Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии

Р. зародилась в начале 30-х гг. 20 в., когда амер. радиоинженер К. Янский изучал помехи радиотелефонной связи. Для этой цели он сконструировал направленную антенну и использовал довольно высокочувствительный по тем временам приемник. Наряду с помехами земного, атмосферного происхождения (грозовые разряды, ионосферные шумы и др.) Янский заметил вариации мощности радиошума, коррелировавшие с периодом вращения Земли, и вскоре надежно установил космическое происхождение источника этих сигналов.

До 2-й мировой войны космич. радиоизлучение не интересовало астрономов. Новый метод исследования космоса требовал новых, необычных инструментов наблюдения и новых, владеющих этим методов исследователей.

Во время 2-й мировой войны ускорилось развитие радиофизики и радиотехники. Антенны и высокочувствительные приемники созданных в это время радарных систем дали мощный толчок развитию радиоастрономич. исследований. С 1950-х гг. началось бурное развитие Р.

2. Условия радиоастрономических исследований

Радиоволны, распространяющиеся в космич. пространстве, могут быть зарегистрированы наземными приемниками в диапазоне частот от Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula0. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula0. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula0.ГГц ( Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula1. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula1. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula1.см; см. Прозрачность земной атмосферы ). Радиоволны с Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula2. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula2. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula2.30$» align=»absmiddle» width=»48″ height=»13″ > м не проходят (поглощаются или отражаются) через ионосферу Земли (см. Верхняя атмосфера ). Наблюдения в этом диапазоне могут проводится радиотелескопами, вынесенными за пределы атмосферы. Радиоволны с Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula3. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula3. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula3.см поглощаются молекулами атмосферных газов. Однако эта граница атмосферного «радиоокна» не резкая. Она представляет собой ряд интервалов прозрачности и полупрозрачности между полосами поглощения молекул, что позволяет проводить наблюдения на некоторых волнах миллиметрового диапазона, в частности вблизи длин волн 8, 4 и 2,6 мм.

Т.о., исследование космич. радиоизлучения во всем диапазоне явл. задачей, решение к-той возможно лишь с использованием многих радиотелескопов различных обсерваторий мира. Это требует координации и кооперации работы радиоастрономов многих стран, эффективного обмена научной информацией, т.е. тесного международного сотрудничества.

3. Что наблюдают и изучают радиоастрономы

Регистрируемое на некоторой частоте Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula4. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula4. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula4.радиоизлучение космич. объекта выражают в т.н. ед. спектральной плотности потока Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula5. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula5. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula5.[Вт/(м 2 Гц)] (см. Янский ).

4. Основные этапы развития и достижения радиоастрономии

В 1945-46 гг. были проведены первые успешные эксперименты по радиолокации Луны. В последующие годы этот активный метод исследования тел Солнечной системы позволил с высокой точностью определять расстояния и, в частности, уточнить астрономическую единицу длины, а также детально изучить строение твердых поверхностей ряда планет (см. Радиолокационная астрономия ).

В 50-е гг. 20 в. интенсивно изучалось радиоизлучение Солнца и были открыты его осн. особенности. Изучалось радиоизлучение планет. Исследование радиоизлучения Луны на различных длинах волн позволило, в частности, установить, что ее поверхность покрыта значит. слоем пыли; было обнаружено, что поверхность Венеры имеет высокую ( Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula12. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula12. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula12.К) темп-ру; изучались физ. условия и на поверхности др. планет, в частности, Марса и Меркурия; была открыта обширная магнитосфера планеты Юпитер, а также его мощное спорадич. всплесковое излучение на декаметровых длинах волн.

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. f537. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-f537. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка f537.
Рис. 4. Наблюдаемое распределение линейно поляризованной
составляющей излучения двойного радиоисточника 3С 219. Длина
и направление черточек показывают величину поляризованной части
излучения (шкала приведена внизу слева) и направление,
характеризующее направление магнитных полей. В структуре
источника видны уярчения у внешних краев компонентов («горячие
пятна») и «хвосты», тянущиеся от них к галактике.

В 1951 г. амер. астрономы У. Бааде и Р. Минковский отождествили мощный радиоисточник в созвездии Лебедя с далкой галактикой (радиогалактика Лебедь А). Вскоре были отождествлены радиоисточники с галактиками NGC 4486 (Дева А), NGC 5128 (Кентавр А) и др., началось всестороннее исследование радиогалактик. В 1953 г. обнаружена двойная структура источника в радиоаглактике Лебедь А, оказавшаяся типичной для многих внегалактич. радиоисточников (см. Радиогалактики ).

Важным достижением теоретич. Р. было установление в 50-е гг. синхротронной природы радиоизлучения многих космич. радиоисточников. Изучение распределения радиояркости и областей, обнаруживающих нестационарность радиоизлучения, дает информацию о вероятных источниках космич. лучей. Достаточно зорошо разработанный теоретич. аппарат позволяет по наблюдаемым параметрам синхротронного радиоисточника (поток излучения, размеры источника) оценивать напряженность магн. поля, концентрацию релятивистских электронов, полное энергосодержание (энергетику) радиоисточников.

В 1964 г. были открыты предсказанные Н.С. Кардашевым радиолинии возбужденного водорода (см. Рекомбинационные радиолинии ) и радиоастрономы получили новый эффективный методисследования областей ионизованного водорода (зон HII) как в нашей, так и в др. галактиках.

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. f539a. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-f539a. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка f539a.
Рис. 5. Первые наблюдения переменного радиоизлучения
квазаров 3С 273, 3С 454.3 и радиогалактик 3С 120, 3С 84
на волне 2 см. По осям отложены поток излучения в Ян и
время (годы) наблюдений.

В 1969-71 гг. методом интерферометрии со сверхдлинными базами было обнаружено явление видимого (кажущегося) сверхсветового расширения структур в ядрах квазаров и радиогалактик. Как показали дальнейшие детальные исследования, это расширение носит характер быстрого относит. движения (разделения) отдельных компонентов структуры. Видимая скорость разлета компонентов варьируется в различных объектах от 4-6 c до 12-20 c. На рис. 6 приведена структура околоядерного радиоисточника в квазаре 3C 345 [красное смещение z=0,59, расстояние при постоянной Хаббла H=100 км/с/Мпк, ок. 1800 Мпк], а на рис. 7 характер систематич. увеличения углового расстояния между его компонентами с 1969 по 1977 гг.

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. f539b. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-f539b. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка f539b.
Рис. 6. Структура компактного околоядерного
радиоисточника в квазаре 3С 345, наблюдавшаяся
в июле 1975 г. на волне 2,8 см.

Ср. угловая скорость разделения источников составляла 0,17 мс дуги в год, что соответствует видимой скорости разлета ок. 6 c. Имеются разнообразные теоретич. модели, объясняющие это явление. Наиболее вероятными явл. выбросы с релятивистскими скоростями отдельных «плазмонов» (структур, содержащих магн. поля, плазму и релятивистские частицы) из активных ядер объектов, либо инжекция отдельных сгустков релятивистских частиц в регулярно расширяющуюся трубку магн. поля в полосе его биполярной структуры. При достаточно малых углах Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula15. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula15. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula15.между лучом зрения и скоростью сгустков (Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula16. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula16. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula16.) излучающего вещества видимая (наблюдаемая) скорость движения с проекции на картинную плоскость Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula17. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula17. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula17.может быть во много раз больше скорости света из-за того, что фактор Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. formula18. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-formula18. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка formula18.. Отметим, что явление видимого сверхсветового разлеления (разлета) копмактных околоядерных радиоструктур тесно связано с наблюдаемой переменностью радиоизлучения.

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. f540. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-f540. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка f540.
Рис. 7. Зависимость от времени углового
расстояния между двумя компонентами
околоядерного источника в квазаре 3С 345.

В 70-е гг. не было таких ярких открытий, как в 60-е, хотя исследования космоса методами Р. продолжались с нарастающей интенсивностью. Следует отметить проведение ряда глубоких обзоров локальных областей неба, позволивших обнаружить радиоисточники с потоками вплоть до неск. десятков и даже единиц мЯн: обзор 5C (Кембридж, Великобритания), обзор на радиотелескопе РАТАН-600 (СССР). Обзоры показали заметный дефицит радиоисточников с малыми потоками. Это, по-видимому, явл. важным указанием на то, что имеющимися обзорами исчерпываются все мощные далекие внегалактич. радиоисточники (квазары, радиогалактики), вплоть до горизонта Вселенной.

Следует отметить также обнаружение в межзвездной среде линий радиоизлучения большого числа молекул, в т.ч. сложных органических (см. Молекулы в межзвездной среде).

Методом апертурного синтеза в ряде двойных радиоисточников были найдены узконаправленные (коллимированные) выбросы излучающей материи. Эти выбросы тянутся непосредственно от ядер к одному из компонентов двойной структуры. Явление одностороннег овыброса иллюстрирует рис. 8, где показана общая сложная структура радигалактики NGC 6251. Интересен односторонний видимый характер выбросов (всегда контрастно видна одна струя, тянущаяся к одному из двух компонентов). Это можно объяснить либо релятивистской скоростью движения струй, как целого, когда из-за Доплера эффекта более интенсивной и потому легче наблюдаемой явл. струя, движущаяся к наблюдателю, либо анизотропным излучением релятивистских электронов, движущихся от ядер к периферии в «каналах», образованных крупномасштабным магн. полем.

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. f541. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-f541. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка f541.
Рис. 8. Структура двойного радиоисточника в
радиогалактике NGC 6251 (а); гигантского выброса,
тянущегося от ядра галактики к одному из компонентов
и расположенного в отмеченной эллипсом области (б);
а также околоядерного источника (в). Около каждого
радиоизображения указан соответствующий ему масштаб.

При большом объеме материала, накопленного за десятилетия наблюдений, мы еще далеки от правильного понимания большей части явлений, происходящих в различных радиоисточниках. В частности, неясна природа активных ядер, ускорения релятивистских частиц и их «канализации» в протяженные радиоструктуры, природа магн. полей и т.п. Р. располагает значит. количеством сведений об интегральных характеристиках радиоисточников (спектрах, светимостях, поверхностной яркости, структуре, энергосодержании и т.д.), существуют соотношения между параметрами радиоисточников, к-рые имебт эволюционный смысл. Однако отдельные, известные детали еще не созлают полной картины и предстоит длительная работа, чтобы соединить все звенья в единую цепь представлений о природе и эволюции космич. радиоисточников.

5. Заключение

Метода радиоастрономич. исследований непрерывно совершенствуются и широко применяются при изучении Солнца и Солнечной системы, Галактики и различных дискретных радиоисточниках в ней, внегалактических радиоисточниках и Метагалактики в целом.

Лит.:
Каплан С.А., Элементарная радиоастрономия, М., 1966; Шкловский И.С., Космическое радиоизлучение, М., 1956; Стейнберг Ж., Леку Ж., Радиоастрономия, пер. с франц., М., 1963; Пахольчик А., Радиоастрофизика, пер. с англ., М., 1973; его же, Радиогалактики, М., 1980.

Источник

Слушая Вселенную

Создание радиотелескопов было первым этапом выхода астрономии за узкие границы видимого спектра.

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. radioastr future 1 300. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-radioastr future 1 300. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка radioastr future 1 300.

Как и их оптические предшественники, радиотелескопы появились на свет в результате совмещения изобретательности, любопытства и просто везения. Но разница всё же имелась. В конце XIX века несколько известных ученых безуспешно пытались поймать космические радиосигналы. Но первая удача много позже выпала на долю рядового инженера, который сначала вовсе и не думал о небесных явлениях.

В судьбоносный день 1886 года 29-летний профессор экспериментальной физики Технического института Карлсруэ Генрих Рудольф Герц в присутствии жены готовил в затемненной аудитории демонстрацию эксперимента по прохождению импульсного тока через открытый колебательный контур. Закончив сборку, он включил индукционный генератор, чтобы полюбоваться красивым искровым разрядом. Случилось так, что рядом лежало медное незамкнутое кольцо с острием на одном конце и шариком на другом. Либо сам Герц, либо его молодая супруга заметили, что искра одновременно проскочила как в контуре, так и внутри этой щели.

Позднее историки науки выяснили, что до Герца это явление наблюдали по крайней мере пятеро физиков. Однако лишь он так заинтересовался загадочным эффектом, что приступил к его исследованию. В результате Герц пришел к выводу, что экспериментально получил электромагнитные волны, предсказанные в начале 1860-х создателем классической электродинамики Джеймсом Максвеллом.

Сенсационное открытие «волн Герца» (как их тогда называли) вызвало интерес к выявлению их космических источников. Судя по всему, первым такая идея осенила Томаса Эдисона. В 1890 году его ассистент Артур Кеннелли написал директору Ликской обсерватории, что его шеф хочет зарегистрировать длинноволновое излучение Солнца с помощью нескольких проводов, обрамляющих кусок железной руды. Судя по всему, этот экзотический детектор так и не собрали (да он бы и не сработал). Впоследствии Кеннелли стал выдающимся электротехником, профессором Гарварда и Массачусетского технологического. В 1902 году он и англичанин Оливер Хевисайд одновременно выдвинули гипотезу, что высоко в атмосфере имеется ионизированный слой (который позднее, в 1920-х, был обнаружен и назван в их честь слоем Хевисайда–Кеннелли). Но основателем радиоастрономии Кеннелли так и не стал.

Атмосферные окна

Земная атмосфера пропускает из космоса отнюдь не любые электромагнитные излучения. Она прозрачна для волн длиной от 300 до 1500 нм — это весь оптический диапазон с прилежащими участками ультрафиолета и ближнего инфракрасного диапазона (в горных районах с сухим климатом инфракрасное окно шире). В атмосфере есть еще одна зона прозрачности, вмещающая волны длиной от 1 см до 30 м. Волны большей длины либо отражаются, либо задерживаются ионосферой, в то время как миллиметровые и субмиллиметровые волны поглощаются атмосферой (но в этом диапазоне есть несколько узких окон, например около 8 мм, сквозь которые может заглянуть радиотелескоп). Все прочие излучения возможно зарегистрировать либо в очень сухих высокогорных зонах вроде чилийской пустыни Атакама (там хорошо регистрируются волны с длинами вплоть до 0,3 мм), либо со стратостата, либо из космоса.

В 1897–1900 годах поисками солнечного радиоизлучения занимался в Ливерпуле известный английский физик Оливер Лодж. Детектор Лоджа в принципе мог воспринимать проходящее через ионосферу сантиметровое излучение. Однако чувствительность прибора была невысока, и к тому же он был недостаточно защищен от электрических помех. Ничего не удалось и немецким астрофизикам Иоганну Вилсингу и Юлиусу Шейнеру, которые тоже охотились за солнечными радиоволнами. Наконец, ими интересовался Гульельмо Маркони — и тоже безрезультатно.

В XX столетии поиск космических радиосигналов полностью прекратился. Возможно, это случилось потому, что в конце 1900 года Макс Планк обнародовал знаменитую формулу, описывающую спектр абсолютно черного тела. В соответствии с формулой Планка радиоизлучение нагретой примерно до 6000 К поверхности Солнца даже в сантиметровом диапазоне (не говоря о волнах большей длины) столь слабо, что его нельзя обнаружить с помощью существовавших приборов. Правда, этот вывод относится исключительно к тепловому радиоизлучению, однако прочие механизмы генерации космических радиоволн в те времена просто не рассматривались. В общем, по той или иной причине радиоастрономия тогда так и не состоялась.

Взгляд в небо

Окна прозрачности (см. врезку «Атмосферные окна») обусловлены взаимодействием электромагнитного излучения различных длин волн с различными слоями атмосферы. Рентгеновское и гамма-излучение доходит только до высот 30–40 км, а основная часть УФ-диапазона поглощается озоновым слоем на высоте около 30 км.

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. radioastr future 4 500. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-radioastr future 4 500. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка radioastr future 4 500.

Первое узкое окно прозрачности пропускает видимый свет с примыкающими к нему УФ и ближним ИК, в котором у атмосферы есть несколько узких окон, обусловленных механизмами поглощения излучения молекулами воды и углекислого газа. Большая часть ИК-диапазона поглощается содержащимися в нижних слоях атмосферы водяным паром, углекислым газом и кислородом. Затем на шкале длин волн от 1 см до 30 м следует широкое радиопрозрачное окно. Более длинные радиоволны отражаются ионосферой.

В 1927 году компания «Белл» запустила первый в мире трансатлантический радиотелефон. Связь была несовершенной из-за множества помех, и 23-летнему физику Карлу Янскому поручили выяснить их причину. Чтобы решить эту задачу, он смонтировал в Холмделе в штате Нью-Джерси десять вертикальных прямоугольных рамочных антенн, соединил их в единую цепь и установил на вращающуюся 30-метровую раму. Эта система была настроена на прием сигналов на частоте 20,5 МГц (14,6 м).

В 1930 году Янский нашел два очевидных и предсказуемых источника помех — близкие и дальние грозы. Но в его наушниках постоянно слышалось слабое шипение, причина которого не поддавалась объяснению. К 1932 году Янский обнаружил, что загадочные помехи изменяются с периодичностью звездных суток (23 часа 56 минут) и, следовательно, возникают за пределами Солнечной системы. В дальнейшем выяснилось, что излучение приходит из Млечного Пути — иными словами, из плоскости нашей Галактики.

Ученому повезло: как раз тогда плотность солнечных пятен держалась на минимуме и по ночам ионосфера хорошо пропускала 15-метровые волны. В период активного Солнца «карусель Янского» была бы бесполезной.

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. radioastr future 2 500. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-radioastr future 2 500. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка radioastr future 2 500.

Открытие межзвездных волн, как их называл Янский, вызвало немалый шум — в мае 1933 года о нем сообщила даже «Нью-Йорк Таймс». Ученый пытался убедить руководство «Белл» построить 30-метровую тарелочную антенну и серьезно заняться космическими радиосигналами. Но менеджеры щедрости не проявили и перебросили Янского на другой проект. У астрономических обсерваторий тоже не было лишних денег и желания тратиться на радиоаппаратуру. Изложив свои результаты в четырех статьях (двух — в инженерном журнале, одной — в Popular Astronomy и одной — в Nature), Янский распрощался с радиоастрономией.

Тем не менее дело Янского не пропало. На его работы обратили внимание физик из Мичиганского университета Джон Краус и молодой радиоинженер Гроут Ребер. Первый уже в 1933 году соорудил небольшой радиотелескоп с отражающей антенной, но не смог ничего поймать из-за низкой чувствительности приемника. После Второй мировой он основал радиоастрономическую обсерваторию при Университете Огайо и написал ставший классическим учебник по новой науке. А Ребер в 1937 году построил на пустыре рядом с родительским домом первый в мире радиотелескоп с поворотной параболической антенной, приступил к регулярным наблюдениям и в 1942 году опубликовал карту радионеба Северного полушария. В том же 1942 году англичанин Джеймс Хей поймал солнечные радиосигналы; в 1942–1943 годах радионаблюдения Солнца вели Ребер и Джеральд Саутворт, известный американский радиоинженер, изобретатель волновода. Тогда же разработчики немецких радаров заметили отражение радиоволн от поверхности Луны, о чем стало известно лишь после войны.

Отец радиоастрономии

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. radioastr future 5 200. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-radioastr future 5 200. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка radioastr future 5 200. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. zoomnw2. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-zoomnw2. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка zoomnw2.

Гроут Ребер (1911–2002) родился и вырос в Уитоне, пригороде Чикаго. В 1933 году он получил в Арморовском технологическом институте степень радиоинженера и тогда же заинтересовался открытием Карла Янского. В свободное от работы время он на собственные средства построил в 1937 году во дворе собственного дома первый в мире радиотелескоп с поворотной параболической антенной диаметром 9,5 м. Работая по ночам (днем ему мешали искровые разряды автомобильных свечей зажигания), Ребер в 1938 году принял первые космические радиосигналы в диапазоне 160 МГц из нашей галактики — Млечного Пути, а в начале 1940-х опубликовал первую карту неба Северного полушария в радиодиапазоне. Позднее телескоп Ребера был передан Национальной радиоастрономической обсерватории в Грин-Бэнк, Западная Виргиния, где находится и сегодня — уже в качестве исторического экспоната. С конца 1950-х и до самой смерти 20 декабря 2002 года Ребер жил и работал в Тасмании, географическое расположение и климат которой благоприятны для длинноволновой радиоастрономии.

Бурное развитие радиоастрономии началось после Второй мировой войны (этому сильно способствовало освоение технологий, возникших в ходе работы над радиолокаторами). Сначала в Великобритании, а потом и в других странах начали строить телескопы с антеннами размером в десятки метров — сперва неподвижными, а затем и поворотными. Вскоре появились системы из нескольких связанных радиотелескопов — радиоинтерферометры. Такие нововведения в сочетании с новой аппаратурой для усиления и фильтрации радиосигналов значительно улучшили чувствительность радиотелескопов и их угловое разрешение. Радиоастрономия постепенно превращалась в «большую» науку, способную не только регистрировать космические источники радиоволн, но преобразить все исследования небесных явлений. В 1960-х годах она стала столь же серьезной научной дисциплиной, что и оптическая астрономия.

Вот лишь один пример, демонстрирующий ее прогресс. Самый крупный оптический телескоп середины XX века, 200-дюймовый рефлектор Паломарской обсерватории, при оптимальных атмосферных условиях обеспечивал угловое разрешение порядка 0,5 угловой секунды (в наши дни благодаря адаптивной оптике и цифровой видеоаппаратуре его разрешение почти достигло теоретического предела в 0,02 с). Работающая на принципе оптического интерферометра телескопическая система Южной Европейской обсерватории дает разрешение в 1 мс — в 500 раз лучше. Теперь посмотрим, как выросли наблюдательные возможности радиоастрономии. Некогда крупнейший в мире Транзитный телескоп британской обсерватории Джодрелл Бэнк (введен в действие в 1947 году, диаметр параболической антенны 66 м) позволил добиться рекордного по тому времени разрешения в 1 градус. Действующая с мая 1993 года американская сеть из десяти интегрированных радиотелескопов Very Long Baseline Array (восемь антенн на континентальной территории США, одна на Гавайях и одна на карибском острове Сен-Круа) дает разрешение вплоть до 0,0002 угловой секунды. То есть разрешающая способность радиотелескопов выросла в 18 млн раз! И это без учета прогресса приборного оснащения радиотелескопов и компьютеризации их работы, начало которой пришлось на 1960-е. А в скором времени появятся совершенно фантастические системы, соединяющие межконтинентальные сети наземных радиотелескопов с радиоаппаратурой на космических платформах. По расчетам, предел разрешения таких наземно-космических радиоинтерферометров дойдет до десятимиллионных (или даже стомиллионных!) долей секунды.

Космические источники радиоволн

«Главная заслуга радиоастрономии — то, что она неизмеримо расширила возможности получения информации о космическом пространстве. Астрономы десятки веков смотрели на мир сквозь узкое окошко видимого света и его ближайшего окружения. Появление радиотелескопов позволило выйти за эти рамки и открыло путь к современной всеволновой астрономии, — рассказал «Популярной механике» Фред Ло, директор американской Национальной радиоастрономической обсерватории. — Радиотелескопы зарегистрировали синхротронные излучения, возникающие при движении релятивистских электронов в мощных магнитных полях, окружающих сверхмассивные черные дыры в галактических ядрах. Эти дыры закручивают и втягивают окружающий космический газ, выбрасывая при этом в пространство два джета, две разнонаправленные струи заряженных частиц. Если джет движется по направлению к Земле, мы наблюдаем источник, который называется квазаром. Когда джеты перпендикулярны направлению на Землю, мы называем такой источник радиогалактикой. Если джеты сильно взаимодействуют с ионизированным газом вокруг черной дыры, галактика светит как в радиодиапазоне, так и в инфракрасной области, видимом свете, ультрафиолете и рентгене (такие галактики называют сейфертовскими). Именно радиоастрономии мы в первую очередь обязаны тем, что в основном поняли природу активных галактических ядер, окружающих черные дыры. Ранее считалось, что космические процессы по большей части питаются энергией термоядерного звездного синтеза и звездных взрывов. В последние десятилетия мы осознали гигантскую роль гравитационной энергии, источником которой служат как раз черные дыры. Это очень серьезный прорыв, подлинная научная революция».

«На второе место я бы поставил становление молекулярной картины Вселенной, — продолжает доктор Ло. — Радиоастрономия открыла исполинские облака космического водорода, не говоря уже о более сложных молекулах. Оптическая астрономия прекрасно отслеживает звезды, но может сказать совсем немного о межзвездной среде. Радиоастрономия позволяет также наблюдать гравитационные сгущения холодных газовых облаков, в ходе которых рождаются звезды и формируются галактики. Конечно, были и другие замечательные достижения, скажем, открытие пульсаров и микроволнового реликтового излучения — тоже заслуга радиоастрономов».

Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. radioastr future 3 750. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии фото. Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии-radioastr future 3 750. картинка Атомы и молекулы способны излучать что используют в радиоастрономии. картинка radioastr future 3 750.

Конечно, предсказывать будущее достаточно сложно, но, по мнению Фреда Ло, прогресс радиоастрономии будет, как и раньше, определяться обновлением ее инструментария: «В Чили на севере пустыни Атакама на высоте 5 км строится ALMA — сеть из нескольких десятков интегрированных 12-метровых антенн. В этом международном проекте задействована и наша Национальная радиоастрономическая обсерватория. Он стал осуществляться в 2003 году, а в 2012-м ALMA вступит в действие. Эта обсерватория будет работать на миллиметровых и субмиллиметровых волнах с угловым разрешением в одну десятую угловой секунды. Она сможет значительно обогатить наши знания о динамике молекулярного газа в центре нашей Галактики, о формировании протозвезд и протопланетных дисков, об атмосферах экзопланет и о многом-многом другом. Мы собираемся также модернизировать принадлежащую нашей обсерватории радиоинферометрическую систему VLA в штате Нью-Мексико. Чувствительность ее аппаратуры возрастет десятикратно, а угловое разрешение на верхнем частотном пределе в 50 ГГц достигнет 0,004 угловой секунды. Это будет поистине фантастический инструмент, и мы ждем от него многого. В частности, информации о том, что происходило в темную эпоху Вселенной, когда материя в ее известных формах уже возникла и стабилизировалась, но первые звезды еще не родились. Есть еще немало интересных проектов будущих обсерваторий, всего не перечислишь. Скажем, китайские ученые планируют в ближайшем будущем построить крупнейший в мире радиотелескоп с неподвижной антенной диаметром в полкилометра».

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *