyg A) та Кассіопея A (Cas A)^[2]. Швидкий розвиток радіотелескопії почався в 1940-х роках. У Австралії в 1948 був споруджений перший радіоінтерферометр, а в 1953 — перший хрещатий радіотелескоп. Великий повноповоротний параболоїд діаметром 76 м уперше споруджений у Великій Британії в 1957 році. Принцип отримання зображення з високою роздільною здатністю методом послідовного синтезу апертури розвивається з 1956 року в Кембриджі. У 1967 в США і Канаді проведені перші спостереження на інтерферометрах із незалежним записом сигналів і надвеликими базами. До 1975 кращі за точністю повноповоротні параболоїди встановлено на радіоастрономічних обсерваторіях в Шаблон:Не перекладено, Пущині і Сімеїзі, на Кітт-Піку.

Радіотелескоп із нерухомою сферичною чашею споруджений в кратері вулкана в Аресібо (Пуерто-Рико) (діаметр 300 м, мінімальна довжина хвилі — 10 см). Має дуже велику збираючу поверхню і застосовується як локатор для картографування планет.

Хрестоподібні та кільцеві радіотелескопи функціонують у Молонгло, Австралія (хрест з 2 сітчастих параболічних циліндрів), Харкові (Т-подібна антена 1 800 x 900 м, складається з 2 040 вібраторів, λ = 10—30 м), Пущині (хрест з 2 циліндрів 1 000 x 1 000 м, λ = 2-10 м), Калгурре, Австралія (96 параболоїдів діаметром 13 м, розташованих по кільцю діаметром 3 км). Найбільші радіотелескопи апертурного синтезу — в Кембриджі, Велика Британія (λ = 5 см) та Вестерборці, Нідерланди (λ = 6 см).

Уявлення про небесні тіла та їхні системи надзвичайно збагатилися після того, як почали вивчати їхнє радіовипромінювання.

Найбільші радіотелескопи світу


Розташування	Тип антени	Розмір	Мінімальна робоча довжина хвилі
Шаблон:USA, Грін Бенк Шаблон:Ref-en	Параболічний сегмент з активною поверхнею	110 x 100 м	6 мм
Шаблон:GER, Шаблон:Не перекладено Еффельсберзький радіотелескоп	Параболічний рефлектор	100 м	7 мм
Шаблон:UK, Джодрелл-Бенк	Параболічний рефлектор	76 м	1,3 см
Шаблон:UKR, Євпаторія РТ-70 (П-2500)	Параболічний рефлектор	70 м	1 см
Шаблон:RUS, Калязін TNA 1500	Параболічний рефлектор	64 м	1 см
Шаблон:RUS, Ведмежі озера TNA 1500	Параболічний рефлектор	64 м	1 см
Шаблон:AUS, Шаблон:Не перекладено Обсерваторія Паркса Parkes Observatory	Параболічний рефлектор	64 м	7 мм
Шаблон:JPN, Нобеяма NRO	Параболічний рефлектор	45 м	1 мм
Шаблон:ITA, Медічина	Параболічний рефлектор	32 м	1,3 см
Шаблон:RUS, Світле	Параболічний рефлектор	32 м	5 мм
Шаблон:UKR, Євпаторія П-400	Параболічний рефлектор	32 м	від 8 см
Шаблон:UKR, Сімферополь ТНА-400	Параболічний рефлектор	32 м	від 40 см
Шаблон:UKR, Золочів^[3]	Параболічний рефлектор	32 м	від 1.35 см
Шаблон:ESP, Гранада IRAM	Параболічний рефлектор	30 м	1 мм
Шаблон:PRI, Аресібо	Сферичний рефлектор	300 м	10 см
Шаблон:RUS, Зеленчуцька РАТАН-600	Антена змінного профілю	588 м	3 мм
Шаблон:FRA, Нансі	Дводзеркальний	2 х 40 м х 300 м	11 см
Шаблон:RUS, Пущино ДКР-1000	Хрест із двох параболічних циліндрів	2 х 1000 м х 40 м	2,5 м
Шаблон:UKR, Харків УТР-2 www	Система дипольних антен, «Т»	1860 м х 50 м 900 м х 50 м	12 м
Шаблон:IND, Уті Ooty Radio Telescope	Параболічний циліндр	500 м х 30 м	91 см
Шаблон:ITA, Медічина «Північний хрест»	«Т» з двох параболічних циліндрів	2 х 500 м х 30 м	70 см

Див. також

Примітки

Шаблон:Reflist

Література

Есепкина Н. А., Корольков Д. В., Парийский Ю. Н.. Радиотелескопы и радиометры, М., 1973. Шаблон:Ref-ru
Христиансен У., Хегбом И. Радиотелескопы, пер. с англ., М., 1972. Шаблон:Ref-ru
Rohlfs, K., & Wilson, T. L. Tools of radio astronomy. Astronomy and astrophysics library. Berlin: Springer, 2004. Шаблон:Ref-en
Asimov, I. Isaac Asimov's Book of facts; Sky Watchers. New York: Grosset & Dunlap. Page 390 — 399. 1979. ISBN 0-8038-9347-7 Шаблон:Ref-en

Посилання

Шаблон:Commonscat

Шаблон:Бібліоінформація

Шаблон:Observatory-stub

↑ Помилка цитування: Неправильний виклик тегу <ref>: для виносок під назвою АЕС_395 не вказано текст
↑ Торн, Кип. Чёрные дыры и складки времени — М.: Издательство физико-математической литературы, 2007. с. 323—325 (616) Шаблон:Ref-ru ISBN 9785-94052-144-4
↑ Шаблон:Cite news

[АЕС_395-1] Помилка цитування: Неправильний виклик тегу <ref>: для виносок під назвою АЕС_395 не вказано текст

[2] Торн, Кип. Чёрные дыры и складки времени — М.: Издательство физико-математической литературы, 2007. с. 323—325 (616) Шаблон:Ref-ru ISBN 9785-94052-144-4

[3] Шаблон:Cite news

[1]

[2]

[3]

Радіотелескоп

Зміст

Будова та принцип дії

Апертурний синтез

Історія та розвиток

Найбільші радіотелескопи світу

Див. також

Примітки

Література

Посилання

Навігаційне меню

Радіотелескоп

Будова та принцип дії

Апертурний синтез

Історія та розвиток

Найбільші радіотелескопи світу

Див. також

Примітки

Література

Посилання

Навігаційне меню

Пошук