Реферат: Радиотехника и космос
Есть
между радиотелескопами и рефлекторами большие различия. Столь большие что
забывать о них нельзя. Прежде всего, размеры собирателей излучений — зеркал.
Самый большой из существующих в нашей стране телескопов-рефлекторов 6-метровый
инструмент Специальной астрофизической обсерватории. Зеркала радиотелескопов
значительно больше. У рядовых из них они измеряются метрами, а один из самых
больших подвижных действующих радиотелескопов имеет зеркало поперечником
76м. До последнего времени крупнейшим радиотелескопом был телескоп в
Аресибо (Пуэрто-Рико). Неподвижное зеркало этого телескопа имеет диаметр 300
м и вмонтировано в кратер одного бездействующих вулканов. Этот инструмент
может работать и как радиолокатор, причем радиосигналы от него могут быть
уловлены (на уровне земной радиотехники) в пределах всей нашей Галактики.
В той же
Специальной астрофизической обсерватории АН СССР находится 600-метровый
радиотелескоп. В отличии от радиотелескопа в Пуэрто-Рико, главная часть нашего
радиотелескопа представляет собой не сплошное металлическое вогнутое зеркало, а
кольцо диаметром 600 м, состоящее из 895 подвижных алюминиевых
отражателей, каждый из которых имеет размеры 2*7,5 м. Этот крупнейший в
мире радиотелескоп рассчитан на прием радиоволн с длиной волны от 8 мм до
30 см. По ряду параметров (в частности, по разрешающей способности) этот
инструмент не имеет себе равных в мире. В недалеком времени будут построены еще
большие радиотелескопы, тогда как рефлекторы с поперечником зеркала 10 м
вряд ли удастся создать в ближайшие двадцать-тридцать лет. В чем же причина
столь существенного различия?
Секрет
прост. Изготовить зеркало телескопа-рефлектора в техническом отношении
несравненно труднее, чем гораздо большее по размерам зеркало радиотелескопа.
Для того
чтобы параболическое зеркало давало в своем фокусе достаточно редкое, четкое
изображение небесного объекта (неважно, в видимых или невидимых лучах),
поверхность зеркала не должна уклоняться от идеальной геометрической
поверхности более чем на 1/10 длины волны собираемого излучения. Такой
«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 доли микрона! Как видите, важны не
абсолютные значения шероховатости зеркал, а их отношение к длине волны
собираемого излучения.
О том,
как трудно создать крупный рефлектор, мы уже говорили. Радиотелескоп с
поперечником в десятки метров построить легче. Ведь если даже этот телескоп
будет принимать радиоволны с длиной волны 1,25 см, то шероховатости не
должны по размерам превышать 1 мм — допуск вполне технически
осуществимый.
В
некоторых радиотелескопах, рассчитанных на прием радиоволн с длиной, измеряемой
многими метрами, зеркала делаются не сплошные, а сетчатыми. Этим значительно
уменьшается вес инструмента, ив то же время, если размеры ячеек малы в
сравнении с длиной радиоволн, решетчатое зеркало действует как сплошное. Иначе
говоря, для радиоволн отверстия в зеркале радиотелескопа, в сущности, являются
неощутимыми «неровностями».
Подчеркнем
одну замечательную особенность описываемых радиотелескопов — они могут работать
на различных длинах волн. Ведь очевидно, что свойство параболических зеркал
концентрировать излучение в фокусе не зависит от длины волны этого излучения.
Поэтому, меняя облучатель, то есть приемную антенну, можно «настраивать»
радиотелескоп на желаемую длину волн. При этом, конечно, требуется изменить
частоту радиоприемника.
Чем
больше размеры зеркала, тем больше излучения оно собирает. Количество собираемого
излучения, очевидно, пропорционально площади зеркала. Значит, чем больше
зеркало, тем чувствительнее телескоп, тем более слабые источники излучения
удается наблюдать — ведется ли прием на радиоволнах или в лучах видимого света.
Замечательно,
что радиотелескопы можно устанавливать в любом пункте страны. Ведь они совсем
не зависят от капризов погоды или прозрачности атмосферы. С помощью
радиотелескопов можно исследовать Вселенную хоть в проливной дождь!
4.Борьба с помехами.
Нелегко
создать сплошное металлическое зеркало с поперечником в несколько десятков
метров, да еще установить так, чтобы, перемещая зеркало с удивительной
плавностью, его можно было нацелить на любой участок неба. Каждое такое
творение рук человеческих есть истинное чудо современной техники.
Иногда
зеркало радиотелескопа, как уже говорилось, делают очень большим, но
неподвижным. При высокой чувствительности подобный телескоп ограничен в своих
возможностях — он всегда направлен на одну и ту же точку неба.
Впрочем,
и неподвижный телескоп все-таки движется, ведь он находиться на поверхности
Земли, а земной шар непрерывно и равномерно вращается вокруг своей воображаемой
оси. Поэтому в поле зрения неподвижного радиотелескопа постоянно появляются все
новые и новые небесные тела, причем наблюдению доступен довольно широкий
круговой пояс неба. Разумеется, через сутки, когда Земля совершит полный
оборот, картины в поле зрения радиотелескопа снова начнут повторяться.
Радиоприемники
присоединенные к антенне радиотелескопа, очень чувствительны. Если, например, к
ним просто подключить какой-нибудь проводник, то приемник станет реагировать
на беспорядочные тепловые движения в этом проводнике. Яснее говоря, тепловое
движение электронов вызывает на концах проводника беспорядочно меняющиеся
напряжения, пропорциональные температуре проводника. В приемнике эти процессы
приобретут характер «шумов».
Хотя
мощность таких помех от антенного устройства ничтожно мала, они все же, как это
не обидно, подчас в десятки, а иногда и в сотни раз превосходят мощность космического
радиоизлучения. Мешают также и шумы, возникающие в самом приемнике при работе
транзисторов.
Шумы,
порожденные аппаратурой, как бы маскируются под космическое излучение. Они
похожи друг на друга и усиливаются в приемнике одновременно. Этим
обстоятельством ограничивается чувствительность современных радиотелескопов.
Однако с помощью большого усложнения аппаратуры удается зарегистрировать
сигналы в сто раз более слабые, чем шумы аппаратуры.
При
изучении слабых источников космических радиоволн применяют довольно сложные и
хитроумные методы и устройства. позволяющие уловить неуловимое. И здесь победа
остается в конце концов за человеком. Рост техники радиоастрономии происходит
очень бурно, и с каждым годом радиотелескопы становятся все более и более
чувствительными.
Впрочем,
уже сейчас чувствительность радиотелескопов вызывает удивление. Если сравнить
энергию излучения, воспринимаемую самыми лучшими из современных
радиотелескопов, с энергией видимого света, посылаемого звездами, то окажется,
что радиотелескопы в тысячи раз чувствительны гигантских
телескопов-рефлекторов. Среди всевозможных приемников электромагнитных волн
радиотелескопы не имеют себе равных.
5.О зоркости
радиотелескопов.
Благодаря
сложным оптическим явлениям лучи от звезды, уловленные телескопом, сходятся не
в одной точке (фокусе телескопа), а в некоторой небольшой области пространства
вблизи фокуса, образуя так называемое фокальное пятно. В этом пятне объектив
телескопа конденсирует электромагнитную энергию светила, уловленную телескопом.
Если взглянуть в телескоп, звезда нам покажется не точкой, а кружочком с
заметным диаметром. Но это не настоящий диск звезды, а только ее испорченное
изображение, вызванное несовершенством телескопа. Мы видим созданное телескопом
фокальное пятно.
Чем больше диаметр
объектива, тем меньше и размеры фокального пятна.
С
величиной фокального пятна тесно связана разрешающая способность телескопа. Так
называют наименьшее расстояние между двумя источниками излучения, которые
данный телескоп дает различить в отдельности. Если, например, в двойной звезде
обе звезды так близки на небе друг к другу, что их изображения, создаваемые
телескопом, попадают практически внутрь фокального пятна, двойная звезда
покажется в телескоп одиночной.
Îïòè÷åñêèå
òåëåñêîïû
îáëàäàþò
âåñüìà áîëüøîé
ðàçðåøàþùåé
ñïîñîáíîñòüþ.
 íàñòîÿùåå
âðåìÿ
íàèëó÷øèå
èç
îïòè÷åñêèõ
òåëåñêîïîâ
ñïîñîáíû «ðàçäåëèòü»
äâîéíûå çâåçäû
ñ
ðàññòîÿíèåì
ìåæäó
ñîñòàâëÿþùèìè
â 0,1 ñåêóíäû
äóãè! Ïîä
òàêèì óãëîì
âèäåí ÷åëîâå÷åñêèé
âîëîñ íà
ðàññòîÿíèè 30 ì.
Ðàäèîòåëåñêîïû
âîñïðèíèìàþò
âåñüìà
äëèííîâîëíîâîå
èçëó÷åíèå.
Ïîýòîìó
ôîêàëüíîå
ïÿòíî â ðàäèîòåëåñêîïàõ
îãðîìíî. È
ñîîòâåòñòâåííî
ðàçðåøàþùàÿ
ñïîñîáíîñòü
ýòèõ
èíñòðóìåíòîâ
âåñüìà
íèçêà. Îêàçûâàåòñÿ,
íàïðèìåð,
÷òî
ðàäèîòåëåñêîï
ñ äèàìåòðîì
çåðêàëà 5 ì
ïðè äëèíå
ðàäèîèçëó÷åíèÿ
1 ì ñïîñîáåí
ðàçäåëèòü
èñòî÷íèêè
èçëó÷åíèÿ,
åñëè îíè
îòñòîÿò
äðóã îò äðóãà
áîëüøå ÷åì
íà äåñÿòü
ãðàäóñîâ!
Äåñÿòü
ãðàäóñîâ—ýòî
äâàäöàòü
âèäèìûõ
ïîïåðå÷íèêîâ
Ëóíû.
Çíà÷èò,
óêàçàííûé
ðàäèîòåëåñêîï
íå ñïîñîáåí
«ðàçãëÿäåòü» â
îòäåëüíîñòè
òàêèå
ìåëêèå äëÿ
íåãî
íåáåñíûå
ñâåòèëà, êàê
Ñîëíöå èëè
Ëóíà.
ßñíî,
÷òî íèçêàÿ
ðàçðåøàþùàÿ
ñïîñîáíîñòü
îáû÷íûõ
íåáîëüøèõ
ðàäèîòåëåñêîïîâ
— áîëüøîé
íåäîñòàòîê;
äàæå ïðè
îãðîìíûõ
ðàçìåðàõ
çåðêàëà îíà,
êàê ïðàâèëî,
óñòóïàåò
ðàçðåøàþùåé
ñèëå
÷åëîâå÷åñêîãî
ãëàçà (íå
ãîâîðÿ óæå îá
îïòè÷åñêèõ
òåëåñêîïàõ).
Êàê æå ìîæíî
óñòðàíèòü
ýòî
ïðåïÿòñòâèå?
Ôèçèêàì
óæå
äàâíûì-äàâíî
èçâåñòíî
ÿâëåíèå ñëîæåíèÿ
âîëí,
íàçâàííîå
èìè
èíòåðôåðåíöèåé.
 øêîëüíîì
ó÷åáíèêå
ôèçèêè
ïîäðîáíî
îïèñàíî, êàêîå
çíà÷åíèå
èìååò
èíòåðôåðåíöèÿ
íà ïðàêòèêå.
Îêàçûâàåòñÿ,
èíòåðôåðåíöèþ
ìîæíî èñïîëüçîâàòü
â ðàäèîàñòðîíîìèè.
Âîîáðàçèì,
÷òî
îäíîâðåìåííî
èç äâóõ èñòî÷íèêîâ
ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ
äâå âîëíû.
Åñëè îíè, êàê
ãîâîðÿò
ôèçèêè,
íàõîäÿòñÿ â
ïðîòèâîïîëîæíûõ
ôàçàõ, òî
åñòü «ãîðá»
îäíîé ïðèõîäèòñÿ
êàê ðàç
ïðîòèâ
«âïàäèíû»
äðóãîé, îáå âîëíû
«ïîãàñÿò»
äðóã äðóãà, è
êîëåáàíèÿ
ñðåäû
ïðåêðàòÿòñÿ.
Åñëè ýòî
ñâåòîâûå
âîëíû—íàñòóïèò
òüìà, åñëè
çâóêîâûå—òèøèíà,
åñëè âîëíû
íà âîäå —
ïîëíûé ïîêîé.
Ìîæåò
ñëó÷èòüñÿ,
÷òî âîëíû
íàõîäÿòñÿ â
îäèíàêîâûõ
ôàçàõ («ãîðá»
îäíîé âîëíû
ñîâïàäàåò ñ
«ãîðáîì»
äðóãîé).
Òîãäà òàêèå
âîëíû
óñèëèâàþò
äðóã äðóãà, è
êîëåáàíèÿ ñðåäû
áóäóò
ñîâåðøàòüñÿ
ñ óäâîåííîé
èíòåíñèâíîñòüþ.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
|