Любительська астрономія по-справжньому
Але чому все-таки радіоастрономія так сильно приваблює? Та тому, що радіодіапазон електромагнітного спектра величезний в порівнянні, наприклад, з оптичним.
Світлові промені - не єдині вісники далеких космічних світів. Космос пронизаний і іншими видами електромагнітних випромінювань. Це радіохвилі, інфрачервоне, ультрафіолетове, рентгенівське і гамма-випромінювання. Всі ці випромінювання несуть цінну інформацію про фізичні явища у Всесвіті.
Ті космічні об'єкти, які ми спостерігаємо в оптичному діапазоні - Сонце, зірки, планети, галактики, туманності - є джерелами радіовипромінювання. Широта спектра радіодіапазону дає широкі можливості спостереження і вивчення цих об'єктів космосу в різних спектральних лініях. На різних частотах радіодіапазону може бути отримана абсолютно різна, дуже цінна інформація про фізичні процеси, що відбуваються в даному об'єкті.
Радіоастрономія дуже швидко стала незамінним методом вивчення Всесвіту. Справа в тому, що радіохвилі добре проникають крізь міжзоряне середовище, космічний пил і тому приходять до нас з таких районів космосу, звідки видиме світло дійти не може. Завдяки цьому радіотелескопи дозволили астрономам заглянути в найпотаємніші куточки Всесвіту, недоступні оптичним телескопам.
Крім того, джерелами космічного радіовипромінювання, як правило, бувають об'єкти, де відбуваються активні фізичні процеси. А саме такі об'єкти становлять найбільший інтерес для пізнання найглибших закономірностей будови і розвитку матерії у Всесвіті. Не випадково за допомогою радіоастрономії вдалося виявити цілий ряд невідомих раніше космічних об'єктів, в тому числі джерела жахливих енергій - квазари і занадто щільні нейтронні зірки - пульсари.
І ще важливі чинники на користь радіоастрономії: при спостереженнях в діапазоні довжин хвиль від 30м до 1см погода і атмосфера практично на впливає на проходження радіосигналу. Спостереження можна проводити в будь-який час доби. Роздільна здатність наземних оптичних телескопів обмежена турбуленцією атмосфери і становить не набагато більше 1 кут.сек. Радіотелескоп, що працює в режимі РСДБ, може мати дозвіл 0.0001 кут.сек. Також велика широта спектра радіодіапазону збільшує ймовірність прийняти сигнал від інопланетних цивілізацій, чим і займаються радиообсерватории в тому числі і аматорські за програмою SETI.
Завдання вибору радіочастот та принципу роботи радіотелескопу для аматорської радіоастрономії зводилася до вирішення декількох підзадач.
1. Вибір методу прийому і обробки сигналу.
Знаючи, що радіосигнали від космічних радіоджерел набагато слабкіше, ніж загальний радіофон, що складається з природного і штучного радіошуму плюс шум приймальні системи, був обраний двоелементний радіотелескоп-інтерферометр з кореляцією фази. Так як природний шум і шум приймальні системи можуть мати випадковий характер, то шляхом багаторазового усереднення за часом можна звести його до мінімуму на стадії цифрової обробки. Штучний шум буде давитися фільтрами, встановленими відразу після приймального елемента антени.
2. Вибір частотного діапазону.
3. Розмір і складність виготовлення антени.
З огляду на обраний вище частотний діапазон і необхідність мати якомога більш вузьку діаграму спрямованості однієї антени, в системі двоелементною інтерферометра була обрана прямофокусная параболічна антена розміром 1.8м, яка застосовувалася в супутниковому телебаченні до того, як стали широко застосовуватися офсетні антени невеликих діаметрів. Як опромінювача у фокусі антени був встановлений полуволновой диполь, виготовлений з мідних трубок телескопічної антени побутового приймача. Мінімальне використання «очманілих ручок» знову таки в наявності. Береться все готове з дахів сусідських багатоповерхівок, але тільки не використовується і з дозволу. Як МШУ (малошумливий підсилювач) використовується лінійний підсилювач від супутникового ТБ, призначений для компенсації втрат в дуже довгих коаксіальних проводах.
4. Створення програмного забезпечення і АЦП для цифрового введення і обробки сигналів на комп'ютері.
АЦП було створено на основі швидкодіючої USB-мікросхеми, програмне забезпечення створювалося на VC ++.
Чому вдалося з мінімальними витратами і в найкоротші терміни побудувати радіотелескоп тільки зараз?
Та тому, що під час початку розвитку тим по аматорської радіоастрономії на українських сайтах, а це було 8-10 років тому, прямофокусниє параболічні антени і цифрові тюнери, які могли б підійти для таких завдань, коштували не дешево для того, щоб їх запросто перебирати , модернізувати і ставити над ними експерименти для радіоастрономії. А розробляти і виготовляти в домашніх умовах схемотехнику для СВЧ самостійно не кожен досвідчений радіоаматор вирішиться тому СВЧ-техніка - дуже примхлива штука. І дорога (мідні хвилеводи й резонатори, вкриті сріблом і золотом, дорога і дефіцитна елементна база). А зараз прямофокусниє алюмінієві параболічні антени, що використовуються в супутниковому телебаченні, повністю замінені маленькими залізними офсеткамі. Параболи ж тепер гниють на дахах і стінах багатоповерхівок, бери - не хочу. Ось вони нам якраз і потрібні, причому? чим більше діаметром, тим краще.
Те ж саме відбулося і з цифровими тюнерами від супутникових ресиверів. Не дивлячись на те, що цифрові тюнери від супутникових ресиверів і карт і так проводилися майже в інтегральному виконанні і містили в собі все, що нам потрібно для наших цілей, їх почали замінювати цифрові тюнери у вигляді однієї спеціалізованої мікросхеми. Тому тепер супутниковий ресивер став доступнішим для широких мас, а попередні ресивери та DVB-карти, в яких є так необхідні нам цифрові тюнери попередньої розробки, виявилися на прилавках торговців радіохламом на радіоринках за 5-10 $.
Для реалізації всієї системи від антени до комп'ютера нам необхідно мати всі в двох примірниках: дві антени, два МШУ, два цифрових тюнера, у кожного з яких видаляється власний кварцовий резонатор і вони підключаються до загального генератору для режиму інтерферометра, а також два АЦП для кожного з тюнерів.
Деталі монтажу і налаштування системи виходять за рамки цієї статті. Можу сказати тільки, що пайка потрібно тільки в міжблочних з'єднаннях і при виготовленні напівхвильових диполів. Якщо з'єднати між собою всі правильно, система почне працювати відразу, тому що не вимагає складної настройки.
До основних найпотужнішим об'єктів далекого космосу, які ми повинні побачити під час першого світлі (як кажуть оптичні астрономи) нашого радіотелескопа, відносяться радиоисточники: Кассіопея А (найновіша), Лебідь А (двокомпонентна радіогалактика розміром 2 кут.хв.), Телець А (Крабовидная туманність М1, наднова, пульсар), Діва а (радіогалактика М87), а також радиоисточник 3С400 в сузір'ї Орла. Основний тест приймальні частини і налаштування антени нашого радіотелескопа в аматорських умовах були виконані за Сонцем.
Радіотелескоп - інтерферометр був випробуваний в мобільному варіанті з параболічними антенами 1.2м, базою від 10м до 20м, на частоті 1145МГц. Чутливість даної конфігурації на частоті 1145МГц по радіоджерелами склала приблизно 250 Янських. У міських умовах, через велику рівня шуму застосовувалися вузькосмугові резонаторні фільтри, що призвело до зниження чутливості на 30%.
Подальші завдання з розвитку даної системи.
1. Збільшення діаметрів антен і бази між ними, для підвищення чутливості роздільної здатності.
2. Формування радіозображень небесної сфери та окремих радіоджерел за рахунок збільшення кількості елементів радіоінтерферометра і обертання землі.
3. Випробування даної системи в режимі РСДБ, з синхронізацією від GPS і застосуванням високостабільних термостатірованних кварцових резонаторів.