Сначала представлюсь. Я студент 4 курса факультета вычислительной математики и кибернетики нижегородского государственного университета. С 10-ого класса начал увлекаться солнечной астрономией. В последствии данное увлечение привело меня в отдел солнечной радиоастрономии нижегородского научно-исследовательского радиофизического института. Хотелось бы познакомить читателей хабра с тем, что мы знаем о Солнце и с тем, как идут исследования. Планируется несколько частей, в них я постараюсь рассказать всё достаточно доступно и сделать это чтиво увлекательным.
Небо Земли в радиодиапазоне
Исследования проводятся в диапазоне радиочастот, поскольку ими очень хорошо «просматривается» Солнце с Земли, также использовался гамма-диапазон с приёмниками, находящимися на орбите Земли.
Изображение Юпитера в радиодиапазоне
Думаю, что большинство читателей хабра из школьного курса астрономии представляют себе устройство простого телескопа, однако кратко всё же остановимся на этом.
Радиотелескоп состоит из самой антенны и приёмника. Антенна фокусирует получаемые сигналы и передаёт их на приёмник, откуда они уже поступают на обработчик и в последствии сохраняются на жёсткий диск.
Радиотелескоп характеризуется диаграммой направленности, прямопропорционально зависящей от длины волны и обратнопропорционально от диаметра зеркала (для параболического телескопа). На изображении можно увидеть «боковые лепестки» диаграммы направленности — особенность, возникающая из-за дифракции, соответственно телескоп кроме своего основного направления, может получать излучение, идущее сбоку и даже сзади.
1. Green Bank Telescope (GBT) — крупнейший в мире полноповоротный параболический радиотелескоп с размерами зеркала 100х110 метров. Находится в США.
2. Arecibo — крупнейший в мире параболический радиотелескоп, диаметр зеркала 306 метров, собирающая площадь — невообразимые 73 000 кв.м. Телескоп находится в естественной карстовой воронке в Пуэрто Рико. Обсерватория Аресибо является Национальным центром Астрономии и Ионосферы США.
3. Ратан-600 — российский телескоп, находящийся на Северном Кавказе на высоте почти 1км над уровнем моря. Состоит из 895 прямоугольных отражающих элементов размером 11,4 на 2 метра, расположенных по кругу с диаметром 576 метров.
Фотография телескопа и схема, описывающая принцип его работы.
1. С появлением новых подходов к синтезу изображений (Фурье-преобразование) появилась возможность строить изображения Солнца с большим пространственным (~1'') и временным (1мс) разрешением.
2. На орбиту Земли выводятся спутники, позволяющие исследовать Солнце в гамма и ренгеновском излучении (TRACE, HESSI), а также получать карты магнитного поля на поверхности Солнца.
3. Появляются радиоинтерферометры (ССРТ, Nobeyama и пр.). На них я и остановлюсь подробнее.
Вначале поговорим о принципах действия интерферометра.
Интерферометр представляет из себя несколько (от 2 до бесконечности) антенн, передающих данные в единых центр обработки. Действует по принципу интерференции. Интреферометр позволяет заменить одну антенну с большой апертурой, которая позволяет получить большое разрешение. Соответственно наращивание количеств антенн в интерфероментре приводит к повышению разрешения получаемой картинки. Основной проблемой создания интерферометров является синхронизация сигналов, полученных с разных антенн. В настоящее время проблема решается в основном прокладыванием одинаковой длины кабелей.
Угловое разрешение такого интерферометра будет равно отношению длины волны к длине базы (то есть к расстоянию между самими телескопами). Соответственно улучшить результаты возможно не только наращивая количество приёмников, но и увеличивая расстояние между ними. Однако тут остро встает вопрос синхронизации сигналов.
Ну и несколько интерферометров:
1. VLA (Very Large Array /Очень Большой Массив, Сверхбольшой массив) — интерферометр в форме буквы Y, состоящий из 27 антенн, каждая из которых имеет 25 метров в диаметре. Общая чувствительность аналогична обычному радиотелескопу с диаметром более 36 километров. В настоящее время используется в основном для исследований звёзд.
2. Сибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ). Крестообразный интерферометр: линии антенн длиной 622,3 м в направлениях E–W и N–S, имеет 128 х 128 параболических антенных элементов, каждая из которых диаметром 2,5м. В настоящее время планируется перестройка и увеличение количества антенных элементов.
3. Нобеямский радиогелиограф. Данный интерферометр принимает излучение от Солнца на двух частотах: 17 ГГц и 34 ГГц, что соответствует длинам волн 17,6 мм и 8,8 мм. Он состоит из 84 антенн с диаметром 80 см каждая. Все антенны расположены с севера на юг и с запада на восток в Т-образной форме. Интерферометр обладает максимальной временной и пространственной разрешающей способностью на сегодняшний день: 10 мс, 5” (34 ГГц) и 10” (17 ГГц) соответственно. Измеряется интенсивность излучения на 17 и на 34 ГГц, а также поляризация излучения только на 17 ГГц. Это основной наш инструмент для исследования.
1. ATA (Allen Telescope Array). Интерферометр состоит из 350 антенн, каждая из которых имеет 6,1м в диаметре. Частоты наблюдений 0.5 – 11.5 ГГц. На строительство необходимо около 40млн. долларов. В настоящее время есть немногим более 30млн. Основной инвестор — Пол Аллен, бывший партнёр Билла Гейтса, вложивший более 10млн. Планируется, что с помощью данного интерферометра можно будет наблюдать в несколько раз больше звёзд, чем сейчас
2. Радиоинтерферометр со сверхдлинными базами (РСДБ) — проект, в работе которого планируется использовать несколько телескопов, разнесённых по земному шару и синхронизированных между собой. Схема представлена ниже:
Также планируется с помощью радиотелескопа «Радиоастрон», выводимого на орбиту Земли, увеличить базу полученного интерферометра в несколько раз.
P.S. Данная статья имеет лишь небольшое отношение непосредственно к Солнцу, углублённый рассказ о нём планируется далее, собственно там же будет больше науки и чуть меньше обзорности.
P.P.S. Материалы для данной статьи взяты из открытых источников и с официальных сайтов.
Вики-справка по статье:
1. Диаграмма направленности — телесный угол, из которого телескоп может принимать данные
2. Радиогелиограф — радиотелескоп/радиоинтерфероментр, изучающий Солнце
3. Фурье-преобразование — Википедия
4. База — расстояние между антенными элементами в интерферометре
Книги по теме:
1. С.А. Каплан «Элементарная радиоастрономия»
2. Хей Дж. «Радиовселенная»
Тематические сайты:
1. ССРТ
2. Нобеямский радиогелиограф
3. ATA
Небо Земли в радиодиапазоне
Исследования проводятся в диапазоне радиочастот, поскольку ими очень хорошо «просматривается» Солнце с Земли, также использовался гамма-диапазон с приёмниками, находящимися на орбите Земли.
Изображение Юпитера в радиодиапазоне
Телескопы
Думаю, что большинство читателей хабра из школьного курса астрономии представляют себе устройство простого телескопа, однако кратко всё же остановимся на этом.
Радиотелескоп состоит из самой антенны и приёмника. Антенна фокусирует получаемые сигналы и передаёт их на приёмник, откуда они уже поступают на обработчик и в последствии сохраняются на жёсткий диск.
Радиотелескоп характеризуется диаграммой направленности, прямопропорционально зависящей от длины волны и обратнопропорционально от диаметра зеркала (для параболического телескопа). На изображении можно увидеть «боковые лепестки» диаграммы направленности — особенность, возникающая из-за дифракции, соответственно телескоп кроме своего основного направления, может получать излучение, идущее сбоку и даже сзади.
Крупнейшие радиотелескопы мира
1. Green Bank Telescope (GBT) — крупнейший в мире полноповоротный параболический радиотелескоп с размерами зеркала 100х110 метров. Находится в США.
2. Arecibo — крупнейший в мире параболический радиотелескоп, диаметр зеркала 306 метров, собирающая площадь — невообразимые 73 000 кв.м. Телескоп находится в естественной карстовой воронке в Пуэрто Рико. Обсерватория Аресибо является Национальным центром Астрономии и Ионосферы США.
3. Ратан-600 — российский телескоп, находящийся на Северном Кавказе на высоте почти 1км над уровнем моря. Состоит из 895 прямоугольных отражающих элементов размером 11,4 на 2 метра, расположенных по кругу с диаметром 576 метров.
Фотография телескопа и схема, описывающая принцип его работы.
Новые методы исследования.
1. С появлением новых подходов к синтезу изображений (Фурье-преобразование) появилась возможность строить изображения Солнца с большим пространственным (~1'') и временным (1мс) разрешением.
2. На орбиту Земли выводятся спутники, позволяющие исследовать Солнце в гамма и ренгеновском излучении (TRACE, HESSI), а также получать карты магнитного поля на поверхности Солнца.
3. Появляются радиоинтерферометры (ССРТ, Nobeyama и пр.). На них я и остановлюсь подробнее.
Интерферометры
Вначале поговорим о принципах действия интерферометра.
Интерферометр представляет из себя несколько (от 2 до бесконечности) антенн, передающих данные в единых центр обработки. Действует по принципу интерференции. Интреферометр позволяет заменить одну антенну с большой апертурой, которая позволяет получить большое разрешение. Соответственно наращивание количеств антенн в интерфероментре приводит к повышению разрешения получаемой картинки. Основной проблемой создания интерферометров является синхронизация сигналов, полученных с разных антенн. В настоящее время проблема решается в основном прокладыванием одинаковой длины кабелей.
Угловое разрешение такого интерферометра будет равно отношению длины волны к длине базы (то есть к расстоянию между самими телескопами). Соответственно улучшить результаты возможно не только наращивая количество приёмников, но и увеличивая расстояние между ними. Однако тут остро встает вопрос синхронизации сигналов.
Ну и несколько интерферометров:
1. VLA (Very Large Array /Очень Большой Массив, Сверхбольшой массив) — интерферометр в форме буквы Y, состоящий из 27 антенн, каждая из которых имеет 25 метров в диаметре. Общая чувствительность аналогична обычному радиотелескопу с диаметром более 36 километров. В настоящее время используется в основном для исследований звёзд.
2. Сибирский солнечный радиотелескоп (ССРТ). Крестообразный интерферометр: линии антенн длиной 622,3 м в направлениях E–W и N–S, имеет 128 х 128 параболических антенных элементов, каждая из которых диаметром 2,5м. В настоящее время планируется перестройка и увеличение количества антенных элементов.
3. Нобеямский радиогелиограф. Данный интерферометр принимает излучение от Солнца на двух частотах: 17 ГГц и 34 ГГц, что соответствует длинам волн 17,6 мм и 8,8 мм. Он состоит из 84 антенн с диаметром 80 см каждая. Все антенны расположены с севера на юг и с запада на восток в Т-образной форме. Интерферометр обладает максимальной временной и пространственной разрешающей способностью на сегодняшний день: 10 мс, 5” (34 ГГц) и 10” (17 ГГц) соответственно. Измеряется интенсивность излучения на 17 и на 34 ГГц, а также поляризация излучения только на 17 ГГц. Это основной наш инструмент для исследования.
Перспективные проекты
1. ATA (Allen Telescope Array). Интерферометр состоит из 350 антенн, каждая из которых имеет 6,1м в диаметре. Частоты наблюдений 0.5 – 11.5 ГГц. На строительство необходимо около 40млн. долларов. В настоящее время есть немногим более 30млн. Основной инвестор — Пол Аллен, бывший партнёр Билла Гейтса, вложивший более 10млн. Планируется, что с помощью данного интерферометра можно будет наблюдать в несколько раз больше звёзд, чем сейчас
2. Радиоинтерферометр со сверхдлинными базами (РСДБ) — проект, в работе которого планируется использовать несколько телескопов, разнесённых по земному шару и синхронизированных между собой. Схема представлена ниже:
Также планируется с помощью радиотелескопа «Радиоастрон», выводимого на орбиту Земли, увеличить базу полученного интерферометра в несколько раз.
P.S. Данная статья имеет лишь небольшое отношение непосредственно к Солнцу, углублённый рассказ о нём планируется далее, собственно там же будет больше науки и чуть меньше обзорности.
P.P.S. Материалы для данной статьи взяты из открытых источников и с официальных сайтов.
Вики-справка по статье:
1. Диаграмма направленности — телесный угол, из которого телескоп может принимать данные
2. Радиогелиограф — радиотелескоп/радиоинтерфероментр, изучающий Солнце
3. Фурье-преобразование — Википедия
4. База — расстояние между антенными элементами в интерферометре
Книги по теме:
1. С.А. Каплан «Элементарная радиоастрономия»
2. Хей Дж. «Радиовселенная»
Тематические сайты:
1. ССРТ
2. Нобеямский радиогелиограф
3. ATA
