Гасымов Дамир
Что же такое радиотелескопы и почему они так отличаются от привычных нам труб с линзой? Связаны ли спутниковые тарелки с радиотелескопами? Подобными вопросами задаются многие люди, увидевшие впервые тарелку радиотелескопа.
По своей сути, радиотелескоп является обычным телескопом, т.е. приёмником излучения. Но, очевидно, принимает он именно радиоизлучение объектов ближнего и далёкого космоса. Важно напомнить, что радиоволны имеют длины волн от 0.1 мм и вплоть до бесконечности (но на самом деле ограничиваются примерно 1 км). Отсюда очевидно, что это самые низкочастотные волны и они спокойно проходят атмосферу, не поглощаясь. Поэтому, радиотелескопы могут находиться на Земле и получать хорошую картинку наблюдений. Но тут возникает другая проблема, в силу больших длин волн для хорошего углового разрешения телескопа нужны большие размеры «базы». Для этого используются радиоинтерферометры, но их мы обсудим чуть позже.
Как известно, изобретателем радио является русский изобретатель Попов А.С. Именно он впервые понял как можно распространять и принимать радиоволны, что позже стало использоваться в военных целях. Именно с этим связана интересная ситуация, что во время Второй мировой войны английские радисты по утрам видели какой-то очень мощный источник излучения. Очевидно, это было Солнце, т.к. антенны англичан были направлены на восток, т.е. на восход.
Начало радиоастрономии принято считать за первые эксперименты Карла Янского в 1931 году. В конце 1932 он уже заявил о космическом происхождении радиоизлучения, первым и самым ярким источником радиоизлучения (не считая Солнца) является радиоисточник в Стрельце, в центре галактики. После экспериментов Карла Янского, Гроут Ребер построил свой параболический радиотелескоп в 1937 году и в 1944 собрал радиокарту всего неба. На картах отчётливо видны центральные области Млечного Пути и яркие радиоисточники в созвездии Стрельца, Лебедя A, Кассиопеи A, Большого Пса и Кормы.
После войны осталось огромное количество тарелок, которые больше не были нужны. Это дало интересный эффект в виде толчка радиоастрономии, которую с того момента уже принято считать современной.
Инструмент в радиоастрономии один – радиотелескоп. Но обычно одного телескопа не хватает (т.к. его разрешение слишком низкое), поэтому используется интересный волновой эффект, что при известном расстоянии между двумя антеннами до порядка длины волны мы можем рассматривать эти две антенны как один радиотелескоп, диаметром, равным расстоянию между ними. Такие связки называются радиоинтерферометрами, они же могут быть и на всех других волнах, но проблема в том, что выставить две оптические линзы с известным расстоянием до нм уже очень сложно. И когда размер радиоинтерферометра уже очень велик (порядка тысяч км), такие телескопы называются РСДБ – радиоинтерферометры со сверхдлинными базами.
Сам радиотелескоп состоит из дух основных элементов: антенны и радиометра. Конструкции антенн бывают разными, для коротких радиоволн используются параболоиды, т.к. они собирают весь наблюдаемый «свет» в фокусе, где располагается радиометр – устройство, которое измеряет приходящее излучение и показывает его в удобном для человека виде.
Обычно, тарелки радиотелескопов располагаются на азимутальных монтировках, которые сами поворачиваются туда, куда нужно. Но иногда телескопы делают частично или полностью неподвижными и все наблюдения строятся из объектов, проходящих через поле зрения телескопа. Таким, например, является 305 м радиотелескоп Аресибо, лежащий в кратере вулкана и смотрящий в зенит.
Но кроме обычных параболоидных зеркал используются и более интересные конструкции, например, как у РАТАН-600, 600 м радиотелескопа у которого по кругу находятся отражатели, сводящие излучение к центру, где оно переотражается в приёмник:
Как уже сказано выше, кроме одиночных радиотелескопов есть радиоинтерферометры – системы 2х и более антенн. При известной точной позиции телескопов мы можем их рассматривать как большую единую антенну. Приёмник излучения располагается в каждом телескопе, а итоговая картина получается после корреляционной обработки специальными средствами.
Ярким представителем радиоинтерферометра со сверхдлинной базой является российский проект «Радиоастрон». Это радиоинтерферометр, состоящий из спутника «Спектр-Р», выведенного на высокоэллиптическую орбиту и являющимся радиоинтерферометром с сетью наземных радиотелескопов. Его предельное разрешение достигает микросекунд!
К слову о предельном разрешении. Оно считается совершенно также как и для обычных телескопов, т.е. через дифракционный предел чувствительности телескопа. Но в силу больших длин волн уже можно пренебречь коэффициентом и с хорошей точностью сказать, что
Где за D берется эффективный диаметр радиотелескопа(интерферометра). Именно эффективный, ведь у радиотелескопов так называемая диаграмма направленности лепесткообразная. Что это значит? Это значит, что радиотелескоп может наблюдать объекты, находящиеся не перпендикулярно плоскости его принимающей антенны, ведь диаграмма направленности – диаграмма, показывающая часть излучения, которую может принимать наш телескоп в зависимости от угла расположения объекта к плоскости телескопа:
Для радиоинтерферометров она становится намного более резкой и аппроксимируется синусом угла наклона объекта к плоскости антенны.
Спутниковые антенны, располагающиеся в домах по своей сути тоже являются радиотелескопами, принимающими излучение на определённых длинах волн и не от далёких космических объектов, а от спутников, передающих телевизионные передачи.
Также, в радиоастрономии часто используется величина, названная в честь первого радиоастронома Янские. Она показывает спектральную плотность приходящего излучения и численно равна: 1 Ян = 10-26 Вт/(м2·Гц). Она так мала в силу того, что в диапазоне радиоволн даже излучение самых мощных источников измеряется в МЯн и ГЯн, т.е. их спектральная плотность излучения порядка -17 степени.