Радиотелескопы - принципы, особенности и для чего используются - раздел астрофизика

Сбор экспериментальных данных является одним из краеугольных камней в астрофизике, поскольку он имеет решающее значение для изучения систем, которые мы не можем воспроизвести на земле. Хотя первый телескоп был разработан Галилео Галилеем в начале 17-го века, идея о том, что астрофизике необходимо измерять гораздо больше данных, чем мы видим своими глазами, является относительно новой.

Именно в этом контексте были разработаны специальные типы телескопов для сбора входящего излучения на разных частотах (например, гамма-лучи, рентгеновские лучи, радиоволны и т. Д.).

Что такое радиоволны?
Радиоволны - это электромагнитные волны с длиной волны более 1 миллиметра, самой большой длиной волны во всем электромагнитном спектре. Они производятся крупнейшими объектами во Вселенной, и крайне важно собирать и изучать их.

Источники во Вселенной
Основным источником информации о Вселенной является электромагнитное излучение. Существует простая физическая связь между этим излучением и материальным содержанием, которое мы наблюдаем во Вселенной: более крупные объекты связаны с излучением с большей длиной волны, а объекты меньшего размера - с излучением с меньшей длиной волны.

Это не означает, что малые или большие системы не излучают другие виды излучения, но их наиболее интенсивное излучение относится к типам, упомянутым выше. Вот почему сбор радиоволн дает нам информацию о крупных объектах во Вселенной.

Основными источниками во Вселенной являются следующие:

Черные дыры: это объекты, образованные в результате накопления очень большого количества массы в небольшой области, которые не позволяют ничему избежать их гравитационного притяжения, даже свету. Их свойства могут быть изучены благодаря процессам, которые они вызывают в окружающей среде, некоторые из которых являются излучениями в области радио.

Галактики: это объединения миллионов звезд, которые могут вращаться вокруг ядра. Наблюдаемые коллективные эффекты могут быть связаны с масштабами, настолько большими, что их можно изучать только в области радио.

Сверхновые: эти взрывные события, которые представляют собой гибель звезд, излучают на всех частотах, но из-за характерного размера этих событий в области радио наблюдается соответствующее излучение.

Квазары: эти сверхмассивные черные дыры являются ядром определенной галактики. Мы уже упоминали галактики и черные дыры как независимые объекты, которые могут излучать радиоизлучение. Квазар - это черная дыра, которая концентрирует огромное количество массы галактики и, как таковая, излучает радиоизлучение более интенсивно, чем меньшие черные дыры или галактики, в ядре которых нет черной дыры.

Космический микроволновый фон: остаточный спектр излучения с первых этапов развития Вселенной, который в основном достигает максимума в микроволновой области (вторая область с наибольшей длиной волны). Тем не менее, в области радио есть также много соответствующей информации, которая позволяет нам изучать происхождение Вселенной.

Передача и исчезновение
Сбор астрономических данных происходит после того, как излучение прошло очень большие расстояния между источниками и нашим телескопом, который не может быть очень далеко от Земли (из-за временных и технологических ограничений). Однако, если мы знаем, как исправить смещение и проблемы, возникающие при наблюдении с большого расстояния, проблем с использованием этих измерений возникнуть не должно. Однако существует неизбежная проблема, связанная со всеми видами излучения: исчезновение.

Исчезновение - это явление, при котором электромагнитное излучение теряется из-за взаимодействия с астрономическими структурами между источником излучения и наблюдателем.

Оказывается, что этот эффект подчиняется тому же правилу, что и для связи длин волн с размерами: излучение с меньшей длиной волны больше мешает объектам меньшего размера, в то время как излучение с большей длиной волны больше мешает объектам большего размера. Поскольку большинство структур во Вселенной состоят из компонентов небольшого размера, исчезновение - это явление, которое влияет в основном на излучение с меньшей длиной волны. Другими словами, радиоизлучение является наиболее достоверно передаваемым излучением во Вселенной.

Что такое радиотелескопы с одной тарелкой?
Радиотелескопы с одной тарелкой являются наиболее широко используемыми устройствами для сбора информации, поступающей из Вселенной в виде радиоволн. Обычно они состоят из одной большой тарелки, необходимой для захвата волн в желаемом диапазоне.

Детали и функционирование

Основными частями радиотелескопа с одной тарелкой являются следующие:

Тарелка или отражатель: как и большинство современных телескопов, радиотелескопы представляют собой отражающие телескопы, в которых тарелка отвечает за сбор поступающей информации и отражает ее в другую часть. Из-за характерной длины волны радиоволн тарелка радиотелескопов очень большая (более 100 метров в диаметре), что означает, что они обладают хорошей способностью собирать излучение.

Антенна: это часть, на которую отражается излучение и которая отвечает за сбор и передачу его на устройства, которые выполняют анализ информации.
Система усиления и анализа: это часть, в которой информация усиливается по интенсивности, если это необходимо, и анализируется для получения выводов о свойствах спектра.

Причина, по которой мы ссылаемся на радиотелескопы с одной тарелкой, заключается в том, что обычно радиотелескопы являются частью более крупного комплекса, который включает в себя несколько радиотелескопов с одной тарелкой. Эти комплексы позволяют нам еще больше увеличить собирающую мощность за счет объединения телескопов вместо создания огромной тарелки в несколько сотен метров (или даже километров). Первое когда-либо обнаруженное изображение того, что кажется черной дырой, было получено благодаря семи радиотелескопам, расположенным по всей Земле, что позволило усилить их мощность.

Преимущества и недостатки
Радиотелескопы имеют много преимуществ, потому что излучение, которое они измеряют, практически не подвергается исчезновению. Размер телескопов обеспечивает большую собирающую способность и огромную разрешающую способность, позволяя разделять различные объекты на очень больших расстояниях. Основным недостатком является то, что экономическая стоимость этих телескопов высока, но разработка телескопических комплексов снизила эти затраты.

Радиотелескопы - основные выводы

Радиоволны - это излучение с наибольшей длиной волны во всем электромагнитном спектре.
Радиоизлучение предоставляет информацию о больших системах, таких как галактики, черные дыры, квазары или космический микроволновый фон.
Радиоволны представляют собой излучение, которое наиболее точно передается во Вселенной, что делает радиотелескопы очень полезными.
Радиотелескопы с одной тарелкой - это очень большие отражающие телескопы, которые могут собирать много излучения в области радио. Их можно комбинировать, чтобы увеличить их мощность.