Класифікація радіотелескопів

Радіотелескоп складалася з антеною системи і високочутливого приймального пристрою. Існують найрізноманітніші типи антенних систем, які відрізняються один від одного за конструкцією, принципом дії і за призначенням. На малюнку дана класифікація радіотелесокопов за принципом заповненої і незаповненою апертур.

З усього різноманіття типи антенних систем можна виділити два класи радіотелескопів - рефлектори і Рефрактори.

Зазвичай рефлектори являють собою металеві дзеркала, в більшості випадків параболічної форми, які зводять пучок падаючих паралельних променів в точку - фокус. У цій точці розташовується опромінювач (або вторинне дзеркало), який приймає сфокусоване випромінювання і передає його на вхід приймального пристрою. Такий тип антен використовують головним чином при вимірах, вироблених на міліметрових, сантиметрових і дециметрових радіохвилях. На більш довгих хвилях - метрових і декаметрових, як правило, застосовують інший тип антен - Рефрактори, синфазних антени, що складаються з багатьох вібраторів, схожих на використовувані для прийому телевізійних сигналів. Окремі вібратори з'єднуються один з одним за допомогою системи кабелів таким чином, щоб сигнали на вході радіометра, що приходять з заданого напрямку, були в фазі і складалися.

Зазвичай параболічні дзеркала мають дві осі, навколо яких відбувається механічне обертання. У деяких інструментах здійснена так звана екваторіальна монтування, що є до останнього часу традиційної для оптичних телескопів, - коли одна з осей спрямована на полюс Світу, т. Е. Точку на небі, де розташована Полярна зірка, а інша перпендикулярна їй. Така монтування зручна тим, що супровід телескопом спостережуваних об'єктів здійснюється за допомогою годинникового механізму. Цей механізм забезпечує обертання інструменту з кутовою частотою, рівній кутовий частоті обертання Землі навколо своєї осі.

На відміну від рефлекторних антен, які зазвичай є рухомими і наводяться на досліджуваний об'єкт механічно, рефракторная антени, як правило, нерухомі, і орієнтація променя такого інструменту здійснюється електрично. У деяких обсерваторіях є радіотелескопи, що використовують як механічне, так і електричне управління променем. У сучасних антен одиночних радіотелескопів порівняно невелика роздільна здатність, яка визначається як відношення довжини хвилі до характерного розміру антени. Навіть на самих коротких хвилях вона порівнянна з роздільною здатністю людського ока, яка, як відомо, становить приблизно кутову хвилину. Однак навіть для отримання такого відносно невеликого дозволу доводиться будувати великі антенні споруди масою в багато сотень тонн, що стоять великих грошей. Відомо, що роздільна здатність параболічного дзеркала, що працює на даній довжині хвилі, зростає пропорційно величині його діаметра, вартість же такого дзеркала, як показує досвід, збільшується пропорційно кубу його діаметра. Вартість цих інструментів висока не тільки тому, що великі їх габарити, але і внаслідок необхідності ретельної обробки металевих поверхонь рефлекторів. Для нормальної роботи рефлектора антени радіотелескопа необхідно, щоб форма його поверхні не відрізнялася від заданої, наприклад параболічної, більш ніж на одну десяту або навіть на одну шістнадцяту довжини хвилі. Так, у радіотелескопу діаметром 100 м, який призначений для роботи на хвилях починаючи з сантиметра, допустима помилка форми не повинна перевищувати міліметра при будь-якому робочому положенні цього інструменту щодо вертикалі.

Якщо необхідно підвищити роздільну здатність радіотелескопів, доводиться переходити від одиночних інструментів до систем, що складається з елементів, певним чином розташованих у просторі на великій відстані один від одного. У такому випадку говорять про радіотелескопах з незаповненою апертурою. Роздільна здатність цих інструментів величезна - вона набагато перевищує таку для оптичних телескопів. Працюючі в даний час так звані радіоінтерферометри з наддовгих базою можуть на радіохвилях сантиметрового діапазону забезпечити дозвіл в тисячні або навіть кілька десятитисячних доль кутової секунди. Для того щоб усвідомити, що являє собою такий дозвіл, відзначимо, що воно досить, щоб розрізнити голову і хвіст коня, якби її вдалося помістити на Місяці і вона могла б випромінювати сантиметрові радіохвилі.

Поряд з достатньою роздільною здатністю радіотелескопи повинні володіти високою чутливістю. Чутливість радіотелескопу визначається співвідношенням корисного сигналу і шумів, що приймаються цим інструментом. Виявляється, що відношення сигналу до шуму прямо пропорційно площі антен, кореню квадратному з ширини смуги пропускання сигналу і часу його накопичення в приймальні апаратурі і обернено пропорційно температурі шумів всієї системи. Тому за інших рівних умов для підвищення чутливості необхідно при максимально можливої ​​площі антен домагатися мінімальної шумової температури всієї системи радіотелескопа. На радіохвилях від декаметрових до довгохвильових дециметрових шуми системи практично визначаються зовнішніми факторами - шумовий температурою неба, а на більш коротких - внутрішніми шумами системи, які вдається різко зменшити, використовуючи охолоджуються до низьких температур параметричні підсилювачі і квантові парамагнітні підсилювачі - мазери. В даний час щільності потоків енергії, які випромінює космічними тілами, які можуть бути прийняті радіотелескопами, що працюють на сантиметрових хвилях, досягають декількох мілліянскіх. На декаметрових хвилях чутливість радіотелескопів досягає декількох янських.

Зараз в світі працює безліч радіотелескопів. Нерідко вони схожі один на одного і відрізняються тільки конструкцією і розмірами. Нижче наведені фото найбільш характерних інструментів.

До антен із заповненою апертурою відносяться радіотелескопи, роздільна здатність якого повною мірою визначається її ефективною площею. В основному це антени рефлекторного типу: параболоїди обертання, сферичні чаші, антена типу Крауса. Рефракторная антени такого типу використовуються в основному на метрових хвилях.

Намагаючись побудувати інструменти, у яких роздільна здатність практично не залежала б від ефективної площі, радіоастрономи запропонували розташовувати збирають поверхні телескопів в просторі за різними схемами, в результаті чого з'явилися системи синтезу - паралельного у вигляді хрестоподібних і кільцевих радіотелескопів і послідовного в вигляді интерферометров зі змінною базою , які використовують обертання Землі, антени азимутального апертурного синтезу (антена змінного профілю - АПП), дуже великий антеною решітки ( VLA) і ін.