Радиоастрономия. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Радиоастрономия - раздел астрофизики, изучающий радиоизлучение астр. объектов.

Радиоастрономия зародилась в нач. 30-х гг., когда Карл Янский (К. Jansky) исследовал влияние помех на радиотелефонную связь и обнаружил изменение уровня шумов приёмника, коррелирующее с периодом вращения Земли (звёздным временем). Как показали дальнейшие исследования, это было радиоизлучение в центре Галактики. Первая радиокарта неба получена Г. Ребером (G. Reber) в 1940. Становление и дальнейшее развитие Р. связано с послевоен. периодом. Р. существенно расширила возможности астр. исследований, увеличив диапазон регистрируемых частот эл--магн. излучения.

Радиотелескопы обладают высокой чувствительностью и разрешающей силой (по углу, частоте и времени). Это позволяет получать изображения объектов более высокого качества, чем в оптич. диапазоне, изучать быстроперем. процессы в космич. источниках.

Диапазон наземных радиоастр. наблюдений (длины волн от неск. миллиметров до ! 30 м) определяется прозрачностью атмосферы Земли. КВ-граница диапазона обусловлена поглощением молекул атмосферы, ДВ-граница - отражением и поглощением космич. радиоизлучения в ионосфере. На миллиметровых волнах становится существенным собств. излучение Земли и атмосферы, а на метровых - космич. (фоновое) радиоизлучение неба, к-рое имеет необычайно высокую яркость и растёт с увеличением длины волны (см. Фоновое космическое излучение ).Для снижения влияния фонового радиоизлучения при регистрации сигналов от дискретных космич. радиоисточников применяются спец. методы приёма сигналов: радиоинтерференционный, диаграммной и частотной модуляции и др. (см. Радиотелескоп).

Непосредственно измеряемая величина в Р.- приращение шумовой температуры Т_а антенны радиотелескопа (

) при наведении её на исследуемый объект. Исследуемая величина - плотность потока радиоизлучения объекта

где W - его угл. размер, T_b, - яркостная температура, l - длина волны принимаемого сигнала. Приращение

где

- эфф. площадь антенны радиотелескопа. Для компактных источников, угл. размеры к-рых меньше диаграммы направленности антенны

. Для протяжённых источников

. Величина F может быть измерена путём определения DT_a и А_э (абс. метод) либо по измерениям источника с известной плотностью потока (F₀), F ⁼= (относит. метод). Точность измерений в Р. определяется полосой регистрации сигнала Df, временем его накопления т и шумовой температурой системы

и равна - 10 мкК по температуре и неск. мкЯн по плотности потока (1 Ян = 10^-26Вт·м^-2·Гц^-1). Угл. разрешение радиотелескопа (-l/D, где D - размер апертуры) весьма невелико из-за большой длины волны радиоизлучения и, как правило, не превышает разрешения невооружённого глаза (~1'). Для увеличения угл. разрешения используют радиоинтерферометры и системы апертурного синтеза. На основе крупных радиотелескопов создана глобальная радионнтерфе-ренц. сеть (разрешение выше одной мс дуги). Радиоастр. измерения благодаря гетеродинированию (см. Радиоприёмные устройства)позволяют проводить анализ сигналов на низких (промежуточных) частотах, что обеспечивает универсальность спектроанализаторов и высокое разрешение по частоте, вплоть до 1 Гц (если в этом есть необходимость). Спец. методы обработки на ЭВМ позволяют анализировать сигналы космич. радиоизлучения, предварительно записанные на магн. ленты, выделять в шумах искомый образ наблюдаемого объекта.

Наблюдаемое радиоизлучение космич. объектов определяется механизмом излучения, условиями генерации и распространения радиоволн, энергией излучающих частиц и магн. поля. Непрерывное излучение космич. источников обусловлено синхротронным и тепловым механизмами (см. Синхротронное излучение, Тепловое излучение). Излучение в узких радиолиниях связано с переходами между уровнями энергии атомов и молекул. В ряде случаев наблюдается мазерное усиление линий (см. Мазерный эффект ).Одним из первых объектов исследования радиоастр. методами было Солнце .Источником мощного радиоизлучения на метровых волнах является корона Солнца, её яркостная темп-pa ~ 10⁶ К, а эфф. угл. размер превышает 1°. Мощное радиоизлучение генерируется в радиопятнах - активных областях. Повышение чувствительности радиотелескопов позволило измерить температуры планет. Напр., температура поверхности Венеры оказалась равной !600 К, что в последующем было подтверждено прямыми измерениями с помощью космич. аппаратов. Предметом исследований является и межпланетная среда ,она же - и "инструмент" с высоким угл. разрешением (см. Мерцаний метод). Галактика содержит большое число мощных источников синхротронного радиоизлучения - остатков вспышек сверхновых звёзд, в их оболочках находятся электроны высоких энергий, к-рые излучают в магн. поле. К источникам этого типа относятся, напр., Крабовидная туманность и Кассиопея А. При взрывах нек-рых сверхновых сбрасывается оболочка звезды, а оставшаяся часть сжимается и превращается в нейтронную звезду - пульсар - источник импульсного излучения. В газопылевых комплексах протекают процессы формирования звёзд и планетных систем (см. Звездообразование), сопровождающиеся мощным ма-зерным излучением в линиях водяного пара (l = = 1,35 см) и гидроксила (l = 18 см). Ионизованный газ и пыль являются источниками теплового радиоизлучения. Межзвёздная среда заполнена релятивистскими частицами, к-рые создают фоновое синхротронное излучение, усиливающееся к плоскости Галактики. В межзвёздной среде возникают атомарные и молекулярные спектральные линии (в частности, радиолиния водорода 21 см). Во мн. случаях эти линии связаны с холодным газом и могут наблюдаться только в радиодиапазоне. Др. галактики также являются источниками радиоизлучения, но в связи с их большой удалённостью регистрируется радиоизлучение лишь наиб. мощных из них. Это - квазары, радиогалактики, лацертиды (см. Объекты с активными ядрами, Ядра галактик). Вселенная в целом - источник изотропного сантиметрового и миллиметрового радиоизлучений с температурой ок. 2,7 К - реликтом ранних стадий её эволюции (см. Микроволновое фоновое излучение).

Литература по радиоастрономии

Знаете ли Вы, что релятивистское объяснение феномену CMB (космическому микроволновому излучению) придумал человек выдающейся фантазии Иосиф Шкловский (помните книжку миллионного тиража "Вселенная, жизнь, разум"?). Он выдвинул совершенно абсурдную идею, заключавшуюся в том, что это есть "реликтовое" излучение, оставшееся после "Большого Взрыва", то есть от момента "рождения" Вселенной. Хотя из простой логики следует, что Вселенная есть всё, а значит, у нее нет ни начала, ни конца... Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.