Учебная работа. Радиотехника и космос — история и современность

Учебная работа. Радиотехника и космос — история и современность

3

Реферат

по астрономии

Тема:Радиотехника и Космос
С о д е р ж а н и е.
Введение. Зарождение радиоастрономии. 3
Прозрачна ли атмосфера. 5
Радиотелескопы и рефлекторы. 7
Борьба с помехами. 10
О зоркости радиотелескопов. 11
«Радиоэхо в астрономии. 14
Радиолокация Луны и планет. 14
Метеориты наблюдают деньком. 18
В поисках инопланетных цивилизаций. 19
Заключение. 22
Использованная литература. 24
1.Зарождение радиоастрономии.
Декабрь 1931 года … В одной из армейских лабораторий ее сотрудник Карл Янский изучает атмосферные помехи радиоприему. Обычный ход радиопередачи на волне 14,7 м нарушен шумами, интенсивность которых не остается неизменной.
Равномерно выясняется таинственная периодичность — любые 23 часа 56 минут помехи стают в особенности сильными. И так изо денька в денек, из месяца за месяц.
Вообщем, загадка стремительно находит свое решение. Странноватый период в точности равен длительности звездных суток в единицах солнечного времени. Через любые 23 часа 56 минут по обыденным часам, отсчитывающим солнечное время, земной шар совершает полный оборот вокруг собственной оси, и все звезды опять ворачиваются в первоначальное положение относительно горизонта хоть какого пт Земли.
Отсюда Янский делает естественный вывод: обидные помехи имеют галлактическое происхождение. Какая-то загадочная галлактическая «радиостанция» раз в день занимает такое положение на небе, что ее радиопередача добивается большей интенсивности.
Янский пробует найти объект, вызывающий радиопомехи. И, невзирая на совершенство радиоаппаратуры, виновник найден. Радиоволны исходят из созвездия Стрельца, того самого, в направлении которого находится ядро нашей звездной системы — Галактики.
Так родилась радиоастрономия — одна из более интересных отраслей современной астрономии.
1-ые пятнадцать лет радиоастрономия практически не развивалась. Почти всем было еще не ясно, принесут ли радио способы какую-нибудь существенную пользу астрономии.
Разразившаяся 2-ая глобальная война привела к быстрому росту радиотехники.
Радиолокаторы были приняты на вооружении всех армий. Их улучшали, всячески стремились повысить чувствительность, совсем не предполагая, естественно, употреблять радиолокаторы для исследования небесных тел.
Русские ученые академики Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси на теоретическом уровне доказали возможность радиолокации Луны еще в 1943 году.
Это было 1-ое радиоастрономическое исследование в Русском Союзе.
Два года спустя ( в 1946 году ) оно было осуществлено поначалу в США (Соединённые Штаты Америки — землю, где были уловлены чувствительным радиоприемником.
Следующие десятилетия — это период необычно резвого прогресса радиоастрономии. Его можно именовать триумфальным, потому что раз в год радиоволны приносят из вселенной изумительные сведения о природе небесных тел.
Радиоастрономия употребляет на данный момент самые чувствительные приемные устройства и самые огромные антенные системы. Радиотелескопы просочились в такие глубины вселенной, которые пока остаются не досягаемыми для обыденных оптических телескопов. Радиоастрономия стала неотъемлемой частью современного естествознания. Перед населением земли открылся радио Космос — картина Вселенной в радиоволнах.
Любая наука изучает определенные явления природы, используя свои способы и средства. Для радиоастрономии объектом исследования служит весь обширный Космос, все бессчетное огромное количество небесных тел. правда, это исследование несколько однобокое — оно ведется только средством радиоволн. Да и в таком «разрезе» Вселенная оказывается нескончаемо разнообразной, неистощимой для исследователя.
Мы живем в мире волн. Хоть какое тело, будь то книжка, ваше тело либо звезда, испускает энергию в форме электромагнитных волн. Человечий глаз чувствителен далековато не ко всем из их. Только жалкая толика электромагнитных волн, попадая на сетчатку глаза, вызывает чувство света. Да и данной для нас толики оказывается довольно, чтоб наполнить земной шар сиянием солнечного света и политрой различных красок. Может быть, наша ограниченность в восприятии электромагнитных волн есть благодетельная забота о нас самой природы. Ведь если б человек принимал все излучения, имеющиеся в природе, не был ли бы он подавлен их нескончаемым разнообразием?
Вроде бы там ни было, но людскому глазу доступны только те электромагнитные волны, длина которых заключена в границах от 400 до 760 миллимикрон. Разлагая трехгранной стеклянной призмой белоснежный луч на составные части, мы получаем диапазон — радужную полоску, в какой представлены все цвета, доступные глазу.
Отлично понятно, что по обе стороны видимого диапазона размещаются области невидимых излучений. Таковы ультрафиолетовые лучи с длиной волны меньше 400 миллимикрон. Они обнаруживают свое существование по-разному. В горячий солнечный денек некие из их вызывают загар на нашей коже. Те же лучи очень действуют на эмульсию обыденных фотопластинок, оставляя на ней отлично видимые следы. К ультрафиолетовым лучам примыкают рентгеновы лучи, обширно используемые в медицине. Более коротковолновые из узнаваемых излучений, так именуемые палитра лучи, выделяются при радиоактивном распаде. Их энергия очень велика и они весьма небезопасны — массивное гамма-излучение может породить истязающие явление лучевой 1-го сантиметра, способны приметно подогреть наше тело, и поэтому их время от времени именуют термическими лучами. Когда вы подносите руку к раскаленному утюгу и на каком-то расстоянии чувствуете его тепло, в этот момент ваша рука подвергается конкретно этих инфракрасных, «термических» лучей.
За инфракрасными лучами следуют радиоволны. Их длины измеряются миллиметрами, сантиметрами, дециметрами и метрами.
Невзирая на количественные и высококачественные различия, перечисленные излучения — от палитра лучей до радиоволн — владеют одним общим свойством: они все имеют общую природу, являются электромагнитными волнами.
Благодаря общности природы всем электромагнитным волнам характерны, к примеру, такие процессы. Как однообразная скорость распространения, отражение, и преломление, поглощение и рассеивание. Радиоволны, как и лучи видимого света, могут складываться друг с другом, другими словами, говоря языком физики, интерферировать.
В неких вариантах можно следить дифракцию радиоволн, либо «огибание» ими предметов, размеры которых сравнимы с их длиной.
Замечательно, что всякое нагретое тело испускает электромагнитные волны различных длин. Отложив по горизонтальной оси графика длины волн, а по вертикальной оси величины, характеризующие интенсивность излучения, другими словами излучаемой энергии для данной длины волны, можно получить, как молвят физики, распределение энергии по диапазону данного тела.
Для Солнца максимум кривой распределения энергии по диапазону лежит в области желтоватых лучей. И вправду, удаленное от Земли на расстояние звезд наше солнце чудилось бы желтенькой. Желтоватый цвет Солнца обычно не приметен лишь из-за ослепительной яркости дневного светила.
В области инфракрасных лучей кривая распределения энергии по диапазону равномерно приближается к горизонтальной оси, на теоретическом уровне говоря, нигде ее не пересекая. Это означает, что всякое нагретое тело в некий степени испускает и радиоволны. Договоримся излучение радиоволн, вызванное нагретостью тела, именовать термическим радиоизлучением.
Видите ли, радиоволны далековато не постоянно имеют искусственное происхождение.
Быстрее напротив — естественных радиостанций несоизмеримо больше, чем тех, которые сделаны руками человека. Строго говоря, хоть какое тело может рассматриваться как естественная радиостанция, пусть жалкой мощности.
Для вас, естественно, бывало следить обидные помехи на дисплее телека. Кое-где проезжает троллейбус либо автобус, и сходу изображение портится — по экрану бегут какие-то белоснежные полосы. И в этом случае виновник — естественные радиоволны. Их породили искровые разряды на концах токоприемников троллейбуса либо в щетках генератора автомашины. «Непрошеные» радиоволны вмешались в передачу, попортили настройку телека и вызвали помехи.
Любая электронная искра — это естественная «радиостанция».
электронные разряды постоянно порождают радиоволны. Как понятно, 1-ый радиоприемник А. С. Попова был «грозоотметчиком» — он улавливал волны, порождаемые молнией.
Есть, но, существенное отличие радиоволн, излучаемых электронной искрой и радиоизлучением, к примеру, нагретого утюга.
Радиоизлучение искры вызвано не только лишь нагретостью раскаленного воздуха, да и иными, наиболее сложными действиями. В таковых вариантах говоря не о термическом радиоизлучении. Как мы увидим в предстоящем, нетепловое радиоизлучение может появиться, к примеру, при торможении сверхбыстрых электронов под действием магнитных сил.
Чудилось бы, богатство различных радио излучений дозволяет учить Вселенную в любом спектре радиоволн. Но, к огорчению, этому препятствует атмосфера.
2.Прозрачна ли атмосфера?
Тяжело поверить, что воздух практически не прозрачен, что до наших глаз доходит только жалкая толика всех излучений, имеющихся в природе.
Посмотрите на набросок 1. Он иллюстрирует прозрачность земной атмосферы для электромагнитных волн разных длин. Гладкая горизонтальная часть кривой, совпадающая с горизонтальной осью графика, отмечает те излучения, для которых земная атмосфера совсем не прозрачна. Два «горба» кривой, один узенький, иной широкий, соответствуют двум «окнам прозрачности» в земной атмосфере.
Левое из их лежит в главном в области видимых лучей — от ультрафиолетовых до инфракрасных. К огорчению, атмосфера Земли совсем не прозрачна для лучей, длина волны которых меньше 290 миллимикрон. Меж тем в дальних ультрафиолетовых областях диапазона размещены спектральные полосы почти всех хим частей. Мы их не лицезреем, и потому наши сведения о хим составе небесных тел далековато не полны.

рис.2 Схема устройства радиотелескопа.
Форма зеркала радиотелескопа, как и в рефлекторе, параболическая. естественно и тут сходство не случайное — лишь параболическая (либо, поточнее, параболоидная) поверхность способна собрать в фокусе падающее на нее электромагнитное излучение.
Если б глаз мог принимать радиоволны, устройство радиотелескопа могло бы быть неотличимым от устройства телескопа-рефлектора. По сути приемником радиоволн в радиотелескопах служит не человечий глаз либо фотопластинка, а высокочувствительный радиоприемник.
Зеркало концентрирует радиоволны на малеханькой дипольной антенне, облучая ее. Вот почему эта антенна в радиотелескопах получила заглавие облучателя.
Радиоволны, как и всякое излучение, несут внутри себя некую энергию. Потому, падая на облучатель, они возбуждают в этом железном проводнике упорядоченное перемещение электронов, по другому говоря, электронный ток. Радиоволны с немыслимой скоростью «набегают» на облучатель. Потому в облучателе появляются стремительно переменные токи.
сейчас эти токи нужно передать на приемное устройство и изучить. От облучателя к радиоприемнику электронные токи передаются по волноводам — особым проводникам имеющим, форму полых трубок. Форма сечений волноводов и их размеры могут быть разными.
Галлактические радиоволны либо, поточнее, возбужденные ими электронные токи поступили в радиоприемник. Можно было бы, пожалуй, подключив к приемнику репродуктор, слушать «голоса звезд». Но так обычно не делают. Голоса небесных тел лишены всякой музыкальности — не чарующие «небесные мелодии», а режущее наш слух шипение и свист послышались бы из репродуктора.
Астрологи поступают по другому. К приемнику радиотелескопа они присоединяют особый самопишущий устройство, который регистрирует поток радиоволн определенной длины.
Два типа установок есть не только лишь у рефлекторов, да и у радиотелескопов. Одни из их могут двигаться лишь вокруг вертикальной и горизонтальной осей. Остальные снабжены параллактической установкой — таковых, правда, пока меньшинство. Установки радиотелескопов имеют весьма принципиальное предназначение: как можно поточнее нацелить зеркало на объект и сохранить такую ориентировку во время наблюдений.
Есть меж радиотелескопами и рефлекторами огромные различия. Настолько огромные что забывать о их недозволено. До этого всего, размеры собирателей излучений — зеркал. Самый большенный из имеющихся в нашей стране телескопов-рефлекторов 6-метровый инструмент Специальной астрофизической обсерватории. Зеркала радиотелескопов существенно больше. У рядовых из их они измеряются метрами, а один из самых огромных подвижных работающих радиотелескопов имеет зеркало поперечником 76м. До крайнего времени наикрупнейшим радиотелескопом был телескоп в Аресибо (Пуэрто-Рико). Недвижное зеркало этого телескопа имеет поперечник 300 м и встроено в кратер 1-го бездействующих вулканов. Этот инструмент может работать и как радиолокатор, при этом радиосигналы от него могут быть уловлены (на уровне земной радиотехники) в границах всей нашей Галактики.
В той же Специальной астрофизической обсерватории АН СССР (Союз Советских Социалистических Республик, также Советский Союз — часть нашего радиотелескопа представляет собой не сплошное железное вогнутое зеркало, а кольцо поперечником 600 м, состоящее из 895 подвижных дюралевых отражателей, любой из которых имеет размеры 2*7,5 м. Этот наикрупнейший в мире радиотелескоп рассчитан на прием радиоволн с длиной волны от 8 мм до 30 см. По ряду характеристик (а именно, по разрешающей возможности) этот инструмент не имеет для себя равных в мире. В недалеком времени будут построены еще огромные радиотелескопы, тогда как рефлекторы с поперечником зеркала 10 м навряд ли получится сделать в наиблежайшие двадцать-тридцать лет. В чем все-таки причина настолько большого отличия?
Секрет прост. Сделать зеркало телескопа-рефлектора в техническом отношении несоизмеримо сложнее, чем еще большее по размерам зеркало радиотелескопа.
Для того чтоб параболическое зеркало давало в собственном фокусе довольно редчайшее, точное изображение небесного объекта (непринципиально, в видимых либо невидимых лучах), поверхность зеркала не обязана уклоняться от безупречной геометрической поверхности наиболее чем на 1/10 длины волны собираемого излучения. Таковой «допуск» верен как для видимых лучей света, так и для радиоволн. Но для радиоволн 1/10 длины волны измеряется миллиметрами, а то и сантиметрами, тогда как для лучей видимого света этот допуск ничтожно мал — сотые толики микрона! Видите ли, важны не абсолютные значения шероховатости зеркал, а их отношение к длине волны собираемого излучения.
О том, как тяжело сделать большой рефлектор, мы уже гласили. Радиотелескоп с поперечником в 10-ки метров выстроить легче. Ведь если даже этот телескоп будет принимать радиоволны с длиной волны 1,25 см, то шероховатости не должны по размерам превосходить 1 мм — допуск полностью на техническом уровне осуществимый.
В неких радиотелескопах, рассчитанных на прием радиоволн с длиной, измеряемой почти всеми метрами, зеркала делаются не сплошные, а сетчатыми. Сиим существенно миниатюризируется вес инструмента, ив то же время, если размеры ячеек малы в сопоставлении с длиной радиоволн, решетчатое зеркало действует как сплошное. По другому говоря, для радиоволн отверстия в зеркале радиотелескопа, в сути, являются неощутимыми «неровностями».
Подчеркнем одну восхитительную изюминка описываемых радиотелескопов — они могут работать на разных длинах волн. Ведь разумеется, что свойство параболических зеркал концентрировать излучение в фокусе не зависит от длины волны этого излучения. Потому, меняя облучатель, другими словами приемную антенну, можно «настраивать» радиотелескоп на желаемую длину волн. При всем этом, естественно, требуется поменять частоту радиоприемника.
Чем больше размеры зеркала, тем больше излучения оно собирает. количество собираемого излучения, разумеется, пропорционально площади зеркала. означает, чем больше зеркало, тем чувствительнее телескоп, тем наиболее слабенькие источники излучения удается следить — ведется ли прием на радиоволнах либо в лучах видимого света.
Замечательно, что радиотелескопы можно устанавливать в любом пт страны. Ведь они совершенно не зависят от капризов погоды либо прозрачности атмосферы. При помощи радиотелескопов можно изучить Вселенную хоть в проливной дождик!
4.Борьба с помехами.
Нелегко сделать сплошное железное зеркало с поперечником в несколько 10-ов метров, да еще установить так, чтоб, перемещая зеркало с умопомрачительной плавностью, его можно было нацелить на хоть какой участок неба. Каждое такое творение рук человечьих есть настоящее волшебство современной техники.
Время от времени зеркало радиотелескопа, как уже говорилось, делают весьма огромным, но недвижным. При высочайшей чувствительности схожий телескоп ограничен в собственных способностях — он постоянно ориентирован на одну и ту же точку неба.
Вообщем, и недвижный телескоп все-же движется, ведь он находиться на поверхности Земли, а земной шар безпрерывно и умеренно вращается вокруг собственной воображаемой оси. Потому в поле зрения недвижного радиотелескопа повсевременно возникают все новейшие и новейшие небесные тела, при этом наблюдению доступен достаточно широкий радиальный пояс неба. Очевидно, через день, когда Земля совершит полный оборот, картины в поле зрения радиотелескопа опять начнут повторяться.
Радиоприемники присоединенные к антенне радиотелескопа, весьма чувствительны. Если, к примеру, к ним просто подключить какой-либо проводник, то приемник станет реагировать на хаотичные термо движения в этом проводнике. Яснее говоря, термическое движение электронов вызывает на концах проводника хаотично меняющиеся напряжения, пропорциональные температуре проводника. В приемнике эти процессы приобретут нрав «шумов».
Хотя мощность таковых помех от антенного устройства ничтожно мала, они все таки, как это не грустно, тотчас в 10-ки, а время от времени и в сотки раз превосходят мощность галлактического радиоизлучения. Мешают также и шумы, возникающие в самом приемнике при работе транзисторов.
Шумы, порожденные аппаратурой, вроде бы маскируются под галлактическое излучение. Они похожи друг на друга и усиливаются в приемнике сразу. Сиим обстоятельством ограничивается чувствительность современных радиотелескопов. Но при помощи огромного усложнения аппаратуры удается зарегистрировать сигналы в 100 раз наиболее слабенькие, чем шумы аппаратуры.
При исследовании слабеньких источников галлактических радиоволн используют достаточно сложные и хитроумные способы и устройства. дозволяющие поймать неуловимое. И тут победа остается в конце концов за человеком. Рост техники радиоастрономии происходит весьма бурно, и с каждым годом радиотелескопы стают все наиболее и наиболее чувствительными.
Вообщем, уже на данный момент чувствительность радиотелескопов вызывает удивление. Если сопоставить энергию излучения, воспринимаемую самыми наилучшими из современных радиотелескопов, с энергией видимого света, посылаемого звездами, то окажется, что радиотелескопы в тыщи раз чувствительны циклопических телескопов-рефлекторов. Посреди различных приемников электромагнитных волн радиотелескопы не имеют для себя равных.
5.О зоркости радиотелескопов.
Благодаря сложным оптическим явлениям лучи от звезды, уловленные телескопом, сходятся не в одной точке (фокусе телескопа), а в некой маленький области места поблизости фокуса, образуя так называемое фокальное пятно. В этом пятне объектив телескопа конденсирует электромагнитную энергию светила, уловленную телескопом. Если посмотреть в телескоп, звезда нам покажется не точкой, а кружочком с приметным поперечником. Но это не реальный диск звезды, а лишь ее испорченное изображение, вызванное несовершенством телескопа. Мы лицезреем сделанное телескопом фокальное пятно.
Чем больше поперечник объектива, тем меньше и размеры фокального пятна.
С величиной фокального пятна тесновато связана разрешающая способность телескопа. Так именуют меньшее расстояние меж 2-мя источниками излучения, которые данный телескоп дает различить в отдельности. Если, к примеру, в двойной звезде обе звезды так близки на небе друг к другу, что их изображения, создаваемые телескопом, попадают фактически вовнутрь фокального пятна, двойная звезда покажется в телескоп одиночной.
Оптические телескопы владеют очень большенный раз-решающей способностью. В истинное время наилуч-шие из оптических телескопов способны «поделить» двойные звезды с расстоянием меж составляющими в 0,1 секунды дуги! Под таковым углом виден человече-ский волос на расстоянии 30 м.
Радиотелескопы воспринимают очень длинновол-новое излучение. Потому фокальное пятно в радио-телескопах громадно. И соответственно разрешающая способность этих инструментов очень мала. Оказы-вается, к примеру, что радиотелескоп с поперечником зеркала 5 м при длине радиоизлучения 1 м способен поделить источники излучения, если они отстоят друг от друга больше чем на 10 градусов!
10 градусов—это 20 видимых попереч-ников Луны. означает, обозначенный радиотелескоп не спо-собен «рассмотреть» в отдельности такие маленькие для него небесные светила, как солнце либо Луна.
Ясно, что низкая разрешающая способность обыч-ных маленьких радиотелескопов — большенный недоста-ток; даже при большущих размерах зеркала она, как правило, уступает разрешающей силе людского глаза (не говоря уже о оптических телескопах). Как можно убрать это препятствие?
Физикам уже давным-издавна понятно явление сло-жения волн, нареченное ими интерференцией. В школь-ном учебнике физики тщательно описано, какое значе-ние имеет интерференция на практике. Оказывается, интерференцию можно употреблять в радиоастро-номии.
Вообразим, что сразу из 2-ух источников распространяются две волны. Если они, как молвят физики, находятся в обратных фазах, другими словами «горб» одной приходится как раз против «впадины» иной, обе волны «погасят» друг дружку, и колебания среды закончятся. Если это световые волны—насту-пит тьма, если звуковые—тишина, если волны на воде — полный покой.
Может случиться, что волны находятся в одинако-вых фазах («горб» одной волны совпадает с «горбом» иной). Тогда такие волны усиливают друг друга, и колебания среды будут совершаться с двойной ин-тенсивностью.
Представим для себя сейчас устройство, называемое радиоинтерферометром (рис.3). Это два схожих радиотелескопа, разбитых расстоянием (базой) и соединенных меж собой электронным кабелем, к середине которого присоединен радиоприемник. От источника радиоизлучения на оба радиотелескопа не-прерывно приходят радиоволны. Но тем из их, которые попадают на левое зеркало, приходится про-созодать несколько больший путь, чем радиоволнам, уловленным правым радиотелескопом. Разница в пу-тях, именуемая разностью хода, равна отрезку АБ. Несложно сообразить, что если в этом отрезке уклады-вается четное число полуволн улавливаемого радио-излучения, то «левые» и «правые» радиоволны придут в приемник с схожей фазой и усилят друг друга. При нечетном числе полуволн произойдет обратное— обоюдное гашение радиоволн, и в приемник радиосиг-налы совсем не поступят.
Обратите внимание: при изменении направления на источник излучения изменяется и разность хода.
Довольно при всем этом (что весьма принципиально!) только очень незначимое изменение угла ?, чтоб «гашение» волн сменилось их усилием либо напротив, на что сра-зу же откликнется очень чувствительный радиопри-емник.
Радиоинтерферометры делают, как правило, не-подвижными. Но ведь Земля вращается вокруг собственной оси, и потому положение светил на небе безпрерывно изменяется. Как следует, в радиоинтерферометре по-стоянно будут наблюдаться повторяющиеся усиления и ослабления радиопередачи от наблюдаемого источни-ка галлактических радиоволн.
Радиоинтерферометры еще «зорче» обыденных радиотелескопов, потому что они реагируют на весьма ма-лые угловые смещения светила, а означает, и позволя-ют изучить объекты с маленькими угловыми раз-мерами. время от времени радиоинтерферометры состоят не из 2-ух, а из нескольких радиотелескопов. При всем этом раз-решающая способность радиоинтерферометра сущест-венно возрастает. Есть и остальные технические уст-ройства, которые разрешают современным «радио очам» астрологов стать весьма «остроглазыми», еще наиболее остроглазыми, чем невооруженный человечий глаз!
рис.3 Схема радиоинтерферометра (d- его база, т.е. расстояние меж радиотелескопами, ??охарактеризовывает направление на источник радиоволн).
Радиоинтерферометры еще «зорче» обыденных радиотелескопов, потому что они реагируют на весьма ма-лые угловые смещения светила, а означает, и позволя-ют изучить объекты с маленькими угловыми раз-мерами. время от времени радиоинтерферометры состоят не из 2-ух, а из нескольких радиотелескопов. При всем этом раз-решающая способность радиоинтерферометра сущест-венно возрастает. Есть и остальные технические уст-ройства, которые разрешают современным «радио очам» астрологов стать весьма «остроглазыми», еще наиболее остроглазыми, чем невооруженный человечий глаз!
В феврале 1976 года русские и южноамериканские ученые выполнили увлекательный много тыщ км меж этими обсерваториями было его базой. Потому что база была весьма велика и галлактические радио объекты наблюдались с различных материков, до-стигнутая разрешающая способность оказалась поис-тине фантастической—одна десятитысячная толика се-кунды дуги! Под таковым углом виден с Земли на Луне след от ноги астронавта! Позднее к сиим эксперимен-там присоединились и австралийские ученые, так что астрологи «глянули» на галлактические радиоисточ-ники сходу с 3-х материков. Результаты оправдали затраченные усилия: в ядрах галактик и квазарах обнаружены взрывные процессы необыкновенной актив-ности, при этом в ряде всевозможных случаев наблюдаемая скорость разлета галлактических туч в квазарах, по-видимо-му, превосходит скорость света!
Таковым образом, новенькая техника поставила перед наукой и новейшие препядствия принципного характе-ра. Достигнутая сейчас разрешающая способность ра-диоинтерферометров — это еще не предел. В дальнейшем, возможно, радиотелескопы станут еще зорче.
К слову сказать, и в оптической астрономии исполь-зуют интерферометры. Их присоединяют к большим телескопам, чтоб измерить настоящие поперечники звезд. В обоих вариантах интерферометры играют роль типичных «очков», позволяющих разглядеть важ-ные подробности в окружающей нас Вселенной.
Но оптические интерферометры по зоркости зна-чительно уступают тем, которые употребляются сейчас в радиоастрономии.
6.«Радиоэхо» в астрономии.
До сего времени речь шла о пассивном исследовании космиче-ских радиоволн. Они улавливаются радиотелескопами, и задачка астролога заключается только в том, чтоб лучшим образом расшифровать эти сигналы, полу-чить с помощью их как можно больше сведений о не-бесных телах. При всем этом исследователь никак не вме-шивается в ход изучаемого им явления—он только пассивно следит.
Та ветвь радиоастрономии, с которой мы сейчас коротко познакомимся, имеет другой, если так можно выразиться, активный нрав. Ее именуют радио-локационной астрономией.
слово «локация» значит определение местополо-жения какого-либо предмета. Если, к примеру, для этого употребляется звук, то молвят о звуковой лока-ции. Ею, как понятно, обширно пользуются современ-ные мореходы. Особенное устройство, называемое эхолотом, отправляет в направлении ко дну океана ко-роткие, но массивные неслышимые ультразвуки. Отра-зившись от дна, они ворачиваются, и эхолот фикси-рует время, затраченное звуком на путешествие до дна и назад. Зная скорость распространения звука в воде, просто подсчитать глубину океана.
Схожим же образом можно измерить и глубину колодца либо какого-либо ущелья. Звучно крикнув, потом ожидайте, когда до вашего уха донесется эхо — отраженный звук. Учтя, что скорость звука в воздухе равна 337 м/с, просто вычислить разыскиваемое расстояние. Интересно, что звуковая локация встречается и в мире звериных. Летучая мышь владеет особым естественным локационным органом, который, испуская неслышимые звуки, помогает мыши ориентироваться в полете. Эти ультразвуки поглощаются в толстом слое волос, и потому, не получив оборотного звукового эха, летучая мышь принимает голову как «пустое пространство». Сиим и разъясняется, что летучая мышь время от времени в мгле ударяется о головы людей, не прикрытые головным (распологающемся в голове) убором.
Когда молвят о «радиолокации», то под сиим словом предполагают определение местоположения предмета при помощи радиоволн. Радиолокационная астрономия — еще совершенно юная ветвь науки. Систематически радиолокационные наблюдения небесных тел начались всего 50 лет вспять. И все таки достигнутые успехи очень значительны. Весьма увлекательны и последующие перспективы этого активного способа исследования небесных тел.»Активного» поэтому, что тут человек сам направляет в космос сделанные им искусственные радиоволны и, следя их отражения, может потом по собственному желанию изменить часть радиолюбителей воспользовались простыми детекторными приемни-ками, русские ученые Л. И. Мандельштам и Н. Д. Папалекси разглядывали вопросец о посылке ра-диосигнала на Луну и приеме па Земле радиоэха. Тогда это была лишь смелая войны Л. И. Мандель-штам и Н. Д. Папалекси опять возвратились к занимав-шей их идее. сейчас настали остальные времена. Радио-локация крепко вошла в практику военной жизни, и радиолокаторы уверенно нащупывали невидимые цели.
Русские ученые на базе новейших данных подсчи-тали, какова обязана быть мощность радиолокатора и остальные его свойства, чтоб с его помощью можно было выполнить радиолокацию Луны. Научная цен-ность такового опыта была вне колебаний. Ведь до сего времени, чтоб найти расстояние до Луны, приходилось следить ее положение посреди звезд од-новременно из 2-ух довольно удаленных друг от друга обсерваторий. Радиолокация решила бы ту же задачку при наблюдениях из 1-го пт. Беря во внимание резвый прогресс радиотехники, можно было ожи-дать, что радиолокационные измерения астрономиче-ских расстояний дадут результаты еще наиболее точ-ные, чем те, которые были получены в прошедшем.
Трудности, но, оказались большими. Расчеты проявили, что при иных равных критериях мощность отраженного сигнала убывает назад пропорциональ-но четвертой степени расстояния до цели. Выходило, что лунный радиолокатор должен владеть приблизительно в тыщу раз большей чувствительностью, чем обыч-ная радиолокационная станция береговой обороны, обнаруживавшая в те годы самолет врага с рас-стояния в двести км.
И все таки проект казался достаточно убедительным, и уверенность его создателей в успехе скоро была оп-равдана фактами.
Сначала 1946 года практически сразу, но с раз-личными установками, венгерские и южноамериканские радиофизики выполнили радиолокацию Луны.
На Луну посылались массивные импульсы радиоволн длиной 2,7 м. Любой импульс имел продолжитель-ность 0,25 секунды, при этом пауза меж импульсами составляла 4 секунды. Антенна радиолокатора была еще очень несовершенна: она могла поворачиваться лишь вокруг вертикальной оси. Потому исследова-ния велись только при восходе либо заходе Луны, когда крайняя находилась поблизости горизонта.
Приемное устройство радиолокатора уверенно за-фиксировало слабенький отраженный сигнал, лунное ра-диоэхо.
Путь до Луны и назад радиоволны сделали всего за 2,6 сек, что, вообщем, при их немыслимо большенный скорости не обязано вызывать удивления. Точность этого первого радиоизмерения из-за несовер-шенства аппаратуры была еще весьма мала, но все таки совпадение с известными ранее данными было очень не плохое.
Позднее радиолокация Луны была повторена на почти всех обсерваториях, и с каждым разом со все боль (физическое или эмоциональное страдание, мучительное или неприятное ощущение)-шей точностью и, естественно, с большей легкостью.
Огромные способности радиолокации обнаружи-лись при наблюдении так именуемой либрации Луны. Под сиим термином астрологи соображают своеобраз-ные «покачивания» лунного шара, вызванные частично геометрическими причинами (критериями видимости), частично причинами физического нрава. Благодаря либрации земной наблюдающий лицезреет не половину, а около 60% лунного шара. означает, либрация позволя-ет нам время от времени «заглядывать» за край видимого лун-ного диска и следить пограничные районы обрат-ной стороны Луны.
При «покачивании», либо либрации, Луны один ее край приближается к наблюдающему, а иной уда-ляется. Скорость этого движения весьма мала — по-рядка 1м/сек, что меньше даже скорости пешехода. Но радиолокатор способен, оказывается, найти и такие смещения.
Радиолокатор отправляет на Луну волны опре-деленной длины. естественно, что и отраженный радиосигнал будет владеть той же длиной волны. Можно сказать, что радиоспектр отраженного сигнала представляет собой одну определенную «радиолинию».
Если б Луна не «покачивалась» относительно земного наблюдения, радиоспектры посланного и отраженного импульса могли быть совсем схожими. На самом же деле разница, хотя и маленькая, все таки есть. Радиоволна, отразившаяся от того края Луны, который приближается к земному наблюдающему, по принципу Доплера будет иметь несколько огромную частоту и, как следует, наименьшую длину, чем радиоволна, посланная на Луну. Для другого удаляющегося края Луны должен наблюдаться обратный эффект. В итоге «радиолиния» в радиоспектре отраженного импульса будет наиболее широкой, растянутой, чем «радиолиния» посланного импульса. По величине расширения можно вычислить скорость удаления краев Луны. Сиим же способом можно найти периоды вращения планет вокруг оси и скорости их движения по орбите.
Ранее требовались долголетние высокоточные оптические наблюдения Луны, чтоб потом опосля длительных вычислений получить величину либрации. Радиолокаторы решили эту задачку, так сказать, конкретно и несоизмеримо резвее.
При любом измерении пользуются неким образцом — меркой, употребляемой как единица длины. Для измерений на земной поверхности таковым образцом служит метр. Для астрономии расстояние ни метр, ни даже километр не являются полностью пригодной единицей масштаба — очень уж значительны расстояния меж небесными телами. Потому астрологи употребляют заместо метра еще наиболее крупную единицу длины. Именуется она «астрономической единицей» ( сокращенно «а.е.»). По определению астрономическая единица равна среднему расстоянию от Земли до Солнца. Чтоб связать астрономические измерения длины с чисто земными мерками расстояний, астрономическую единицу в конечном счете сопоставляют с метром — выражают астрономическую единицу в метрах либо километрах.
Во времена Иоганна Кеплера (17 век) величину астрономической единицы еще не знали — она в первый раз была найдена лишь век спустя. Не были известны и расстояния от Солнца до остальных планет Солнечной системы. Тем не наименее, 3-ий законКеплера говорит, что «квадраты времен воззвания планет вокруг Солнца относятся меж собой как кубы их средних расстояний до Солнца». Каким же образом, не зная расстояний планет до Солнца, Кеплер мог открыть этот принципиальный закон?
Весь секрет, оказывается, в том, что не зная абсолютных (выраженных в километрах) расстояний планет до Солнца, можно сравнимо просто из наблюдений вычислить их относительные расстояния, другими словами выяснить, во сколько раз одна планетка далее от Солнца, чем иная.
Зная же относительные расстояния планет от Солнца, можно создать чертеж Солнечной системы. В не будет хватать лишь 1-го — масштаба. Если б можно было указать, чему равно расстояние в километрах меж хоть какими 2-мя телами на чертеже, то, разумеется, сиим самым был бы введен масштаб чертежа, и в единицах данного масштаба сходу можно было бы получить расстояние всех планет до Солнца.
До внедрения радиолокации среднее расстояние от Земли до Солнца, другими словами астрономическая единица, числилось равным 149504000 км. Эта величина измерена не полностью буквально, а приближенно с ошибкой в 17000 км в ту либо другую сторону.
Неких таковая ошибка может ужаснуть. С данной для нас точки зрения расстояние от Земли до Солнца измерено весьма буквально — относительная ошибка не превосходит сотых толикой процента. Но неизменное рвение к увеличению точности типично для хоть какой четкой науки . Потому можно осознать астрологов , когда они опять и опять уточняют масштаб Солнечной системы и стремятся применить самые совершенные способы для измерения астрономической единицы. Вот тут-то и приходит на помощь радиоастрономия.
совсем разумеется, что радиолокация планет из-за их удаленности несоизмеримо сложнее радиоло-кации Луны. Не забудьте, что мощность радиоэха падает назад пропорционально четвертой степени расстояния, другими словами весьма очень. Но современная радиотехника преодолела и эти трудности.
В феврале 1958 года южноамериканскими учеными в первый раз проведена радиолокация наиблежайшей из пла-нет—Венеры, а в сентябре такого же года поймано радиоэхо от Солнца.
Во время радиолокации Венера находилась в 43 миллионах км от Земли. означает, радиоволне требовалось приблизительно 5 минут для путешествия «туда и назад». Сигналы подавались в течение 4 минут 30 секунд, а последующие 5 минут «подслушивалось» радиоэхо. Долгая посылка радиосигналов была вызвана необходимостью—при маленьком импульсе единичное отражение от Венеры не могло наблю-даться.
Даже с таковыми ухищрениями разобраться в при-нятых радиосигналах было нелегко. Очень слабенькие, отраженные от Венеры радиоволны маскировались своими шумами приемной аппаратуры. Лишь электрические вычислительные машинки опосля практически годичный обработки наблюдений в конце концов обосновали, что радиолокатор все-же принял весьма слабенькое ра-диоэхо от Венеры. Опосля первого фуррора радиолока-ция Венеры была повторена еще несколько раз.
Радиоэхо от Венеры вышло в 10 миллионов раз наиболее слабеньким, чем радиоэхо от Луны. Но радио-локаторы его все-же поймали—таков прогресс ра-диотехники за какие-нибудь двенадцать лет.
Еще наиболее уверенно и с наилучшими результата-ми провели радиолокацию Венеры в апреле 1961 года русские ученые. По их данным удалось уточнить вели-чину астрономической единицы. Оказалось, что Солн-це на 95 300 км далее от Земли, чем задумывались до того времени, и астрономическая единица равна 14959930001. Ошибка в этом измерении не превосходит 2000 км в ту либо другую сторону, что по отношению к измеренному расстоянию составляет всего только тысячные толики процента!
сейчас величину астрономической единицы знают еще поточнее, что дозволяет с наименьшими ошибками вычислять линии движения галлактических ракет, а это имеет огромное солнце—само мощнейший источник галлактических радиоволн. Чтоб эти радио-волны не «заглушили» радиоэхо, отраженный от Солнца радиосигнал должен быть по последней мере в 100 раз посильнее сигнала, отраженного от Венеры.
Радиолокация Солнца в первый раз проводилась так. Передатчик врубался с интервалами в 30 секунд в продолжение 15 минут. Наблюдения начались в сентябре 1958 года и были продолжены в весеннюю пору 1959 года. При обработке также пришлось прибегнуть к помощи электрических вычислительных машин. В хоро-шем согласии с подготовительными расчетами получи-лось, что радиосигнал, посланный с Земли, отразился от тех слоев солнечной короны, которые находятся на расстоянии 1,7 радиуса Солнца от его поверхности.
Еще в 1959 году радиолокация Меркурия показа-ла, что день на данной для нас планетке близки к 59 земным суткам, другими словами Меркурий не обращен постоянно к Солн-цу одной стороной, как числилось ранее. Радиоло-каторы узнали также, что день на Венере в 243 раза длиннее земных, при этом Венера вращается в направлении с востока на запад, другими словами в сторону, оборотную вращению всех других планет.
Радиолуч через облака Венеры «прощупал» ее рельеф и установил существование на Венере крате-ров, схожих лунным. Радиолокация уточнила дан-ные о рельефе Марса. Но самое, пожалуй, удивитель-ное было достигнуто в метеорной астрономии.
8.Метеориты наблюдают деньком.
Звездная ночь (то есть темное время суток). В немыслимой дали тихо светятся ты-сячи солнц. И вдруг как как будто одна из звезд сорва-лась и полетела, оставляя на небе узенькую светя-щуюся полоску. Все явление обычно занимает толики секунды, пореже несколько секунд.
Так смотрятся «падающие звезды», либо метеоры,— явление, отлично знакомые любому еще с детских лет. Когда по небу пролетает «падающая звезда», это значит, что в земную атмосферу из безвоздушного мирового места вторглась крошечная жесткая частица весом в гр либо даже толики грамма — метеорное тело.
Двигаясь со скоростью 10-ки км в секунду, очень сжимает впереди себя воздух. Он ярко сияет, образуя впереди метеорного тела так именуемую «воздушную подушечку». Ее мы и лицезреем как «падающую звезду», тогда как само метеорное тело из-за малости конкретному наблюдению не доступно.
Поединок жесткой частицы галлактического вещества и земной атмосферы постоянно имеет один финал. Приблизительно на высоте 80-100 км метеорные тела стопроцентно разрушаются, и остающаяся опосля их мелкая метеорная пыль медлительно оседает на землю. Потому что яркость метеоритов сравнима с видимой яркостью звезд, то до крайнего времени «падающие звезды» наблюдались лишь ночами, на черном фоне звездного неба.
Радиоастрономия существенно расширила возможность исследования этих увлекательных явлений.
Когда метеорное тело быстро прорезает земную атмосферу, то, сталкиваясь с молекулами и атомами воздуха, оно отчасти ионизует их, другими словами «вышибает» из их некие электроны. В итоге за метеорным телом появляется длиннющий цилиндрический слой из ионизованных газов. Его размеры очень импозантны — при поперечнике в несколько метров длина данной для нас ионизованной «трубы» добивается 10-ов км. Вследствие диффузии (рассеивания газов) «труба» равномерно расширяется и в конце концов, разрушаемая ветрами и иными причинами, вроде бы растворяется в атмосфере.
Мы уже отмечали, что слой ионизованных газов для радиоволн определенных длин является типичным зеркалом. означает, при помощи радиолокатора можно получить радиоэхо и от ионизованных метеорных следов. способности радиотехники в данной для нас области только значительны. Радиолокаторы могут стремительно найти расстояние до метеорита, скорость метеорного тела, его торможение в атмосфере и, в конце концов, положение радианта, другими словами той точки неба, откуда, как нам кажется, вылетел метеорит.
Опыты проявили ,что лучшие результаты получаются, если радиолокация метеоритов ведется на волнах длиной около 5 м.
Современные радиолокаторы так чувствительны, что им доступны метеориты 16-й звездной величины, другими словами практически в 10000 раз наименее калоритные, чем самые слабенькие из звезд, доступных невооруженному глазу.
Периодические радиолокационные наблюдения метеоритов начались с 1946 года. В ночь (то есть темное время суток) с 9 на 10 октября этого года Земля обязана была пересечь орбиту кометы Джакобини — Циннера. Когда такое же событие происходило в 1933 году, на небе наблюдался интенсивный «звездный дождик». Сотки метеоритов бороздили во всех направлениях звездное небо. В этот денек земной шар повстречался с метеорным потоком — большущим роем метеорных тел, типичных «осколков» кометного ядра, несущихся вокруг Солнца по орбите породившей их кометы. Астрологи условились именовать метеорные потоки по тому созвездию, из которого, как нам кажется, вылетают надлежащие им метеориты. Потому что метеорный дождик, связанный с кометой Джакобини — Циннера, имеет радиант в созвездии Дракона, то порожденный ею метеорный поток получил заглавие Драконит.
Раз в год в конце первой декады октября Земля встречается с драконидами — метеорными телами потока Драконид. Но лишь время от времени их звездные дождики бывают в особенности обильными. Как раз таковой вариант и произошел в 1946 году, когда Земля пересекала более плотную часть потока.
К огорчению астрологов в ночь (то есть темное время суток) с 9 на 10 октября 1946 года ярко светила Луна, и ее сияние очень мешало обыденным наблюдениям. Но для радиолокаторов лунный свет не помеха. Русские ученые Б.Ю. Левин и П.О. Чечик в ту ночь (то есть темное время суток) зарегистрировали радиоэхо от сотен метеоритов, боль (физическое или эмоциональное страдание, мучительное или неприятное ощущение)-шинство которых оставалось невидимым.
С того времени радиолокационные наблюдения метеоритов крепко вошли в практику работы почти всех обсерваторий. Ни туман, ни дождик, ни ослепительное дневное сияние Солнца не могут помешать радиолокаторам «нащупывать» невидимые «падающие звезды». Они уверенно фиксируют как спорадические метеориты, другими словами те метеориты, которые не соединены с каким-либо определенным метеорным потоком, таки и невидимые «звездные дождики».
9.В поисках инопланетных цивилизаций.
Навряд ли есть иная научная неувязка, которая вызывала бы таковой жгучий Энтузиазм и такие горячие споры, как неувязка связи с инопланетными цивилиза-циями. Литература по данной для нас дилемме уже насчиты-вает почти все тыщи наименований. Созываются на-учные конференции и симпозиумы, налаживается международное сотрудничество ученых, ведутся экс-периментальные исследования. По меткому выраже-нию Станислава Лема, неувязка связи с инопланетными цивилизациями подобна игрушечной матрешке—она содержит внутри себя проблематику всех научных дис-циплин.
Одним из вероятных каналов связи с разумными жителями, по-видимому, быть может прием радио-сигналов от высокоразвитых инопланетных цивилизаций. При современном уровне радиотехники вероятна так-же посылка сигналов с Земли дальним «братьям по разуму».
В конце 1959 года два узнаваемых забугорных ученых Моррисон и Коккони выступили с проектом установления радиосвязи с жителями остальных пла-нет. Сущность этого проекта заключается в последующем: Снутри немыслимо большой сферы радиусом в сотку световых лет заключено около 100 тыщ звезд. Посреди их найдутся 10-ки, а быть может, и сотки таковых, которые окружены обитаемыми плане-тами. Можно мыслить, что и перед иными цивилиза-циями, достигшими такового же уровня развития, как наша, встал этот же вопросец—как установить радио-связь с иными разумными жителями Вселенной? Кто понимает, может быть, и на данный момент в направлении нашего Солнца кто-то отправляет радиосигналы из глу-бин звездного мира — сигналы, на которые пока чело-вечество отвечало молчанием! На какой длине пригодны быстрее всего ведется эта передача?
]]>