 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Исследование космического излучения с поверхности Земли
Методы исследования космического радиоизлучения
Иркутск 2014 Реферат
Методы исследования космического радиоизлучения. Работа носит реферативный характер и описывает развитие приема радиоизлучения из космоса. Целью работы служит описание развития методов получения космического радиоизлучения. Цель я считаю достигнутой. Работа может использоваться как литература, целью которой будет привлечение внимания к этой области физики.
Содержание
Введение. 4 1.Сопутствующие определения. 5 1.1 Объекты в космосе, излучающие в радиодиапазоне. 5 1.2 Цель изучения космических радиоволн. 5 1.3Ионосфера. 5 1.4Диаграмма направленности. 6 2.Исследование космического излучения с поверхности Земли. 8 2.1 Радиотелескопия. 8 2.2. Радиоинтерферометры.. 11 2.3 Радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой (РДСБ). 14 3.Проект ‘Радиоастрон’. 17 3.1 Характеристики радиотелескопа. 18 Заключение. 20 Список используемых источников. 21 Приложение. Фотографии радиоинтерфероматра VLA и фотография получаемых с них изображений 22
Введение
История радиоастрономии начинается в 1931 году, когда Карлом Янковским во время его исследований грозовых помех было получено ‘шипение неизвестного происхождения, которое сложно отличить от шипения самой аппаратуры’./2/ Позднее, им была выдвинута гипотеза о том, что источником этих помех является центр нашей галактики, что косвенно подтвердилось тем, что максимум интенсивности этих помех был выявлен в момент направления антенны на центр Млечного Пути. Целью моей работы было описать развитие радиоастрономии, начиная от простых радиотелескопов и заканчивая радиоинтерферометрами с антеннами в космосе. Данная работа актуальна тем, что данный вид исследования Вселенной сам по себе очень перспективен, ведь радиодиапазон предоставляет возможности исследовать такие источники, которые не видны в других длинах волн(к примеру, в оптическом диапазоне) при текущих технологиях. К тому же, работа может привлечь молодых специалистов в эту область физики.
Сопутствующие определения
Объекты в космосе, излучающие в радиодиапазоне
Космические объекты, излучающие в радиодиапазоне, называются астрономическими радиоисточниками. К ним относятся все объекты Солнечной Системы(планеты, спутники, малые тела, межпланетная среда, Солнце), другие звезды(пульсары, белые карлики, новые и сверхновые и так далее), межзвездная среда(межзвездный газ и межзвездная пыль), галактики, включая центр нашей галактики и квазары, а также реликтовое излучение.
Цель изучения космических радиоволн
По-моему, главная цель изучения радиоизлучения космических объектов-это изучение процессов, происходящих в/на этих объектах или самих объектов, с целью выяснения природы происхождения данного объекта. Через изучение каждого из элементов ученые могут составить целостную картину процессов, происходящих во Вселенной и, соответственно, иметь больше информации для доказательства одной из теории(или даже выдвинуть новую) происхождения всей Вселенной.
Ионосфера
Как известно, ионосфера пропускаетдалеко не весь спектр излучения космических объектов. Ионосфера- верхняя(60км-150км) часть атмосферы земли, состоящая из смеси газов(в основном, азота и кислорода) и плазмы с примерно равным количеством электронов и протонов. Ионосфера пропускает, а если выразится точнее, слабо поглощает излучение только нескольких типов./1/
Таблица 1 Пропускание некоторых длин волн через земную ионосферу
Как видно из Таблицы 1ионосфера пропускает не все длины радиоволн(некоторые длины ионосфера отражает, а некоторые поглощает), что и создает проблему для изучения большинства длин радиоволн с Земли, в видукрайней сложности принять эти длины с земных станции.
1.4Диаграмма направленности
Диаграмма направленности- графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны от выбранного направления. Исследование ДН небольших антенн производят в безэховых камерах(комнатах, где не происходит отражения от стен). Для антенн, не помещающихся в камеру, изготавливают их уменьшенные модели и уменьшают длину излучения во столько же раз, во сколько была уменьшен масштаб антенны. Для построения диаграммы направленности выбирается яркий точечный источник на небе (зачастую - Солнце). Далее проводится серия наблюдений под разными углами, позволяющая построить распределение интенсивности в зависимости от направления, то есть искомую диаграмму направленности.
Рис.1 Изображение диаграммы направленности
Исследование космического излучения с поверхности Земли
Радиотелескопия
Радиотелескоп – инструмент для приема собственного радиоизлучения небесных объектов и исследования их характеристик, таких как: координаты, пространственная структура, интенсивность излучения, спектр и поляризация. Простейший радиотелескоп состоит из двух основным компонентов: антенны и радиометра, который получает и усиливает принятый с антеннысигнал и передает его на регистрирующий самописец. Радиотелескоп не может получать непосредственно изображение источника, однако, суть его работы в том, что он составляет карту энергии излучения источника сигнала. Радиотелескоп может промерить или просмотреть только ту область, в которой лежит главный лепесток диаграммы направленности.
Рис.2 Направление главного лепестка диаграммы направленности
Следовательно, чтобы измерить излучение протяженного источника, нужно промерить источник в каждой его точке. Угловое разрешение: 1' (одна угловая минута, около 0,02°) соответствует площадке размером 29 см, различимой с расстояния в 1 км или одной печатной точке текста на расстоянии 1 м. Ввиду дифракции радиоволн на апертуре телескопа, измерение направления на точечный источник происходит с некоторой ошибкой, которая определяется диаграммой направленности антенны и накладывает фундаментальное ограничение на разрешающую способность инструмента
Где D - длина апертуры телескопа Высокая разрешающая способность телескопа позволяет различать более мелкие объекты. К примеру, телескоп с низкой разрешающей способностью будет видеть двою звезду как точечный источник. Как видно из формулы 2.1 увеличение разрешающей способности радиотелескопа возможно путем уменьшения длины волны или увеличением длины апертуры. Соответственно, если мы хотим изучить длинноволновое излучение, то длину волны мы уменьшать не может и нам придется увеличивать длину апертуры. Также увеличение длины апертуры увеличивает еще одну важную характеристику телескопа-чувствительность, что позволяет радиотелескопу обнаруживать более слабые источники радиоизлучения.
где P-мощность собственных шумов радиотелескопа, S -эффективная площадь (собирающая поверхность) антенны,
t – время накопления сигналов. Для повышения чувствительности радиотелескопов увеличивают их собирающую поверхность и применяют малошумящие приёмники и усилители на основе мазеров, параметрических усилителей. Но за увеличением длины апертуры стоит одна проблема, а именно сложность обслуживание и ненадежность таких больших антенн, из-за деформаций конструкции под собственным весом и ветровых нагрузок практически невозможно создать полноповоротный параболический(наиболее распространенный тип радиотелескопов) телескоп диаметром более 150 м. Однако, антенну можно сделать неподвижной, а направление главного лепестка диаграммы направленности менять с помощью передвижных облучателей.
Рис.3 Схематичное изображение антенны с облучателем
Самый большой неповоротный радиотелескоп расположен в Пуэрто-Рико, и выглядит он вот так.
Рис.4 Обсерватория Аресибо
Над сферической чашей на тросах висит конструкция в 800 т. По периметру зеркало окружено металлической сеткой, которая защищает телескоп от техногенного радиоизлучения. Диаметр антенны составляет 305 метров. Антенна расположена в естественной низине с целью снижения техногенных помех./3/ Недостатком данного телескопа является невозможность его направления на угол меньше 20 градусов по отношению к зениту. Это предел возможностей увеличения длины апертуры для одиночного радиотелескопа, и поэтому учеными в 1950г. была выдвинута идея увеличения апертуры путем объединения радиотелескопов в сеть.
Радиоинтерферометры
Посредством радиоинтерферометрии достигаются угловые разрешения порядка тысячной доли секунды, в то время как одиночные радиотелескопы могут дать результат в 17 секунд. Такая разница в результатах вызвана тем, что апертурой в радиоинтерферометрах выступает расстояние между удаленными антеннами, а не диаметр самой антенны. Принцип работы радиоинтерферометра основан на том, что фронт ЭМ волны, идущей от удаленного источника можно считать плоской.
Рис.5 Изображение геометрии простейшего радиоинтерферометра
Где D– расстояние между антенами(апертура),
При
волны, пришедшие на обе антенны, суммируются в фазе. В противофазе волны первый раз окажутся при
и
Таким образом, получается многолепестковая диаграмма направленности, ширина главного лепестка которой при
Равна
где D-расстояние междукрайними антеннами. При большем количестве периодически расположенных антенн ширина главного максимума будет определяться отношением (2.6), а расстояние до боковых максимумов
где S-расстояние между соседними антеннами То есть с увеличением количества антенн боковые максимумы будут отдаляться от главного.Как правило, антенны интерферометра делают направленными, понижая уровень боковых лепестков диаграммы направленности интерферометра за счёт ДН отдельных антенн.Потери в выскокочастотном кабеле и связанное с ним ослабление сигналов ограничивают базы(расстояние между антеннами, апертура) радиоинтерферометра. Поэтому принятые сигналы сначала усиливаются, преобразовываются в низких частоты и лишь после этого передаются по кабелю. При этом, чтобы не потерять когерентности сигналов и контролировать электрическую длину путей их распространения, передаются вспомогательные сигналы. Длина базы таких радиоинтерферометров может составлять десятки км, а угловое разрешение - десятые доли секунды дуги. Однако дальнейшее увеличение базы сопряжено с трудностями передачи сигналов без потери когерентности, сложностью контроля электрических длин каналов передачи сигналов и компенсации больших запаздываний сигналов. В Приложении №1 будет приведены несколько фотографии радиоинтерферометров и получаемые с них изображения. |
(2.1)
- длина волны
, (2.2)
- полоса частот,
(2.1)
- разность хода лучей,
- угол между направлением прихода лучей и нормальню к линии, на которой расположены антенны.
(2. 2)
(2. 3)
(2. 4)
, (2. 6)
, (2. 7)