Радиоастрономия на Земле и в космосе
статья по астрономии на тему

Радиоастрономия на Земле и в космосе.

Радиоастрономия — это раздел астрономии, изучающий космические объекты путем исследования их электромагнитного излучения в радиодиапазоне (в диапазоне длин волн от нескольких долей мм и больше). Начало радиоастрономии было положено радиоинженером Карлом Янским в 1931 году.

Как и в случае многих научных открытий здесь сработала случайность. Занимаясь исследованием грозовых помех в дальней радиосвязи с помощью созданной им прямоугольной радиоантенны, Янский обнаружил постоянный фон радиопомех неизвестного происхождения. Исследуя это явление Янский выяснил, что источником пойманного сигнала является центральная часть нашей Галактики. Тем самым было установлено, что изучение космического пространства возможно не только в оптическом диапазоне, и что радиотелескоп позволяет исследовать Вселенную в таких подробностях, которые недостижимы для традиционной астрономии.

Первый радиотелескоп привычной нам поворотной параболической конструкции (именно эта конструкция обеспечивает приемлемую чувствительность, достаточно острую диаграмму направленности и легкость ориентации в различных направлениях) был построен в 1937 году американским энтузиастом-радиолюбителем Гроутом Ребером. Диаметр его параболической антенны составлял порядка 9 метров. С этого момента началось бурное развитие радиастрономии.

Наземные радиотелескопы используют имеющееся в земной атмосфере «окно прозрачности» для радиоволн с длиной волны от 1 мм до 30 м. При этом в отличие от оптических телескопов, которые крайне чувствительны к состоянию атмосферы, и требуют, чтобы телескоп работал в сухой высокогорной малонаселенной местности, на работу радиотелескопов атмосфера влияния не оказывает Это значительно упрощает задачу выбора места установки астрономического радиоинструмента.

Другим отличием радиотелескопа от его оптического коллеги является низкая разрешающая способность. Лучшие оптические телескопы дают разрешение порядка 0,02 угловых секунд, тогда как средний отдельно стоящий радиотелескоп имеет разрешение порядка 3 угловых минут. Таким образом, отдельный радиотелескоп оказывается не способен различить объекты (источники радиосигнала) находящиеся в пределах его диаграммы направленности, равно как и определить координаты приходящего сигнала с достаточной точностью.

Низкая разрешающая способность параболической антенны обучловлена ее довольно широкой диаграммой направлености, ширина которой зависит от отношения используемой длины волны к диаметру тарелки. Таким образом, повышение точности в радиодиапазоне может достигаться увеличением размеров телескопа. Эти размеры ограничены лишь возможностями создания крупных инженерных конструкций, обладающих должными прочностными характеристиками, способностью противостоять деформациям от собственного веса и ветровым нагрузкам. В настоящее время наибольший полноповоротный радиотелескоп имеет диаметр антенны 150 метров. Наибольший телескоп с неподвижной тарелкой имеет диаметр 300 метров (регулировка направления обзора такого прибора возможна только в ограниченном диапазоне углов за счет перемещения приемника).

Дальнейшее увеличение разрешения радиотелескопов может достигаться уже не за счет  увеличения размеров конструкций, а за счет объединения сигналов от нескольких расположенных на каком-то удалении друг от друга антенн. Этот прием носит названием «синтеза апертуры» - из нескольких независимых антенн фактически формируется (синтезируется) зеркало большого диаметра. Разрешение такого объединенного прибора характеризуется расстоянием между отдельными антеннами (длиной базы).

Такие объединения телескопов получили название многоантенных радиоинтерферометров, а их разрешение составляет порядка одной угловой секунды, то есть, сопоставимо с разрешением оптических телескопов. Самая известная подобная система - «Very Large Array» - функционирует с 1980 года в США и включает 27 антенн диаметром 25 метров , способных удаляться друг от друга на расстояние до 21 км.

Следующий шаг в этом направлении — радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой. Здесь расстояние между наземными антеннами может доходить до 12000 км и ограничено уже размерами самого земного шара. При этом разрешение такого комплекса достигает 0,00008 угловых секунд, то есть на несколько порядков выше чем у крупных оптических телескопов.

Следующий логический шаг в этом направлении -перенос радиоинструментов в космос. Космический радиотелескоп «Радиоастрон» запущен на околоземную орбиту на аппарате «Спектр-Р»в 2011 году. Этот телескоп работает в совокупности с наземными антеннами, находящимися в разных странах, что обеспечивает длину интрферометрической базы порядка 300 тысяч километров. Этот комплекс обеспечивает разрешение в несколько угловых микросекунд.

И наконец несколько слов о достижениях радиоастрономии. Объектами изучения радиоастрономии сегодня являются практически все космические тела и их комплексы, а также вещество и поля, заполняющие космическое пространство. Лучшие радио-интерферометрические приборы оказались способны в подробностях рассмотреть наиболее мощные источники сигналов во вселенной — ядра галактик и квазары. С помощью радиотелескопов было дано еще одно подтверждение гипотезе существования сверхмассивных черных дыр внутри ядер галактик.