Эссе в рамках проекта «Открытое образование»

Радиоастрономия

Учитывая тот факт, что мы получаем 95% информации в видимом спектре излучения, появление радиоастрономии довольно недавно совершенно объяснимо (для меня так вообще открытие, несмотря на то, что я застала астрономию в школе). Зато этот поздний ребенок, в отличие от оптической астрономии, развивался настолько быстро, что за 80 лет уже выглядит фантастически и имеет ещё более блестящие перспективы.

Радиоастрономия - это раздел астрофизики, изучающий различные космические объекты методом исследования их электро-магнитного излучения в диапазоне радиоволн (от миллиметровых до километровых)

Астрофизики вообще в настоящий момент способны наблюдать диапазон электоро-магнитного излучения от 10^-25 («космические лучи»)  до 10¹⁵ (гравитационные волны) метров.

Началом развития радиоастрономии считаются тридцатые года двадцатого столетия, когда американский радиоинженер Карл Янский, работая на телефонную компанию, обнаружил с помощью самостоятельно сконструированой антенны, наряду с помехами атмосферного происхождения, радиосигналы, связанные со звездными сутками, и пришел к выводу об их космическом происхождении.

Заинтересовавшийся работами Янского американский  инженер-радиолюбитель Гроут  Ребер, в 1937 году самостоятельно изготовил первый радиотелескоп. Его телескоп содержал все элементы, присущие современным радителескопам: поворотный механизм, параболический концентратор и приемник сигналов.  С помощью него Гроут Ребер составил карту «радионеба» и опубликовал её не в инженерном, а в астрономическом журнале, дав, тем самым, старт новой науке радиоастрономии.

Вторая мировая война ускорила развитие радиофизики и радиотехники. Начиная с 50-х годов 20-го века началось бурное развитие радиоастрономии.

         На сегодняшний момент радиастрономия решает две важнейшие задачи. Первая – это «радиоухо» для космических аппаратов. А вторая задача - это поиск новых космических объектов путём исследования их электромагнитного излучения в диапазоне радиоволн.

Радиоастрономия сегодня.

Радиотелескопы не получают изображение, как в оптике а дают достаточно размытую картину мощности излучения из определённой точки космического пространства. Разрешающая способность радиотелескопов и угол обзора космического пространства зависит напрямую от диаметра апертуры(чаши). Сегодня работает целый ряд радиотелескопов с гигантскими параболическими чашами антенн. Одними из первых были радиотелескоп в России(г.Калязин) и Австралии(г.Паркс), у них диаметр чаши составляет 64 метра.

         Крупнейшие полноповоротные антенны на сегодняшний день существуют в Германии(Боннский радиотелескоп) и США(Гринбэнк). Диаметр их-100 метров.

         Вес антенны ограничивает её подвижность, и следующим по размерам и чувствительности стал телескоп с неподвижной чашей и наоборот, подвижным приёмником. Диаметр чаши составляет 305 метров, и находится он в Пуэрто-Рико, г.Аресибо (принадлежит США).

Идя по пути увеличения диаметра, сейчас существуют, так называемые, неполные концентраторы. У нас построен ещё в советский период на Кавказе радиотелескоп РАТАН 600. Чаша в нём представлена ободом из поворотных алюминиевых пластин, и диаметр её составляет 600 метров. Симбиозом советской и американской антенн можно считать китайский радиотелескоп, у которого чаша в 500 метров заполнена, но пластины в ней поворотные.

Погоня за чёткостью изображения и увеличения площади обзора неба привела к идее собрать из нескольких радиотелескопов радиоинтерферометр, когда радиосигнал складывается от нескольких радиотелескопов. Такая идея широко реализована сегодня.  Так в Австралии построена система апертурного синтеза, состоящая из 6-ти антенн диаметром 25 метров, разъезжающиеся друг от друга по рельсам на 3 км. В США имеется система VLA, содержащая уже 27 антенн того же диаметра с дистанцией разбега 22,4км. А в Индии построен радиоинтерферометр из 30 телескопов, диаметр каждого – 45 метров.

Попытки развести части радиоинтерферометра как можно дальше друг от друга вылилась в РСДБ(Радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами). Это вид интерферометрии, где приёмные элементы интерферометра располагаются не ближе, чем на континентальных расстояниях друг от друга. Работают они независимо друг от друга, записывая также «метки времени», а затем полученные от них данные одномоментно включают и получают интерференцию сигнала на корреляторе. В 2013году начал функционировать в чилийской Атакаме комплекс ALMAТ. Телескоп предназначен для изучения процессов, происходивших на протяжении первых сотен миллионов лет после Большого Взрыва, когда формировалось первое поколение звёзд. С его помощью планируется получить новые данные, объясняющие механизмы эволюции Вселенной. Он состоит из 66 антенн размером 7 и 12метров, и работает в коротковолновом радиодиапазоне.

Радиоастрономия в космосе.

Радиоастрономия, естественно, шагнула в космос, хотя космические радиотелескопы требуют более широкой инфраструктуры, чем наземные, необходимы радиотелескопы не только в космосе, но и на Земле. В космосе уже работают оптические телескопы, самый знаменитый из которых Хаббл, вообще телескопы в самых разных диапазонах электромагнитного излучения, а для радиотелескопов реализован  российский проект «Радиоастрон», уже даюший  научные результаты. Телескоп установлен на космическом аппарате «Спектр-Р», летающий по сильно вытянутой орбите, так что земные помехи для него несущественны. Этот радиотелескоп в совокупности с наземными антеннами, находящимися в различных странах, работает как интерферометр со сверхдлинной базой. Этот проект реализует уникальные задачи. Это изучение компактных радиоисточников в центре галактик, где находятся сверхмассивные черные дыры, а также это наблюдение радиоизлучающих нейтронных звезд. Проект использует наземные телескопы на различных континентах.

Родиоастрономия на Луне.

Она пока ещё относится к перспективам радиоастрономии. Наш спутник очень удобен для размещения радиотелескопов. На её обратной стороне нет радиопомех с Земли. На Луне отсутствует атмосфера, магнитное поле, меньшая сила тяжести, она  медленно вращается, что дает возможность расположить на Луне телескопы разных диапазонов спектра,  таких как рентген-, гамма- излучения, ультрафиолет, и радиодиапазоны, в которых не проводятся наблюдения с Земли, а также создать радиоинтерферометр, где другие радиотелескопы будут располагаться в космосе и на Земле,  а это огромные расстояния. Это даст возможность прямых наблюдений планетных систем других звезд и деталей ядер галактик.

            Перспективы радиоастрономии.

Прежде чем продолжить, хочу предупредить, что для меня, как гуманитария с высшим медицинским образованием, этот курс стал «культурным шоком». Поэтомы мои рассуждения о перспективах будут более чем дилетантскими. Именно в связи с этим, достаточно много места в своем эссе я уделила базисным понятиям радиоастрономии, деляя это больше для себя, структурируя информацию в своей голове.

Тем не менее, опираясь на всё вышеизложенное можно предположить, что направления развития радиоастрономии будут связаны с развитием систем апертурного синтеза всё большего размера. В масштабах Земли таким примером может служить международный (20 стран) проект SKA, предусматривающий создание интерферометра из многих тысяч антенн в Австралии и Южной Африке с суммарной площадью 1 кв км, что гарантирует рекордную чувствительность и возможность наблюдать в десятки раз более слабые радиоисточники. В масштабах космоса – это уже упомянутый «Радиоастрон».

         Помимо наращения мускулов, так сказать, аппаратурой, существуют и перспективы в объектах изучения радиоастрономией.

Интересным направлением может быть развитие космической радиоспектроскопии, что позволит открыть в космосе органические молекулы. Или, к примеру, изучение с помощью радиотелескопов межзвездной среды, контакты (простите за банальность) с другими цивилизациями.

Радиоастрономия – молодая, перспективная и крайне захватывающая наука, расширяющая горизонты научного познания и человеческих возможностей.

Ольга Муромская                          08.10.2016