1.3Ионосфера

Как известно, ионосфера пропускаетдалеко не весь спектр излучения космических объектов.

Ионосфера- верхняя(60км-150км) часть атмосферы земли, состоящая из смеси газов(в основном, азота и кислорода) и плазмы с примерно равным количеством электронов и протонов.

Ионосфера пропускает, а если выразится точнее, слабо поглощает излучение только нескольких типов./1/

Таблица 1

Пропускание некоторых длин волн через земную ионосферу

Как видно из Таблицы 1ионосфера пропускает не все длины радиоволн(некоторые длины ионосфера отражает, а некоторые поглощает), что и создает проблему для изучения большинства длин радиоволн с Земли, в видукрайней сложности принять эти длины с земных станции.

1.4Диаграмма направленности

Диаграмма направленности- графическое представление зависимости коэффициента усиления антенны от выбранного направления.

Исследование ДН небольших антенн производят в безэховых камерах(комнатах, где не происходит отражения от стен). Для антенн, не помещающихся в камеру, изготавливают их уменьшенные модели и уменьшают длину излучения во столько же раз, во сколько была уменьшен масштаб антенны.

Для построения диаграммы направленности выбирается яркий точечный источник на небе (зачастую - Солнце). Далее проводится серия наблюдений под разными углами, позволяющая построить распределение интенсивности в зависимости от направления, то есть искомую диаграмму направленности.

Рис.1 Изображение диаграммы направленности

2.Исследование космического излучения с поверхности Земли

2.1 Радиотелескопия

Радиотелескоп – инструмент для приема собственного радиоизлучения небесных объектов и исследования их характеристик, таких как: координаты, пространственная структура, интенсивность излучения, спектр и поляризация.

Простейший радиотелескоп состоит из двух основным компонентов: антенны и радиометра, который получает и усиливает принятый с антеннысигнал и передает его на регистрирующий самописец.

Радиотелескоп не может получать непосредственно изображение источника, однако, суть его работы в том, что он составляет карту энергии излучения источника сигнала. Радиотелескоп может промерить или просмотреть только ту область, в которой лежит главный лепесток диаграммы направленности.

Рис.2 Направление главного лепестка диаграммы направленности

Следовательно, чтобы измерить излучение протяженного источника, нужно промерить источник в каждой его точке.

Угловое разрешение: 1' (одна угловая минута, около 0,02°) соответствует площадке размером 29 см, различимой с расстояния в 1 км или одной печатной точке текста на расстоянии 1 м.

Ввиду дифракции радиоволн на апертуре телескопа, измерение направления на точечный источник происходит с некоторой ошибкой, которая определяется диаграммой направленности антенны и накладывает фундаментальное ограничение на разрешающую способность инструмента

(2.1)

Где- длина волны

D - длина апертуры телескопа

Высокая разрешающая способность телескопа позволяет различать более мелкие объекты. К примеру, телескоп с низкой разрешающей способностью будет видеть двою звезду как точечный источник. Как видно из формулы 2.1 увеличение разрешающей способности радиотелескопа возможно путем уменьшения длины волны или увеличением длины апертуры. Соответственно, если мы хотим изучить длинноволновое излучение, то длину волны мы уменьшать не может и нам придется увеличивать длину апертуры. Также увеличение длины апертуры увеличивает еще одну важную характеристику телескопа-чувствительность, что позволяет радиотелескопу обнаруживать более слабые источники радиоизлучения.

, (2.2)

где P-мощность собственных шумов радиотелескопа,

S -эффективная площадь (собирающая поверхность) антенны,

- полоса частот,

t – время накопления сигналов.

Для повышения чувствительности радиотелескопов увеличивают их собирающую поверхность и применяют малошумящие приёмники и усилители на основе мазеров, параметрических усилителей.

Но за увеличением длины апертуры стоит одна проблема, а именно сложность обслуживание и ненадежность таких больших антенн, из-за деформаций конструкции под собственным весом и ветровых нагрузок практически невозможно создать полноповоротный параболический(наиболее распространенный тип радиотелескопов) телескоп диаметром более 150 м. Самая большая на текущий момент полноповоротная антенна имеет размеры 100x110 метров и находится в США(Зеркало размером 100х110 м было построено после того, как в 1988 г под собственным весом обрушилась 90 м полноповоротная антенна).

Однако, антенну можно сделать неподвижной, а направление главного лепестка диаграммы направленности менять с помощью передвижных облучателей.

Рис.3 Схематичное изображение антенны с облучателем

Самый большой неповоротный радиотелескоп расположен в Пуэрто-Рико, и выглядит он вот так.

Рис.4 Обсерватория Аресибо

Над сферической чашей на тросах висит конструкция в 800 т. По периметру зеркало окружено металлической сеткой, которая защищает телескоп от техногенного радиоизлучения. Диаметр антенны составляет 305 метров. Антенна расположена в естественной низине с целью снижения техногенных помех./3/

Недостатком данного телескопа является невозможность его направления на угол меньше 20 градусов по отношению к зениту.

Это предел возможностей увеличения длины апертуры для одиночного радиотелескопа, и поэтому учеными в 1950г. была выдвинута идея увеличения апертуры путем объединения радиотелескопов в сеть.