Радиотехника и космос
щей
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.
Оптические телескопы обладают весьма большой разрешающей способностью.
В настоящее время наилучшие из оптических телескопов способны «разделить»
двойные звезды с расстоянием между составляющими в 0,1 секунды дуги! Под
таким углом виден человеческий волос на расстоянии 30 м.
Радиотелескопы воспринимают весьма длинноволновое излучение. Поэтому
фокальное пятно в радиотелескопах огромно. И соответственно разрешающая
способность этих инструментов весьма низка. Оказывается, например, что
радиотелескоп с диаметром зеркала 5 м при длине радиоизлучения 1 м способен
разделить источники излучения, если они отстоят друг от друга больше чем на
десять градусов!
Десять градусов—это двадцать видимых поперечников Луны. Значит,
указанный радиотелескоп не способен «разглядеть» в отдельности такие мелкие
для него небесные светила, как Солнце или Луна.
Ясно, что низкая разрешающая способность обычных небольших
радиотелескопов — большой недостаток; даже при огромных размерах зеркала
она, как правило, уступает разрешающей силе человеческого глаза (не говоря
уже об оптических телескопах). Как же можно устранить это препятствие?
Физикам уже давным-давно известно явление сложения волн, названное ими
интерференцией. В школьном учебнике физики подробно описано, какое значение
имеет интерференция на практике. Оказывается, интерференцию можно
использовать в радиоастрономии.
Вообразим, что одновременно из двух источников распространяются две
волны. Если они, как говорят физики, находятся в противоположных фазах, то
есть «горб» одной приходится как раз против «впадины» другой, обе волны
«погасят» друг друга, и колебания среды прекратятся. Если это световые
волны—наступит тьма, если звуковые—тишина, если волны на воде — полный
покой.
Может случиться, что волны находятся в одинаковых фазах («горб» одной
волны совпадает с «горбом» другой). Тогда такие волны усиливают друг друга,
и колебания среды будут совершаться с удвоенной интенсивностью.
Представим себе теперь устройство, называемое радиоинтерферометром
(рис.3). Это два одинаковых радиотелескопа, разделенных расстоянием (базой)
и соединенных между собой электрическим кабелем, к середине которого
присоединен радиоприемник. От источника радиоизлучения на оба
радиотелескопа непрерывно приходят радиоволны. Однако тем из них, которые
попадают на левое зеркало, приходится проделать несколько больший путь,
| |  скачать работу |
Радиотехника и космос |
