Radioteleskop - Radio telescope
A radioteleskop je specialista anténa a rádiový přijímač slouží k detekci rádiové vlny z astronomické rádiové zdroje na obloze.[1][2][3] Radioteleskopy jsou hlavním pozorovacím nástrojem používaným v radioastronomie, který studuje rádiová frekvence část elektromagnetické spektrum emitované astronomickými objekty, stejně optické dalekohledy jsou hlavním pozorovacím nástrojem používaným v tradičním provedení optická astronomie který studuje světelná vlna část spektra vycházející z astronomických objektů. Na rozdíl od optických dalekohledů lze rádiové dalekohledy používat ve dne i v noci.
Protože astronomické rádiové zdroje jako např planety, hvězdy, mlhoviny a galaxie jsou velmi daleko, rádiové vlny přicházející z nich jsou extrémně slabé, takže radioteleskopy vyžadují velmi velké antény, aby shromáždily dostatek rádiové energie k jejich studiu, a extrémně citlivé přijímací zařízení. Rádiové dalekohledy jsou obvykle velké parabolické („paraboly“) antény podobné těm, které se používají při sledování a komunikaci s nimi satelity a vesmírné sondy. Mohou být použity jednotlivě nebo spojeny elektronicky v poli. Rádio observatoře jsou přednostně umístěny daleko od hlavních center populace, kterým je třeba se vyhnout elektromagnetické rušení (EMI) z rádia, televize, radar, motorová vozidla a další umělá elektronická zařízení.
Rádiové vlny z vesmíru byly nejprve detekovány technikem Karl Guthe Jansky v roce 1932 v Bell Telephone Laboratories v Holmdel, New Jersey pomocí antény postavené ke studiu hluku rádiového přijímače. Prvním účelovým radioteleskopem byla 9metrová parabolická anténa postavená radioamatérem Grote Reber v jeho dvorku v Wheaton, Illinois v roce 1937. Průzkum oblohy, který provedl, je často považován za začátek oblasti radioastronomie.
Rané radioteleskopy
První rádiová anténa použitá k identifikaci astronomického rádiového zdroje byla postavena autorem Karl Guthe Jansky, inženýr s Bell Telephone Laboratories, v roce 1932. Janskému byl přidělen úkol identifikovat zdroje statický které by mohly rušit rádiový telefon servis. Janského anténa byla řada dipóly a reflektory navržen pro příjem krátká vlna rádiové signály na a frekvence ze dne 20.5 MHz (vlnová délka asi 14,6 metrů). Byl namontován na otočný talíř, který mu umožňoval otáčet se jakýmkoli směrem a získal název „Janskyho kolotoč“. To mělo průměr přibližně 100 stop (30 m) a stál 20 ft (6 m) vysoký. Otáčením antény lze určit směr přijímaného rušivého rádiového zdroje (statického). Na boku antény byla malá bouda analogový systém záznamu na pero a papír. Po několika měsících zaznamenávání signálů ze všech směrů je Jansky nakonec kategorizoval do tří typů statických: blízké bouřky, vzdálené bouřky a slabé stálé syčení nad hluk výstřelu, neznámého původu. Jansky nakonec určil, že „slabé syčení“ se opakovalo v cyklu 23 hodin a 56 minut. Toto období je astronomické délky hvězdný den, čas, který zabere jakýkoli "pevný" objekt umístěný na nebeská sféra vrátit se na stejné místo na obloze. Jansky tedy tušil, že syčení vzniklo mimo Sluneční Soustava a srovnáním svých pozorování s optickými astronomickými mapami Jansky dospěl k závěru, že záření vychází z Galaxie Mléčná dráha a byl nejsilnější ve směru do středu galaxie v souhvězdí z Střelec.
Amatérský radista, Grote Reber, byl jedním z průkopníků toho, co se stalo známé jako radioastronomie. Postavil první parabolický „parabolický“ radioteleskop o průměru 9 metrů na svém dvorku ve Wheatonu v Illinois v roce 1937. Zopakoval Janskyho průkopnické dílo a označil Mléčnou dráhu jako první rádiový zdroj mimo svět, a pokračoval k prvnímu průzkumu oblohy v velmi vysoko rádiových frekvencí, objevování dalších rádiových zdrojů. Rychlý vývoj radaru v době druhá světová válka vytvořil technologii, která byla po válce aplikována na radioastronomii, a radioastronomie se stala oborem astronomie, kdy univerzity a výzkumné ústavy stavěly velké radioteleskopy.[4]
Typy
Rozsah frekvencí v elektromagnetické spektrum který tvoří rádiové spektrum je velmi velký. V důsledku toho se typy antén, které se používají jako radioteleskopy, značně liší konstrukcí, velikostí a konfigurací. Na vlnových délkách 30 metrů až 3 metry (10–100 MHz) jsou obvykle buď směrová anténa pole podobná „TV anténám“ nebo velké stacionární reflektory s pohyblivými ohniskovými body. Protože vlnové délky pozorované u těchto typů antén jsou tak dlouhé, mohou být „reflektorové“ povrchy konstruovány z hrubého drátu pletivo jako kuřecí drát.[5][6] Na kratších vlnových délkách parabolické „antény“ převládají. The úhlové rozlišení antény paraboly je určena poměrem průměru paraboly k vlnová délka pozorovaných rádiových vln. To určuje velikost paraboly, kterou potřebuje radioteleskop pro užitečné rozlišení. Rádiové dalekohledy, které pracují na vlnových délkách od 3 do 30 cm (100 MHz až 1 GHz), mají obvykle průměr mnohem větší než 100 metrů. Dalekohledy pracující na vlnových délkách menších než 30 cm (nad 1 GHz) se pohybují v průměru od 3 do 90 metrů.[Citace je zapotřebí ]
Frekvence
Rostoucí využívání rádiových frekvencí pro komunikaci astronomickým pozorováním stále více ztěžuje (viz Otevřené spektrum Jednání na obranu přidělení frekvence pro části spektra nejužitečnější pro pozorování vesmíru jsou koordinovány ve Vědeckém výboru pro přidělování kmitočtů pro radioastronomii a kosmickou vědu.
Některá z nejvýznamnějších frekvenčních pásem používaných radioteleskopy zahrnují:
- Každá frekvence v Tiché pásmo národního rozhlasu Spojených států
- Kanál 37: 608 až 614 MHz
- „Vodíkové potrubí “, také známý jako„ 21 centimetrový řádek “: 1420,40575177 MHz, používaný mnoha radioteleskopy včetně Velké ucho při objevu Páni! signál
- 1406 MHz a 430 MHz [7]
- The Napajedlo: 1 420 až 1 666 MHz
- The Observatoř Arecibo měl několik přijímačů, které společně pokrývaly celý rozsah 1–10 GHz.
- The Wilkinsonova mikrovlnná anizotropická sonda zmapoval Kosmické mikrovlnné záření na pozadí v 5 různých frekvenčních pásmech se středem na 23 GHz, 33 GHz, 41 GHz, 61 GHz a 94 GHz.
Velká jídla
Největší radioteleskop s plnou clonou na světě (tj. Plný talíř) je Pět set metrů clonový sférický dalekohled (RYCHLE) dokončeno v roce 2016 do Čína.[8] Miska o průměru 500 metrů (1600 ft) s plochou až 30 fotbalových hřišť je zabudována do přírodního prostředí Kras deprese v krajině v Provincie Kuej-čou a nemůže se hýbat; the napájecí anténa je v kabině zavěšené nad parabolou na kabelech. Aktivní anténa se skládá z 4450 pohyblivých panelů ovládaných počítačem. Změnou tvaru paraboly a posunutím podávací kabiny na jejích kabelech lze dalekohled řídit tak, aby ukazoval na jakoukoli oblast oblohy až do 40 ° od zenitu. Přestože miska má průměr 500 metrů, v daném okamžiku je osvětlena anténou příjmu pouze kruhová plocha 300 m, takže skutečná účinná clona je 300 metrů. Stavba byla zahájena v roce 2007 a dokončena v červenci 2016[9] a dalekohled byl uveden do provozu 25. září 2016.[10]
Druhým největším dalekohledem na světě s vyplněnou clonou byl Radioteleskop Arecibo nacházející se v Arecibo, Portoriko, ačkoli utrpěl katastrofický kolaps 2. prosince 2020. Arecibo byl jediný radioteleskop na světě, který je také schopen aktivního radarového zobrazování objektů blízkých Zemi; všechny ostatní dalekohledy jsou pouze pasivní detekce.
Další stacionární parabola jako FAST, jejíž miska 305 m (1,001 ft) je zabudována do přírodní deprese v krajině, je anténa řiditelná v úhlu asi 20 ° od zenit pohybem zavěšeného napájecí anténa pomocí části misky o průměru 270 metrů pro jakékoli individuální pozorování. Největší jednotlivý radioteleskop jakéhokoli druhu je RATAN-600 nachází se poblíž Nižnij Arkhyz, Rusko, který se skládá z 576 metrů dlouhého kruhu pravoúhlých rádiových reflektorů, z nichž každý může směřovat k centrálnímu kuželovitému přijímači.
Výše uvedená stacionární jídla nejsou plně „řiditelná“; mohou být zaměřeny pouze na body v oblasti oblohy poblíž zenit, a nemůže přijímat ze zdrojů blízko obzoru. Největší plně řiditelný parabolový radioteleskop je 100 metrů Dalekohled Green Bank v západní Virginie, USA, postavený v roce 2000. Největší plně řiditelný radioteleskop v Evropě je 100m radiový dalekohled Effelsberg u Bonn, Německo, provozovaný Max Planck Institute for Radio Astronomy, který byl také největším plně řiditelným dalekohledem na světě po dobu 30 let, dokud nebyla postavena anténa Green Bank.[11] Třetí největší plně řiditelný radioteleskop je 76 metrů Lovellův dalekohled na Observatoř Jodrell Bank v Cheshire, Anglie, dokončena v roce 1957. Čtvrtým největším plně řiditelným radioteleskopem je šest 70metrových antén: tři ruské RT-70 a tři v Síť NASA Deep Space. Plánované Radioteleskop Qitai Očekává se, že po dokončení v roce 2023 se v průměru 110 m (360 ft) stane největším plně řiditelným jednoplošným radioteleskopem na světě.
Typičtější radioteleskop má jedinou anténu o průměru asi 25 metrů. Desítky radioteleskopů o této velikosti jsou provozovány v rádiových observatořích po celém světě.
Galerie velkých jídel
500 metrů Pět set metrů clonový sférický dalekohled (FAST), ve výstavbě, Čína (2016)
100 metrů Dalekohled Green Bank „Green Bank, Západní Virginie, USA, největší plně řiditelná parabola radioteleskopu (2002)
100 metrů Effelsberg, v Bad Münstereifel, Německo (1971)
76 metrů Lovell, Jodrell Bank Observatory, Anglie (1957)
70metrová anténa DSS 14 "Mars" v Goldstone Deep Space Communications Complex Poušť Mojave, Kalifornie, USA (1958)
70 metrů Yevpatoria RT-70, Krym, první ze tří RT-70 v bývalém Sovětském svazu, (1978)
70 metrů Galenki RT-70, Galenki, Rusko, druhý ze tří RT-70 v bývalém Sovětském svazu, (1984)
Radioteleskopy ve vesmíru
Od roku 1965 vypustili lidé tři vesmírné radioteleskopy. V roce 1965 Sovětský svaz poslal první volaný Zond 3. V roce 1997 Japonsko poslal druhý, HALCA. Poslední poslal Rusko v roce 2011 volal Spektr-R.
Rádiová interferometrie
Jeden z nejpozoruhodnějších vývojů přišel v roce 1946 zavedením tzv. Techniky astronomická interferometrie, což znamená kombinovat signály z více antén tak, aby simulovaly větší anténu, aby bylo dosaženo vyššího rozlišení. Astronomické rádiové interferometry se obvykle skládají buď z řady parabolických antén (např One-Mile Telescope ), pole jednorozměrných antén (např Molonglo Observatory Synthesis Telescope ) nebo dvourozměrná pole všesměrová dipóly (např., Tony Hewish Pulsar Array ). Všechny dalekohledy v poli jsou široce odděleny a jsou obvykle spojeny pomocí koaxiál, vlnovod, optické vlákno nebo jiný typ přenosové vedení. Nedávné pokroky ve stabilitě elektronických oscilátorů nyní také umožňují provádět interferometrii nezávislým záznamem signálů na různých anténách a následnou korelací záznamů v nějakém centrálním zpracovatelském zařízení. Tento proces je znám jako Velmi dlouhá základní interferometrie (VLBI). Interferometrie zvyšuje celkový shromážděný signál, ale jejím primárním účelem je obrovské zvýšení rozlišení prostřednictvím procesu zvaného syntéza clony. Tato technika funguje superponováním (rušivé ) signál vlny z různých dalekohledů na principu, že vlny které se shodují se stejným fáze se budou navzájem přidávat, zatímco dvě vlny, které mají opačné fáze, se navzájem zruší. Tím se vytvoří kombinovaný dalekohled, který je ekvivalentní v rozlišení (i když ne v citlivosti) jediné anténě, jejíž průměr se rovná rozteči antén nejvzdálenějších v poli.
Vysoce kvalitní snímek vyžaduje velké množství různých separací mezi dalekohledy. Promítnutá separace mezi jakýmikoli dvěma dalekohledy, jak je vidět z rádiového zdroje, se nazývá základní linie. Například Velmi velké pole (VLA) blízko Socorro, Nové Mexiko má 27 dalekohledů s 351 nezávislými základními liniemi najednou, což dosahuje rozlišení 0,2 obloukové sekundy při vlnových délkách 3 cm.[12] Martin Ryle je skupina v Cambridge získal a Nobelova cena pro interferometrii a syntézu clony.[13] The Lloydovo zrcadlo interferometr byl také vyvinut nezávisle v roce 1946 Joseph Pawsey skupina u University of Sydney.[14] Na počátku 50. let 20. století Cambridge interferometr zmapoval rádiové nebe a vytvořil slavný 2C a 3C průzkumy rádiových zdrojů. Příkladem velkého fyzicky spojeného pole radioteleskopu je Obří radioteleskop Metrewave, nacházející se v Pune, Indie. Největší pole, Nízkofrekvenční pole (LOFAR), dokončený v roce 2012, se nachází v západní Evropě a skládá se z přibližně 81 000 malých antén ve 48 stanicích rozložených na ploše o průměru několika stovek kilometrů a provozovaných mezi vlnovými délkami 1,25 až 30 m. Systémy VLBI využívající post-pozorovací zpracování byly konstruovány s anténami vzdálenými tisíce mil. Rádiové interferometry byly také použity k získání podrobných obrazů anizotropií a polarizace Kosmické mikrovlnné pozadí, jako CBI interferometr v roce 2004.
Největší fyzicky propojený dalekohled na světě, Pole čtvercového kilometru (SKA), se plánuje zahájení provozu v roce 2025.
Astronomická pozorování
Mnoho astronomických objektů je nejen pozorovatelných viditelné světlo ale také vydávat záření na rádiové vlnové délky. Kromě pozorování energetických objektů, jako jsou pulsary a kvasary, radioteleskopy jsou schopné "zobrazit" většinu astronomických objektů, jako jsou galaxie, mlhoviny, a dokonce i rádiové emise z planety.[15][16]
Viz také
- Syntéza clony
- Astropulse - distribuované výpočty pro vyhledávání datových pásek pro prvotní černé díry, pulsary a ETI
- Seznam astronomických observatoří
- Seznam rádiových dalekohledů
- Seznam typů dalekohledů
- Hledejte mimozemskou inteligenci
- Dalekohled
- Radarový dalekohled
Reference
- ^ Marr, Jonathan M .; Snell, Ronald L .; Kurtz, Stanley E. (2015). Základy radioastronomie: Pozorovací metody. CRC Press. 21–24. ISBN 978-1498770194.
- ^ Britannica Stručná encyklopedie. Encyklopedie Britannica, Inc. 2008. str. 1583. ISBN 978-1593394929.
- ^ Verschuur, Gerrit (2007). The Invisible Universe: The Story of Radio Astronomy (2. vyd.). Springer Science & Business Media. s. 8–10. ISBN 978-0387683607.
- ^ Sullivan, W.T. (1984). Počátky radioastronomie. Cambridge University Press. ISBN 0-521-25485-X
- ^ Ley, Willy; Menzel, Donald H .; Richardson, Robert S. (červen 1965). „Hvězdárna na Měsíci“. Pro vaši informaci. Galaxy Sci-fi. str. 132–150.
- ^ CSIRO. „Miska se otočí o 45“. Organizace pro vědecký a průmyslový výzkum společenství. Archivovány od originál 24. srpna 2008. Citováno 16. října 2008.
- ^ "Mikrostruktura". Jb.man.ac.uk. 1996-02-05. Citováno 2016-02-24.
- ^ „China Exclusive: Čína začíná stavět největší radioteleskop na světě“. English.peopledaily.com.cn. 2008-12-26. Citováno 2016-02-24.
- ^ „Čína dokončuje budování největšího radioteleskopu na světě“. 2016-07-06. Citováno 2016-07-06.
- ^ Wong, Gillian (25. září 2016), Čína začíná provozovat největší radioteleskop na světě, ABC News
- ^ Ridpath, Ian (2012). Slovník astronomie. OUP Oxford. p. 139. ISBN 978-0-19-960905-5.
- ^ "Mikrovlnné sondování neviditelného". Archivovány od originál 31. srpna 2007. Citováno 13. června 2007.
- ^ Příroda sv. 158, s. 339, 1946
- ^ Příroda sv. 157, str. 158, 1946
- ^ „Co je to radioastronomie?“. Veřejný web.
- ^ „Co jsou to radioteleskopy?“.
Další čtení
- Rohlfs, K., & Wilson, T. L. (2004). Nástroje radioastronomie. Knihovna astronomie a astrofyziky. Berlín: Springer.
- Asimov, I. (1979). Kniha faktů Isaaca Asimova; Sky Watchers. New York: Grosset & Dunlap. 390–399. ISBN 0-8038-9347-7