Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Методи астрономічних спостережень

Скачати 172.96 Kb.

Методи астрономічних спостережень




Скачати 172.96 Kb.
Сторінка2/2
Дата конвертації22.03.2017
Розмір172.96 Kb.
1   2

Радіотелескопи та радіоінтерферометри.

В 1931 році американський радіоінженер Карл Янський, вивчаючи атмосферні радіоперешкоди виявив постійний радіошум.

Карл Янський (англ. Karl Guthe Jansky; 22 жовтня 1905, Норман, Оклахома, США - 14 лютого 1950, Ред Банк, Нью-Джерсі, США) - американський фізик і радіоінженер, основоположник радіоастрономії.

На той момент учений точно не міг пояснити його походження і ототожнив його джерело з Молочним Шляхом, а саме з його центральною частиною, де знаходиться центр галактики.

Центр галактики - порівняно невелика область в центрі нашої Галактики, радіус якої становить близько 1000 парсек і властивості якої різко відрізняються від властивостей інших її частин. Образно кажучи, галактичний центр - це космічна «лабораторія», в якій і зараз відбуваються процеси зореутворення і в якій розміщено ядро, яке колись дало початок конденсації нашої зоряної системи.

На початку 1940-х роботи Янського були продовжені і посприяли розвитку радіоастрономії.

Радіотелескоп схожий з оптичним за принципом дії. Він дозволяє вивчати електромагнітне випромінювання астрономічних об'єктів в діапазоні частот від десятків МГц до десятків ГГц. Випромінювання збирається і фокусується на детекторі, налаштованому на вибрану довжину хвилі. Потім сигнал перетвориться, внаслідок чого виходить умовно розфарбоване зображення неба або об'єкту. У радіоастрономії використовуються такі типи антен, як дипольні антени, параболічні рефлектори, радіоінтерферометри.

Найточнішими в роботі є повноповоротні параболічні антени. У разі їх застосування чутливість телескопа посилюється за рахунок того, що таку антену можна направити в будь-яку точку неба, накопичуючи сигнал від радіоджерела. Подібний телескоп виділяє сигнали космічних джерел на тлі різноманітних шумів.



Найбільша у світі параболічна антена, встановлена у кратері згаслого вулкана Аресібо на острові Пуерто-Ріко, має діаметр 305 м. Нерухома антена, спрямовано в зеніт, не дозволяє приймати радіосигнал з будь-якої точки неба, але завдяки добовому обертанню Землі і можливості зміщувати опромінювач більша частина небесної сфери доступна для спостережень.

Небе́сна сфе́ра - уявна сфера, що оточує Землю, на якій, як здається, лежать небесні тіла. Розташування небесних тіл, таких як зірки, планети і галактики, визначається за їх координатами на небесній сфері.

Радіотелескоп Аресібо, а також радіотелескопи в Голдстоуні (США) та Євпаторії обладнані радіопередавачами. Тому ці радіотелескопи використовуються також для радіолокації планет, їхніх супутників та радіопослань позаземним цивілізаціям. Шість разів людство посилало радіопослання інопланетянам. Вперше це трапилося в Євпаторійському центрі дальнього космічного зв’язку в 1962 році. Тоді в космос пішли всього три слова: “Мир, Лєнін, СРСР”. Цей короткий лист, як і наступні, більш інформативні тексти, залишився без відповіді. Однак з того часу столицею міжпланетних контактів вважається саме місто Євпаторія на Кримському півострові.

Кри́мський піво́стрів, Крим, також Таврія (крим. Qırım yarımadası, Qırım, Къырым ярымадасы, рос. Крымский полуостров, Крым) - півострів, розташований на півдні України, у межах Автономної Республіки Крим, Севастополя та частково півдня Херсонської області (північ Арабатської стрілки).

В послані «Космічний поклик», відправленому 6 липня 2003 р., крім наукової частини, в якій йдеться про принципи існування життя на нашій планеті, у посланні зашифровано понад 100 тис. листів від простих землян. В них люди закликають мешканців позаземних світів дружити, обмінюватися досвідом і допомагати одне одному. Проте якщо відповідь з глибин космосу і надійде, її навряд чи зможуть прочитати автори цих повідомлень. Сигнал “Космічний поклик” йтиме до найближчої від Землі зорі 32 роки. І стільки ж часу потрібно очікувати на відповідь. Сигнал було відправлено за п’ятьма адресами: в сузір’я Рака, Касіопеї, Андромеди, Великої Ведмедиці й Оріона. Ці сузір’я обрані тому, що в них є зорі дуже схожі на наше Сонце. Вчені вважають, що там вірогідне життя, а значить, поклик землян хтось все-таки зможе почути.

Використовуючи відоме у фізиці явище інтерференції, дослідники розробили методи радіоінтерферометричних спостережень з використанням двох різних приймачів. Об’єднуючи декілька радіотелескопів, будують так звані радіоінтерферометри (РІ). На сьогодні найвідомішим РІ є введений у дію 1980 р. радіотелескоп VLA (“Very Large Array” – “Дуже велика ґратка»), який встановлено в пустельній місцевості штату Нью-Мексико, США. Цей радіотелескоп складається з 27 повноповоротних 25-метрових параболічних антен, розміщених у формі літери Y з довжиною двох плечей по 21 км , а третього -19 км. VLA по чутливості відповідає антені діаметром 136 кілометрів і по кутовій роздільній здатності перевершує кращі оптичні системи. Невипадково саме VLA використовувалася при пошуку води на Меркурії, радіо-корон навколо зір та інших явищ.

В Україні створено найбільші радіоастрономічні системи декаметрових хвиль, унікальні за своєю чутливістю і роздільною просторовою здатністю — радіотелескоп УТР-2 (український Т-подібний радіотелескоп, друга модель) і радіоінтерферометри УРАН (Український радіоінтерферометр Академії Наук). З їх допомогою одержано результати світового рівня: складено перший каталог космічних джерел декаметрового випромінювання (понад 4000 дискретних об'єктів), вивчено особливості незбуреного і спорадичного радіовипромінювання Сонця, виявлено інтерімпульси у випромінюванні пульсарів і ряд нових закономірностей у розподілі радіояскравості протяжних утворень.

Грандіозний УТР-2, що не має аналогів, був запущений 1972 року в районі села Гракове Зміївського району Харківської області і досі залишається найчутливішим радіотелескопом декаметрового діапазону у світі.

Змі́ївський райо́н - адміністративно-територіальна одиниця у центрі Харківської області з центром у місті Зміїв. Район було створено у 1923 році рішенням Постанови ВУЦВК від 7 березня. Загальна площа району - 1364,65 кв.

Ха́рківська о́бласть - область у Слобідській Україні в межах Придніпровської низовини і Середньоруської височини.

Створення радіоінтерферометричної системи УРАН із чотирьох декаметрових радіоінтерферометрів, розміщених у Змієві, під Полтавою, під Одесою й під Львовом забезпечило рекордне розділення об’єктів на небесній сфері в одну кутову секунду, тобто таке саме, як в оптичних телескопів. Значним науковим досягненням стало виявлення у космічному випромінюванні першої гранично низькочастотної спектральної лінії збуджених атомів вуглецю, що відкрило нові можливості у діагностиці міжзоряного середовища.

Кутова́ секу́нда (англ. Arcsecond) - одиниця виміру плоских та двогранних кутів, дорівнює 1/3600 градуса або 1/60 мінути; позначається знаком ″ (подвійний вертикальний штрих).

Спектральна лінія - світла або темна вузька смуга в оптичному спектрі, пов'язана з надлишком або відсутністю фотонів з відповідною частотою.

Міжзоряне середовище - речовина і поля, що заповнюють простір між зоряними системами всередині галактик. Понад 90% міжзоряної речовини складає міжзоряний газ (у молекулярній, атомній або іонізованій формі).

В даний час перспективи використання радіотелескопів полягають в тому, щоб налагодити зв'язок між антенами, що знаходяться в різних країнах і навіть на різних континентах. Подібні системи називаються радіоінтерферометрами з наддовгою базою (РЗДБ). Мережа з 18 телескопів була використана в 2004 році для спостереження за посадкою апарату «Гюйгенс» на Титан, супутник Сатурна. Ведеться проектування системи ALMA, що складається з 64 антен. Перспектива на майбутнє - запуск антен інтерферометра в космос.



  1. Орбітальні телескопи.

У 1946 році, американський астрофізик Лаймен Спітцер опублікував статтю «Астрономічні переваги позаземної обсерваторії» (англ. Astronomical advantages of an extra-terrestrial observatory). У статті відмічено дві головні переваги такого телескопа: по-перше, його кутова роздільна здатність буде обмежена лише дифракцією, а не турбулентними потоками в атмосфері; по-друге, космічний телескоп міг би вести спостереження в інфрачервоному ультрафіолетовому, рентгенівському та гамма діапазонах, в яких випромінювання поглинається земною атмосферою.

Космічна астрономія стала розвиватися після Другої світової війни.

Лайман Спітцер (англ. Lyman Strong Spitzer, Jr.; 26 червня 1914(19140626) - 31 березня 1997) - американський астроном і фізик, член Національної АН США (1952).

Атмосфе́ра Землі́ (від грец. άτμός - пара і σφαῖρα - куля) - атмосфера планети Земля, одна з геосфер, суміш газів, що оточують Землю, та утримуються завдяки силі тяжіння. Атмосфера в основному складається з азоту (N2, 78,08 % об.)

Дру́га світова́ війна́ - наймасштабніша світова війна в історії людства. Почалася 1 вересня 1939 і тривала 2 194 дні до 2 вересня 1945, коли на борту лінкора «Міссурі» підписано капітуляцію Японської імперії перед союзними державами.

У 1946 році вперше був отриманий ультрафіолетовий спектр Сонця. У другій же половині ХХ ст. здійснилися слова Костянтина Ціолковського: «Лише з моменту застосування реактивних приладів розпочнеться нова велика ера в астрономії: ера уважного вивчення неба».

Костянтин Едуардович Ціолковський (нар. 5 (17) вересня 1857(18570917) - пом.19 вересня 1935) - радянський вчений-теоретик польського походження, є одним із засновників ракетобудування та сучасної космонавтики, педагог, письменник.

В жовтні 1959 р. землянам вперше вдалося побачити зображення зворотнього боку Місяця («Луна-3», СРСР).

В 1962 р. Великобританією був запущений орбітальний телескоп «Аріель» для досліджень Сонця. В 1966 р. НАСА запустила в космос першу орбітальну обсерваторію OAO-1 (англ. Orbiting Astronomical Observatory). Місія не увінчалася успіхом, через відмову акумуляторів через три дні після старту. У 1968 році була запущена OAO-2, яка проводила спостереження ультрафіолетового випромінювання зір і галактик аж до 1972 року, значно перевищивши розрахунковий термін експлуатації в 1 рік.

В 1967 р. американська космічна обсерваторія ОSO-3 виявила гамма-випромінювання нашої Галактики, а в 1975-1982 рр. європейський супутник COS–B склав першу гамма-променеву карту Молочного Шляху. Протягом 70-80 років ХХ ст. на навколоземній орбіті працювало кілька десятків штучних супутників Землі та орбітальних космічних станцій, що використовувались для проведення астрономічних досліджень у різних спектральних діапазонах.

У Вікіпедії є статті про інші значення цього терміна. Докладніше - на сторінці Мир (значення).

Експлуатація - використання. Використовувати можна що завгодно - знаряддя праці, людей, чи корисні копалини.

Космічна обсерваторія - космічний апарат для дистанційного дослідження астрономічних тіл та явищ. Більшість космічних обсерваторій це телескопи котрі працюють в різноманітних діапазонах електромагнітних хвиль, є проекти з вивчення гравітаційних хвиль.

Ультрафіолетове випромінювання (від лат. ultra - «за межами»), скорочено УФ-випромінювання або ультрафіолет - невидиме оком людини електромагнітне випромінювання, що посідає спектральну область між видимим і рентгенівським випромінюваннями в межах довжин хвиль 400-10 нм.

Штучний супутник Шту́чний супу́тник - об'єкт, поміщений на орбіту Землі чи іншого небесного тіла зусиллям людини. Інколи називається просто супутник, однак в такому випадку слід відрізняти від природних супутників, таких як Місяць.

Місії OAO та OSO наочною продемонстрували можливості орбітальних телескопів. Тому НАСА в 70-90 рр. спроектувала та побудувала чотири великі космічні обсерваторії, кожна з яких досліджувала Всесвіт у певній області спектра. З найбільшим інфрачервоним телескопом «Спітцер» ви познайомились на четвертій сторінці нашого журналу.

Першою ж великою обсерваторією для спостережень в видимому та ближньому ультрафіолетовому діапазонах став космічний телескоп «Габбл», запущений на навколоземну орбіту космічним шаттлом «Дискавері» в квітні 1990 р.

За 18 років роботи на навколоземній орбіті «Габбл» отримав понад 700 тисяч зображень 22 тисяч небесних об'єктів — зір, туманностей, галактик, планет.



Другою великою космічною обсерваторією стала гамма-обсерваторія ім. Комптона, названа в честь Нобелівського лауреата з фізики Артура Компотна. Запущена 5 квітня 1991 р. на борту космічного човника «Атлантис». З її допомогою вперше проводився огляд всього неба в гамма-променях, а також спостереження Сонця, квазарів, пульсарів, наднових зір, чорних дір. За десять років роботи обсерваторія «Комптон» виявила більше 400 джерел космічного гамма-випромінювання, в 10 разів більше, ніж було відомо до його запуску. Вона також зареєструвала більше 2,5 тис. гамма-спалахів, тоді як раніше було зафіксовано тільки біля 300.

Третя велика космічна обсерваторія для дослідження Всесвіту в рентгенівському діапазоні була виведена на орбіту в 1999 р. Інформація, отримана цією орбітальною обсерваторією, свідчить що у Всесвіті існує не менше 300 млн. чорних дір. «Чандра» вперше зафіксував процес руйнації звичайної зорі, яка дуже близько підійшла до чорної діри.

Чорна діра - астрофізичний об'єкт, який створює настільки потужну силу тяжіння, що жодні, як завгодно швидкі частинки, не можуть покинути його поверхню, а також світло. Термін запровадив Джон Арчибальд Вілер наприкінці 1967 року.

А в 2004 році він вперше зареєстрував потужні рентгенівські джерела, які можуть бути чорними дірами нового типу з масою в кілька сотень сонячних. За прогнозами НАСА, «Чандра» пропрацює ще не менше п’ять років і ще не раз здивує астрономів.

Наступним кроком позаатмосферної астрономії може стати реалізація проектів побудови космічних телескопів діаметром до 8 метрів і навіть більшими, а також створення астрономічних обсерваторій на Місяці, які будуть додавати все нові цеглинки в космологічну картину Всесвіту.


  1. Нейтринні телескопи.


Нейтринний телескоп - це детектор нейтрино, в деяких випадках здатний вимірювати напрямок, звідки це нейтрино прилетіло (і точність тут зовсім не астрономічні - у кращому випадку градус). Зараз діє декілька нейтринних телескопів. Першим був знаменитий хлор-аргоновий детектор Девіса ("Homestake"), що розпочав роботу наприкінці 60-х і вперше зареєстрував нейтрино від позаземного джерела (Сонця

Пізніше, на початку 80-х, заробили ще два детектора, теж радіохімічних (Галій-германієвих) - SAGE (Баксанська нейтринна обсерваторія на Кавказі) і GALLEX (лабораторія Гран-Сассо, Італія), вони також підтвердили існування недоліку сонячних нейтрино.

Нейтринний детектор (англ. Neutrino detector) - це комплекс, збудований для вивчення нейтрино. Через природу слабкої взаємодії, яка притаманна для взаємодії нейтрино з іншими елементарними частинками, розмір детектора має бути дуже великим та спроможним спіймати значну кількість нейтринних частинок.

Радіохімічні детектори вимірюють інтегральний потік нейтрино (зі всіх напрямків) в протягом певного періоду експозиції (близько місяця).

Інші типи нейтринних телескопів дозволяють визначати напрямок і час прильоту нейтрино (водно-черенковських і сцинтиляційні), що, звичайно, з більшим підставою дозволяє їх назвати телескопами, ніж радіохімічні. Найбільш відомі з них:

1.(Супер)Каміоканде представляє собою детектор з 50000 тонн (!) надчистої води, переглядається 13 тисячами фотопомножувачів, все господарство знаходиться шахті під горою Ікена в Японії. На цьому детекторі вперше отримано "Зображення" Сонця як нейтринного джерела. Відкрите (але поки не підтверджено незалежними експериментами) наявність маси у нейтрино.

2. Обсерваторія нейтрино Садбері (SNO). Детектор складається з акрилової "Пляшки" з 1000 т важкої води (D2O), оточеної 7300 т звичайної води. Черенковське випромінювання збирається 9600 фотопомножувачами.

3.AMANDA. Цей телескоп призначений для реєстрації нейтрино високих
енергій. Розташований на Південному полюсі (американська станція Амундсен-Скотт). У лід на глибину кількох кілометрів занурені "струни" з оптичними детекторами.

Всі нейтринні телескопи розташовані глибоко під землею (під водою, під льодом), щоб придушити фон космічних променів.

Черенко́вське випромі́нювання - випромінювання електромагнітних хвиль зарядженою часткою, яка рухається у середовищі зі швидкістю більшою за швидкість розповсюдження світла в цьому середовищі.

Півде́нний по́люс (географічний або земний Південний полюс) - одна з двох точок перетину уявної осі обертання Землі та земної поверхні, де сходяться всі географічні меридіани. Розташовується в Південній півкулі, найпівденніша точка планети, розташована на протилежному від Північного полюса боці планети.

Космі́чні про́мені - заряджені частинки високих енергій з космічного простору. Майже 90% від загальної кількості частинок складають протони, 9% - ядра гелію (альфа-частинки) та близько 1% - електрони (бета-мінус частинки).

Більшість цих детекторів багатофункціональні (служать не тільки для спостереження "астрономічних" нейтрино, але й для суто фізичних завдань - вивчення властивостей нейтрино, пошук розпаду протона, пошук магнітного монополя і т.д.).



До речі, за всю історію нейтринної астрономії були ототожнені лише два "світила" - Сонце і наднова SN1987A.

Дайте письмову відповідь на питання у зошитах!!!

Тестування
1. Телескоп — це такий оптичний прилад, який:

  1. Наближує до нас космічні тіла.

  2. Збільшує космічні світила.

  3. Збільшує кутовий діаметр світила.

  4. Наближує нас до планети.

  5. Приймає радіохвилі.

2. Чому великі астрономічні обсерваторії будують у горах?



  1. Щоб наблизитися до планет.

  2. У горах більша тривалість ночі.

  3. У горах менша хмарність.

  4. У горах більш прозоре повітря.

  5. Щоб збільшити світлові перешкоди.

3. Чи може чорне тіло бути білого кольору?



  1. Не може.

  2. Може, якщо пофарбувати його білою фарбою.

  3. Може, якщо температура тіла наближується до абсолютного нуля.

    Абсолю́тно чо́рне ті́ло - фізична абстракція, що вживається у термодинаміці; тіло, яке цілком поглинає проміння (всіх довжин хвиль), що падає на нього. Не зважаючи на назву, абсолютно чорне тіло може випускати теплове випромінювання.

    Температура тіла - комплексний показник теплового стану організму людини, тварин.



  4. Може, якщо температура тіла нижча ніж 0°С. Д. Може, якщо температура тіла вища ніж 6000 К.

4. У який із цих телескопів можна побачити найбільше зір?



  1. У рефлектор із діаметром об'єктива 5 м.

  2. У рефрактор із діаметром об'єктива 1 м.

  3. У радіотелескоп із діаметром 20 м.

  4. У телескоп зі збільшенням 1000 і з діаметром об'єктива 3 м.

  5. У телескоп із діаметром об'єктива З м та збільшенням 500.

Контрольні питання

  1. Які недоліки телескопів-рефракторів?

  2. Які переваги радіоінтерферометрів над телескопами?

  3. Які властивості мають нейтрино?

  4. Чим пояснюються різноманітні кольори зір?

  5. Чому в телескоп ми бачимо більше зір, ніж неозброєним оком?

  6. Чому спостереження у космосі дають більше інформації, ніж наземні телескопи?

  7. Чому зорі в телескоп видно як яскраві точки, а планети в той самий телескоп — як диски?



Література


  1. Пришляк М.П. Астрономія 11 клас. опрацювати §6
1   2


Скачати 172.96 Kb.

  • Зміївського району Харківської області
  • Орбітальні телескопи. У 1946 році, американський астрофізик Лаймен Спітцер
  • Костянтина Ціолковського
  • Нейтринні телескопи. Нейтринний телескоп
  • Черенковське випромінювання