1612724575-f825b2d3933c58ed53c66b6cee5ff57f (Ответы к билетам), страница 8

Для описания угловойразрешающей силы радиотелескопа применяется специальная характеристика —диаграмманаправленности,Диаграммойнаправленностиназываетсязависимость чувствительности радиотелескопа от положения точечногоисточника радиоизлучения по отношению к антенне. Радиотелескоп ссимметричной параболической антенной имеет диаграмму направленности,симметричную относительно ее оси. Примерный вид такой диаграммы показан нарисунке.

Физическая причина, ограничивающая теоретическое угловоеразрешение — это дифракция, так же как и в оптических телескопах.14.2. Радиоинтерферометры.Простейший радиоинтерферометр (см.рисунок) представляет собой систему из двухантенн,разнесенныхнанекотороерасстояние а, которое называется базойинтерферометра. Облучатели обеих антеннпередают сигналы по проводам («фидерам»)на вход одного и того же приемника. = ∙ sin() = , то сигналы на входе приемника1складываются, так как они приходят в одной фазе. Если же = ( + 2) , то сигналы вычитаются,так как приходят в противофазе. В результате диаграмма направленности интерферометрасостоит из узких лепестков, угловое расстояние между максимумами (и минимумами) которыхравно ∆ = arcsin(+1)− arcsin≈ вдоль направления, параллельного базе.

С точки зрениянаблюдательной радиодиапазон имеет некоторые особые преимущества перед оптическим.14.3. Детекторы нейтрино и гравитационных волн.Гравитационная волна — волна гравитации, порождаемая в большинстве теорий тяготениядвижением гравитирующих тел с переменным ускорением, «отрывающаяся» от источника34гравитации и свободно распространяющаяся в пространстве, которая приводит к изменению(возмущению) гравитационного поля в окружающем пространстве (т.

н. «рябь пространствавремени»). Ввиду относительной слабости гравитационных сил (по сравнению с прочими) этиволны должны иметь весьма малую величину, с трудом поддающуюся регистрации. Наиболеераспространены два типа детекторов гравитационных волн. Один из типов представляет собойгравитационную антенну — как правило, это металлическая массивная болванка, охлаждённая донизкой температуры.

Размеры детектора при падении на него гравитационной волны изменяются,и если частота волны совпадает с резонансной частотой антенны, амплитуда колебаний антенныможет стать настолько большой, что колебания можно детектировать. В другом типеэкспериментов по детектированию гравитационных волн измеряется изменение расстояниямежду двумя пробными массами с помощью лазерного интерферометра Майкельсона. В двухдлинных (длиной в несколько сот метров или даже километров) перпендикулярных друг другувакуумных камерах подвешиваются зеркала.

Лазерный луч расщепляется, идёт по обеим камерам,отражается от зеркал, возвращается обратно и вновь соединяется. В «спокойном» состояниидлины подобраны так, что эти два луча после воссоединения в полупрозрачном зеркале гасят другдруга (деструктивно интерферируют), и освещённость фотодетектора оказывается нулевой. Ностоит лишь какому-нибудь из зеркал сместиться на микроскопическое расстояние (причём речьидёт о расстоянии на порядки меньше световой волны — о тысячных долях размера атомногоядра), как компенсация двух лучей станет неполной и фотодетектор уловит свет. (Википедия:Гравитационная волна)Во всех действующих в настоящее время приборах для регистрации нейтрино используетсяэффект обратного бета - распада легких ядер. Однако существует и другой подход, которыйпозволяет создавать более эффективные, компактные мобильные приборы.

Этот подход основанна использовании эффекта когерентного рассеяния нейтрино на тяжелых ядрах. Когерентноерассеяние нейтрино на ядрах – фундаментальный физический процесс, обязанный происходитьсогласно стандартной модели электрослабых взаимодействий, до сих пор не наблюдавшийся напрактике. Детектирование нейтрино сложный процесс, так как это очень быстрые частицы, почтине имеющие массы. Поэтому детекторы часто ставят под водой, землей или льдами. (Бакулин:§110)35Билет 14 (версия 2)14.1. Радиотелескоп.Радиотелеско́п — астрономический инструмент для приёма собственного радиоизлучениянебесных объектов и исследования их характеристик, таких как: координаты, пространственнаяструктура, интенсивность излучения, спектр и поляризация.Радиотелескопы предпочтительно располагать далеко от главных населённых пунктов, чтобымаксимально уменьшить электромагнитные помехи от вещательных радиостанций,телевидения, радаров и др. излучающих устройств.

Размещение радиообсерватории в долинеили низине ещё лучше защищает её от влияния техногенных электромагнитных шумов.Принцип работы радиотелескопа больше схож принципом работы фотометра, нежелиоптического телескопа. Радиотелескоп не может строить изображение непосредственно, онлишь измеряет энергию излучения, приходящего с направления, в котором «смотрит» телескоп.Таким образом, чтобы получить изображение протяженного источника, радиотелескоп долженпромерить его яркость в каждой точке.Ограничение на разрешающую способность инструмента: = /, где — длина волны, — диаметр апертуры.14.2.

Типы радиотелескопов.Антенны с заполненной апертурой. Антенны этого типа похожи на зеркала оптическихтелескопов и являются наиболее простыми и привычными в использовании. Антенны сзаполненной апертурой просто собирают сигнал от наблюдаемого объекта и фокусируют его наприёмнике. Записанный сигнал уже несет в себе научную информацию и не нуждается в синтезе.Недостатком таких антенн является низкая разрешающая способность. Антенны с заполненнойапертурой можно разделить на несколько классов по форме их поверхности и методумонтирования.Параболоиды вращения. Практически все антенны такого типа устанавливаются на Альтазимутальных монтировках и являются полноповоротным.

Главным их преимуществом являетсято, что такие радиотелескопы могут, как и оптические, наводиться на объект и вести его. Такимобразом, наблюдения могут проводиться в любое время, пока исследуемый объект находится надгоризонтом.Параболические цилиндры. Строительство полноповоротных антенн сопряжено сопределёнными трудностями, связанными с огромной массой таких конструкций. Поэтому строятнеподвижные и полуподвижные системы.

Стоимость и сложность таких телескопов растетгораздо медленнее с их ростом размеров. Параболический цилиндр собирает лучи не в точке, а напрямой, параллельной его образующей (фокальная линия). Из-за этого телескопы данного типаимеют несимметричную диаграмму направленности и различное разрешение по разным осям.Ещё одним недостатком таких телескопов является то, что ввиду ограниченной подвижности длянаблюдения им доступна только часть неба.Простейший радиоинтерферометр (рис. 107) представляет собой систему из двух антенн,разнесенных на некоторое расстояние а, которое называется базой интерферометра.

Облучателиобеих антенн передают сигналы по проводам (“фидерам”) на вход одного и того же приемника.На антенну А1 электромагнитная волна приходит с некоторым запаздыванием по отношениюк А2 . Если запаздывание ("разность хода") равно целому числу длин волн, b = a sin a = nl ,36то сигналы на входе приемника складываются, так как они приходят в одной фазе. Если жетосигналывычитаются, так как приходят впротивофазе.Врезультатедиаграмманаправленностиинтерферометра состоит из узкихлепестков, угловое расстояниемеждумаксимумами(иминимумами) которых равновдоль направления, параллельного базе.

Эти лепесткиналагаются на диаграмму направленности одиночной антенны, и полная диаграмманаправленности (вернее, ее сечение плоскостью, проходящей через линию базы) имеет вид,показанный на рис. 107.Расстояние а может быть сделано очень большим: a >> D, поэтому интерферометрами можноразрешить очень близко расположенные точечные источники.Нейтринные телескопы. Один из детекторов нейтрино размещен в горах Японии на глубине 1км под землей.

Этот эксперимент принципиально отличался от байкальского детектора тем, чтоосновным процессом является рассеяние солнечных нейтрино на электронах обычной воды. Врезультате столкновения нейтрино с каким-либо атомом, входящим в состав воды, ядро атомаотскакивало, а из атомной оболочки вылетал электрон, создавая в воде черенковское излучение.Детектор представляется огромным резервуаром (40х40 м) из нержавеющей стали, заполненный50 000 т чистой воды, которая служит мишенью для нейтрино.

На поверхности резервуараразмещены 11 146 фотоумножителей. Внутренний детектор, используемый для физическихисследований, окружен слоем обычной воды, который называется внешним детектором и такжеконтролируется фотоумножителями, чтобы не допустить в основной детектор каких-либонейтрино, произведенных в окружающей детектор породе. В дополнение к световым коллекторами воде огромное количество электроники, компьютеров, калибровочных устройств иоборудования для очистки воды установлено в детекторе или вблизи него.14.3. Детектор гравитационных волн (гравитационный телескоп)Детектор гравитационных волн (гравитационный телескоп) — устройство, предназначенноедля регистрации гравитационных волн. Согласно ОТО, гравитационные волны, образующиеся,например, в результате слияния двух чёрных дыр где-то во Вселенной, вызовут чрезвычайнослабое периодическое изменение расстояний между пробными частицами, вследствие колебаниясамого пространства, которое и будут регистрировать детекторы.37Билет 1515.1.

Понятие спектра. Условия образования непрерывного и эмиссионного спектров.Распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы). Обычнопод спектром подразумевается электромагнитный спектр — распределение энергииэлектромагнитного излучения по частотам или по длинам волн. Нагретое вещество излучаетэлектромагнитные волны (фотоны). Спектр этого излучения на фоне спектра излученияабсолютно чёрного тела, при достаточной температуре, на определённых частотах имеет ярковыраженные увеличения интенсивности.