Радиоастрономия
Радиоволны
Радиоволны – электромагнитные волны, частоты которых ниже 3000 ГГц, распространяющиеся в пространстве без искусственного волновода. Радиоволны в электромагнитном спектре располагаются от крайне низких частот вплоть до инфракрасного диапазона. С учетом классификации Международным союзом электросвязи радиоволн по диапазонам, к радиоволнам относят электромагнитные волны с частотами от 0,03 Гц до 3 ТГц, что соответствует длине волны от 10 миллионов километров до 0,1 миллиметра.
В широком смысле радиоволнами являются всевозможные волновые процессы электромагнитного поля в аппаратуре, в линиях передачи и, наконец, в природных условиях, в среде, разделяющей передающую и приемную антенны.
Радиоволны, являясь электромагнитными волнами, распространяются в свободном пространстве со скоростью света. Естественными источниками радиоволн являются вспышки молний и астрономические объекты. Искусственно созданные радиоволны используются для стационарной и мобильной радиосвязи, радиовещания, радиолокации, радионавигации, спутниковой связи, организации беспроводных компьютерных сетей и в множестве других приложений.
Радиоастрономия
Радиоастрономия – раздел астрономии, изучающий космические объекты с помощью исследования их электромагнитного излучения в диапазоне радиоволн. Объектами излучения являются практически все космические тела и их комплексы, а также вещество и поля, заполняющие космическое пространство (межпланетная среда, межзвездные газ и пыль, магнитные поля, космические лучи, реликтовое излучение). Метод исследования заключается в регистрации космического радиоизлучения с помощью радиотелескопов.
Радиоастрономия привела к значительному развитию астрономии, особенно с открытием нескольких новых классов объектов, включая пульсары, квазары и радиогалактики. Она позволяет увидеть то, что невозможно обнаружить с помощью оптической астрономии. Такие объекты представляют собой самые далекие и мощные физические явления во Вселенной.
Реликтовое излучение также было впервые обнаружено с помощью радиотелескопов. Кроме того, радиотелескопы использовались и для исследования ближайших к Земле астрономических объектов, включая наблюдения Солнца и солнечной активности, и радарное картографирование планет Солнечной системы.
Инструменты радиоастрономии
Радиотелескопы – инструменты для приёма собственного радиоизлучения космических объектов и исследования их дислокации, пространственной структуры, интенсивности излучения, спектра и поляризации.
Радиотелескоп занимает начальное, по диапазону частот, положение среди астрономических инструментов, исследующих электромагнитное излучение. На более высоких частотах работают телескопы теплового, видимого, ультрафиолетового, рентгеновского и гамма-излучения.
История радиотелескопов началась в 1931 году с экспериментов Карла Янски на полигоне фирмы Bell Telephone Labs. Для исследования направления прихода грозовых помех он построил вертикально поляризованную однонаправленную антенну типа полотна Брюса. Размеры конструкции составляли 30,5 метров в длину и 3,7 метров в высоту. Работа проводилась на волне 14,6 метров (20,5 МГц). Антенна соединялась с чувствительным приёмником, на выходе которого стоял самописец с большой постоянной времени.
В 1932 году Янски уже сообщал о первых результатах, полученных на своей установке. В статье сообщалось об обнаружении «постоянного шипения неизвестного происхождения», которое трудно отличить от шипения, вызываемого шумами самой аппаратуры. Направление прихода шипящих помех меняется постепенно в течение дня, делая полный оборот за 24 часа». В двух своих следующих работах 1933 года и 1935 года Карл Янски постепенно приходит к заключению, что помехи производит центральная область нашей Галактики.
Янски сознавал, что прогресс в радиоастрономии потребует антенн больших размеров с более острыми диаграммами, которые должны быть легко ориентируемы в различных направлениях. Он сам предложил конструкцию параболической антенны с зеркалом 30,5 метров в диаметре для работы на метровых волнах, однако его предложение не получило поддержки.
В 1937 году Гроут Ребер, радиоинженер из Уэтона (США), заинтересовался работой Янски и сконструировал в заднем дворе дома своих родителей антенну с параболическим рефлектором диаметром 9,5 м. Эта антенна имела меридианную монтировку, то есть была управляема лишь по углу места, а изменение положения лепестка диаграммы по прямому восхождению достигалось за счёт вращения Земли. Антенна Ребера была меньше, чем у Янски, но работала на более коротких волнах, и её диаграмма направленности была значительно острее.
Весной 1939 года Ребер обнаружил на волне 1,87 м (160 МГц) излучение с заметной концентрацией в плоскости Галактики и опубликовал некоторые результаты. Развивая аппаратуру, Ребер приступил к систематическому обзору неба и в 1944 году опубликовал первые радиокарты небосвода на волне 1,87 метров, показывающие центральные области Млечного Пути и яркие радиоисточники в созвездии Стрельца, Лебедь A, Кассиопея A, Большого Пса и Кормы.
После Второй мировой войны произошли существенные технологические улучшения в области радиоастрономии учеными в Европе, Австралии и США. Расцвет радиоастрономии привел к освоению миллиметровых и субмиллиметровых длин волн, позволяющих достичь значительно больших разрешений.
Миллиметровое и субмиллиметровое излучение открывает окно в загадочную холодную Вселенную, но эти сигналы из космоса почти целиком поглощаются водяным паром в атмосфере Земли. Поэтому телескопы, работающие в этой области астрономии, должны устанавливаться на большой высоте над уровнем моря в местах с низкой влажностью воздуха. Именно таким местом является плато Чахнантор на высоте 5000 метров, где расположена одна из самых высокогорных радиоастрономических обсерваторий на Земле.
ALMA — сверхсовременный инструмент для изучения самых холодных объектов во Вселенной. Они излучают на волнах длиной около миллиметра, между инфракрасным светом и радиоволнами, поэтому такое излучение называется миллиметровым и субмиллиметровым. ALMA состоит из 66 высокоточных антенн, расставленных на расстояния до 16 километров друг от друга. Это крупнейший из существующих глобальных наземных астрономических проектов.
Радиоастрономия подарила мировому научному сообществу важные знания о самых далеких галактиках и потенциально угрожающих Земле астероидах, о сверхмассивных черных дырах и слияниях галактик. Таким образом, сегодня благодаря современным радиообсерваториям мы можем смотреть не только в прошлое, разбирая свет, идущий к нам миллиарды лет, но и делать прогнозы на как ближайшее, так и на весьма отдаленное будущее, не теряясь в пыли космического пространства.
© 2015-2021 Ин-Спейс. Все права защищены.
Использование всех текстовых материалов без изменений разрешается только с активной гиперссылкой на издание Ин-Спейс. Все аудиовизуальные произведения являются собственностью своих авторов и правообладателей и используются только в образовательных и информационных целях.
Сетевое издание Ин-Спейс зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор) 04 мая 2018 года. Свидетельство о регистрации Эл № ФС 77 — 72684.
Сайт может содержать контент, не предназначенный для лиц младше 18 лет.
Источник
Астрономический радиоисточник — Astronomical radio source
Астрономический радиоисточник является объектом в космическом пространстве , которое излучает сильные радиоволны . Радиоизлучение исходит от самых разных источников. Такие объекты являются одними из самых экстремальных и энергичных физических процессов во Вселенной .
СОДЕРЖАНИЕ
История
В 1932 году американский физик и радио инженер Карл Янский обнаружил радиоволны , приходящие из неизвестного источника в центре нашей Галактики . Янски изучал происхождение радиочастотных помех для Bell Laboratories . Он обнаружил «. устойчивый тип статического шипения неизвестного происхождения», который, в конечном итоге, пришел к выводу, что он имеет внеземное происхождение. Это был первый случай обнаружения радиоволн из космоса. Первый обзор неба по радио был проведен Гроте Ребером и завершился в 1941 году. В 1970-х годах было обнаружено, что некоторые звезды в нашей галактике являются радиоизлучателями, одним из самых сильных из которых была уникальная двойная звезда MWC 349 .
Источники: солнечная система
Солнце
Как ближайшая звезда, Солнце является самым ярким источником излучения на большинстве частот, вплоть до радиоспектра на частоте 300 МГц (длина волны 1 м). Когда Солнце спокойное, галактический фоновый шум преобладает на более длинных волнах. Во время геомагнитных бурь Солнце будет доминировать даже на этих низких частотах.
Юпитер
Колебания электронов, захваченных в магнитосфере Юпитера, производят сильные радиосигналы, особенно яркие в дециметровом диапазоне.
Магнитосфера Юпитера ответственна за интенсивные эпизоды радиоизлучения из полярных регионов планеты. Вулканическая активность на спутнике Юпитера Ио выбрасывает газ в магнитосферу Юпитера, создавая вокруг планеты тор частиц. Когда Ио движется через этот тор, взаимодействие генерирует альфвеновские волны, которые переносят ионизированную материю в полярные области Юпитера. В результате с помощью циклотронного мазерного механизма генерируются радиоволны , а энергия передается по конической поверхности. Когда Земля пересекает этот конус, радиоизлучение Юпитера может превышать выходное радиоизлучение Солнца.
Ганимед
В 2021 году новостные агентства сообщили, что ученые с помощью космического корабля Juno, который вращается вокруг Юпитера с 2016 года, обнаружили FM- радиосигнал с луны Ганимеда в месте, где линии магнитного поля планеты соединяются с линиями магнитного поля ее луны. Согласно сообщениям, они были вызваны нестабильностью мазера циклотрона и были подобны как сигналам Wi-Fi, так и радиоизлучению Юпитера. Исследование радиоизлучений было опубликовано в сентябре 2020 года, но не описывало, что они имеют FM-природу или похожи на сигналы Wi-Fi.
Источники: галактические
Галактический центр
Галактический центр Млечного Пути был первым источником радио , чтобы быть обнаруженным. Он содержит ряд радиоисточников, включая Стрелец А , в компактной области вокруг сверхмассивной черной дыры , Стрелец А * , а также самой черной дыры. Во время вспышки аккреционный диск вокруг сверхмассивной черной дыры загорается, что можно обнаружить с помощью радиоволн.
Остатки сверхновой
Остатки сверхновых часто показывают диффузное радиоизлучение. Примеры включают Кассиопею А , самый яркий внесолнечный радиоисточник в небе, и Крабовидную туманность .
Нейтронные звезды
Пульсары
Сверхновые звезды иногда оставляют после себя вращающиеся плотные нейтронные звезды, называемые пульсарами . Они испускают струи заряженных частиц, которые излучают синхротронное излучение в радиоспектре. Примеры включают пульсар в крабе , первый из обнаруженных пульсаров. Пульсары и квазары (плотные центральные ядра чрезвычайно далеких галактик) были открыты радиоастрономами. В 2003 году астрономы с помощью Parkes радио телескоп обнаружил два пульсаров , вращающихся вокруг друг друга, первую такую систему , известную.
Вращающиеся источники радиопереходных процессов (RRAT)
Вращающиеся Переходные радио (RRATs) представляют собой тип нейтронных звезд , обнаруженных в 2006 году командой во главе с Маура Маклафлин из обсерватории Jodrell Bank в Университете Манчестера в Великобритании. Считается, что RRAT производят радиоизлучения, которые очень трудно обнаружить из-за их кратковременного характера. Ранние попытки позволяли обнаруживать радиоизлучения (иногда называемые вспышками RRAT ) менее одной секунды в день, и, как и в случае с другими одиночными импульсными сигналами, нужно проявлять большую осторожность, чтобы отличить их от наземных радиопомех. Таким образом, распределенные вычисления и алгоритм Astropulse могут способствовать дальнейшему обнаружению RRAT.
Области звездообразования
Короткие радиоволны излучаются сложными молекулами в плотных газовых облаках, где рождаются звезды .
Спиральные галактики содержат облака нейтрального водорода и окиси углерода, излучающие радиоволны. Радиочастоты этих двух молекул были использованы для составления карты большой части галактики Млечный Путь.
Источники: внегалактические
Радиогалактики
Многие галактики являются сильными радиоизлучателями, называемыми радиогалактиками . Некоторые из наиболее примечательных — Центавр А и Мессье 87 .
Квазары (сокращение от «квазизвездный радиоисточник») были одними из первых открытых точечных радиоисточников. Крайнее красное смещение квазаров привело нас к выводу, что это далекие активные галактические ядра, которые, как полагают, питаются черными дырами . В активных ядрах галактик есть струи заряженных частиц, которые испускают синхротронное излучение . Одним из примеров является 3C 273 , оптически самый яркий квазар в небе.
Сливающиеся скопления галактик часто демонстрируют диффузное радиоизлучение.
Космический микроволновый фон
Космический микроволновый фон — это фоновое излучение черного тела, оставшееся после Большого взрыва (быстрое расширение примерно 13,8 миллиарда лет назад, которое было началом Вселенной .
Внегалактические импульсы
Д. Р. Лоример и другие проанализировали данные архивных съемок и обнаружили 30- янскую дисперсную вспышку длительностью менее 5 миллисекунд, расположенную в 3 ° от Малого Магелланова Облака . Они сообщили, что свойства всплеска противоречат физической ассоциации с нашей Галактикой или Малым Магеллановым Облаком. В недавней работе, они утверждают , что современные модели для содержания свободных электронов во Вселенной означает , что пакет меньше 1 гига пс отдаленным. Тот факт, что в течение 90 часов дополнительных наблюдений не было замечено никаких новых всплесков, означает, что это было единичное событие, такое как сверхновая звезда или слияние (слияние) релятивистских объектов. Предполагается, что сотни подобных событий могут происходить каждый день и, в случае их обнаружения, могут послужить космологическими зондами. Обзоры радиопульсаров, такие как Astropulse-SETI @ home, предлагают одну из немногих возможностей для мониторинга радионеба на предмет импульсных всплесков с длительностью миллисекунды. Из-за изолированного характера наблюдаемого явления природа источника остается предположительной. Возможные варианты включают столкновение черной дыры и нейтронной звезды, столкновение нейтронной звезды и нейтронной звезды, столкновение черной дыры и черной дыры или какое-то еще не рассмотренное явление.
В 2010 году появилось новое сообщение о 16 подобных импульсах от телескопа Паркса, которые явно имели земное происхождение, но в 2013 году были идентифицированы четыре источника импульсов, которые подтверждали вероятность истинного внегалактического пульсирующего населения.
Эти импульсы известны как быстрые радиовсплески (FRB). Первый наблюдаемый всплеск стал известен как всплеск Лоримера . Блицары — одно из предлагаемых объяснений им.
Источники: пока не наблюдалось
Изначальные черные дыры
Согласно модели Большого взрыва, в первые несколько мгновений после Большого взрыва давление и температура были чрезвычайно высокими. В этих условиях простые флуктуации плотности вещества могли привести к локальным областям, достаточно плотным, чтобы образовались черные дыры. Хотя большинство областей с высокой плотностью будет быстро рассеяно при расширении Вселенной, изначальная черная дыра будет стабильной и сохранится до настоящего времени.
Одна из целей Astropulse — обнаружение постулируемых мини-черных дыр, которые могут испаряться из-за » излучения Хокинга «. Предполагается, что такие мини-черные дыры были созданы во время Большого взрыва, в отличие от известных в настоящее время черных дыр. Мартин Рис предположил, что черная дыра, взрывающаяся из-за излучения Хокинга, может дать сигнал, который можно обнаружить по радио. Проект Astropulse надеется, что это испарение вызовет радиоволны, которые Astropulse сможет обнаружить. Испарение не будет напрямую создавать радиоволны. Вместо этого он создал бы расширяющийся огненный шар из гамма-лучей и частиц высокой энергии . Этот огненный шар будет взаимодействовать с окружающим магнитным полем, выталкивая его наружу и генерируя радиоволны.
Предыдущие поиски в рамках различных проектов «поиска внеземного разума» (SETI), начиная с проекта «Озма» , искали внеземные коммуникации в форме узкополосных сигналов, аналогичных нашим собственным радиостанциям. Проект Astropulse утверждает, что, поскольку мы ничего не знаем о том, как инопланетяне могут общаться, это может быть немного ограниченным кругозором. Таким образом, Astropulse Survey можно рассматривать как дополнение к узкополосному обзору SETI @ home как побочный продукт поиска физических явлений.
Другие неоткрытые явления
Объясняя свое недавнее открытие мощного взрывного радиоисточника, астроном NRL д-р Джозеф Лацио заявил: «Удивительно, но даже несмотря на то, что небо, как известно, полно преходящих объектов, излучающих в диапазоне длин волн рентгеновского и гамма-излучения, сделано очень мало для их решения ищите радиовсплески, которые астрономические объекты зачастую легче произвести ». Использование когерентных алгоритмов выделения и вычислительной мощности, обеспечиваемой сетью SETI, может привести к открытию ранее не обнаруженных явлений.
Источник