Радиоастрономия. 
Введение в радиоэлектронику

Радиоастрономия — это раздел астрономии, в котором небесные тела изучаются по приходящему от них радиоизлучению. Её возникновение связано с исследованиями атмосферных радиопомех. В 1932 г. К. Янский^[1], изучая атмосферные радиопомехи на длине волны 14 м, обнаружил постоянный шум неизвестного происхождения. Источник этого шума он в апреле 1933 г. отождествил с Млечным Путем. В июле 1935 г. К. Янский опубликовал статью, в которой указывал, что «звездный шум» имеет наибольшую интенсивность, когда антенна направлена на центральную часть Млечного Пути. Эта работа не получила отклика ни среди астрономов, ни среди радиоинженеров, и в 1938 г К. Янский прекратил дальнейшие исследования в этой области. К пионерским радиоастрономическим работам К. Янского вернулись только в начале 1940;х годов.

Радиоастрономия окончательно оформилась, как одна из важнейших отраслей астрономии лишь после окончания второй мировой войны. В знак признания именем Янского назвали единицу спектральной плотности потока излучения. Его имя занесено на карту Луны.

Все тела во Вселенной в той или иной степени нагреты и частицы, из которых они состоят, находятся в постоянном тепловом движении. С этим связано электромагнитное излучение небесных тел, в том числе и радиоизлучение. Излучение такого вида называется тепловым радиоизлучением. Но это не единственный вид радиоизлучения, с которым приходится иметь дело радиоастрономам. В космических объектах часто происходят процессы, связанные с массовым выбросом заряженных частиц. Радиоизлучение, вызываемое заряженными частицами, движущимися со скоростями, близкими к скорости света, в магнитных полях, называется синхротронным или нетепловым.

Радиоастрономия располагает средствами наблюдения небесных объектов на расстояниях, недоступных оптическими телескопам. Радиотелескопы сделали возможным открытие пульсаров^[2], подробное исследование невидимого ядра нашей Галактики («черной дыры»), солнечной короны, поверхности Солнца и др.

Радиотелескопы — это уникальные инженерно-технические сооружения, поэтому они хорошо известны специалистам. В 1960;1965 гг. два радиотелескопа с полноповоротными параболическими антеннами диаметром 64 м были созданы в СССР. Они были разработаны под руководством А. Ф. Богомолова^[3][4] в ОКБ МЭИ'.(см. рис. 9.21,а).

Рис. 9.21. Радиотелескопы ОКБ МЭИ:

а- с антенной диметром 64 м, б — РТ-16 с антенной 16 м Эти радиотелескопы расположены на Медвежьих озерах под Москвой и вблизи города Калязин Тверской области.

В 1972 г. в Германии был построен радиотелескоп с диаметром зеркала 100 метров (дер. Эффельсберг, рядом с г. БадМюнстерайфель). В течение 29 лет он был крупнейшим в мире. В 2001 г в США был введен в строй радиотелескоп с полноповоротной антенной в виде параболического сегмента 100×100 _м (Грин-Бэнк, шт. Западная Вирджиния). Создать более крупную подвижную антенну не удается из-за проблем деформации под действием собственного веса. Поэтому крупнейшая в мире 305- метровая антенна радиотелескопа в Аресибо на острове ПуэртоРико неподвижно лежит в земляной чаше, имеющей в центре глубину 137 м (см. рис. 9.22).

Рис. 9.22 Обсерватория Аресибо оснащена крупнейшим в мире радиотелескопом диаметром 305 м

Стремясь повысить разрешающую способность радиотелескопов, создают антенны сложной формы: например, в виде параболического цилиндра, вытянутого вдоль поверхности земли, или в виде кольца, представляющего собой как бы обод параболической антенны без её средней части. Радиотелескопы с такими антеннами имеют высокое разрешение в горизонтальной плоскости и низкое — в вертикальной.

На рис. 9.23 показан общий вид радиотелескопа РАТАН- 600 обсерватории АН России, расположенного вблизи станицы Зелснчукская на Северном Кавказе. Диаметр антенной системы этого радиотелескопа около 600 м. Кольцевой отражатель состоит из 895 отдельных подвижных зеркал площадью по 23 м².

Рис. 9.23. Радиотелескоп Академии наук РАТА-600

Еще более сложными являются многоапертурные радиотелескопы — «антенные решетки», — состоящие из нескольких антенн, направленных на один объект и суммирующих принятые сигналы (см. рис. 8.22).

Радиоастрономия изучает не только естественные источники космического излучения, но проводит радиолокационные исследования космических тел. Специалисты Великобритании, СССР и США почти одновременно в 1961 г. предприняли локацию Венеры для измерения расстояния до нее, а повторив эксперимент в 1964 году, довели точность измерения до нескольких километров (минимальное расстояние от Земли до Венеры 38 млн. км). С помощью современных радаров проводят также локацию Солнца, Меркурия, Марса, Юпитера и его спутников, Сатурна, его колец и спутника Титана, астероидов и ядер комет.

Вслед за радиолокацией началось активное исследование небесных тел с помощью космических зондов. Но и локация осталась очень полезным методом в астрономии. К радиолокации добавилась лазерная локация Луны с использованием доставленных на её поверхность оптических отражателей. Этот метод позволяет регулярно измерять расстояние между Землей и Луной с точностью ~ 1 см, что очень важно для изучения сложного относительного движения этих двух небесных тел^[5].

Каждое радиоастрономическое исследование — это сложный, дорогостоящий и длительный эксперимент. Для его проведения должна быть создана уникальная аппаратура, которая должна быть отлажена и настроена. Результат такого эксперимента добывается огромным коллективом специалистов разных направлений. Не малую роль отводят и радиоинженерам.

• [1] Кар. ч Янский (англ. Karl Guthe Jansky, 1905;1950) американский физик ирадиоинженер, основоположник радиоастрономии.
• [2] Пульсар — космический источник радио-, оптического, рентгеновского гамма-излучений, приходящих на Землю в виде периодических всплесков. Их источниками являются вращающиеся нейтронные звёзды с сильным магнитным полем.
• [3] Алексей Федорович Богомолов (1913—2009) — советский учёныйрадиотехник, Герой Социалистического Труда (1957), академик АН СССР (1984).Внес большой вклад в развитие космических исследований. С 1945 г. но1975 г работал в МЭИ, а с 1955 по 1975 г возглавлял кафедру радиоприборовРТФ МЭИ. С 1954 1 по 1988 г. руководил ОКБ МЭИ.
• [4] ОКБ МЭИ (Особое конструкторское бюро МЭИ) В 1947 г. распоряжениемСовета Министров СССР в Московском энергетическом институте был созданСектор специальных работ, преобразованный в ОКБ МЭИ, теперь ФГУП ОКБМЭИ. Сотрудники ОКБ МЭИ решили ряд приоритетных государственных задач, создав впервые в СССР, а в ряде случаев, и впервые в мире, техническиесредства и системы, позволившие нашей стране стать космической державой, развернуть широкомасштабное телевизионное вещание, проводить исследования ближнего и дальнего космоса.
• [5] Поскольку Луна удаляется от Земли приблизительно на 4 см в год.