Доброго дня всем интересующимся! Решил поделиться некоторыми результатами в части радиоастрономических наблюдений и средств, мной использовавшихся для этих целей, но обо все по порядку.
С раннего детства моим основных увлечением, предопределившим в дальнейшем мою будущую специальность, была радиотехника, а путеводителем по увлекательному миру радиоволн, принципиальных электрических схем и электронных компонентов стала вот эта книга
К слову сказать несмотря на то, что многие схемотехнические решения, описанные в этой книге, устарели, принципы работы различных электронных компонентов и устройств описаны достаточно хорошо и понятно. Так что для желающих окунуться в захватывающий мир радиоэлектроники эта книга самое то.
Проходя обучение в Университете (Пензенский Государственный Университет), как-то случайно мне в руки попала вот эта книга:
Очень интересная книга, в которой как бы сейчас сказали материал изложен в формате «популяризации науки». Астрономия и астрофизика. Наверное, многие кому интересно это направление с ней знакомы.
Обучаясь в Университете и далее на долгие годы моим основным хобби, была любительская радиосвязь. Я самостоятельно изучил телеграф, работал в эфире и принимал участие в соревнованиях по радиосвязи, конструировал антенны и усилители мощности, но в глубине души интерес к астрономии который зажгла во мне книга «Вселенная, жизнь, разум» не угасал никогда. Желание сконструировать свой радиотелескоп, провести радионаблюдение, зарегистрировать радиоизлучение от источника, которое пришло в место приема через тысячи световых лет, не отпускало меня никогда. И вот подковав себя в теоретической части:
я перешел к экспериментальной. И здесь очень хорошее подспорье — вот эта литература:
Конечно, некоторая информация там устарела, но вместе с тем, как и в большинстве научной литературы методы и физические процессы, описанные в ней актуальны по сей день.
Так с чего же начать… а начать я решил с самого что доступно для наблюдения в любительских условиях – это радиолиния нейтрального водорода, наблюдать которую можно на частоте 1420 МГц. В нашей галактике нейтральный водород сосредоточен в большом количестве в ее «рукавах». Сразу оговорюсь, собирал свой радиотелескоп я из материалов, что были как говориться «под рукой» и на данном этапе основной задачей для меня была проверка методов регистрации и последующей обработки полученных данных. …на авито приобрел параболическое зеркало диаметром 1,8 метра
Во всем известном интернет-магазине дополнительно пробрёл SDR приемник, полосовой фильтр на 1420 МГц, малошумящий усилитель.
Современные технические решения в части радиоприема, я имею ввиду SDR, позволяют уйти от классических схем приемников с преобразованием частоты, а задача интегрирования (накопления) продетектированного сигнала решается программным способом.
В качестве облучателя я использовал антенну Харченко, а в качестве контррефлектора алюминиевую пластину соответствующих размеров.
И вот…Рассчитано фокусное расстояние, установлен облучатель, подключен SDR, установлен плагин, выполняющий функцию интегрирования (накопления). Задача проверить радиоэлектронную обстановку в месте установки телескопа в районе 1420 МГц, на предмет наличия радиопомех.
Что мы видим на анализаторе спектра? Большое количество помех, из-за которых идентифицировать полезный сигнал будет невозможно. Далее для идентификации и локализации источника этих помех я использовал приёмник AR5000.
Проведённый анализ показал, что в районе 1420 МГц локальных помеховых излучений нет. Таким образом стало понятно, что источником этих помех являются: блок питания МШУ и SDR, расположенный на облучателе антенны. Далее в цепи питания я добавил запорный дроссель, конденсатор, sdr вынес за пределы зеркала антенны. Кстати говоря, во время эксплуатации SDR очень сильно греется, что негативно сказывается на стабильности частоты приема. Пробовал использовать дополнительный радиатор, но в таком случае спектральная плотность шумового сигнала, накопленного, оказалась неравномерной, что в дальнейшем при формировании радио изображения портило всю картину. Проблему решил двумя небольшими кулерами.
Также появилась идея провести эксперимент по снижению шумовой температуры МШУ. Для этой цели я использовал элемент Пельтье.
Для вращения антенны по азимуту использовал редуктор от р404. Антенну установил на платформу, собранную из деревянных брусков и закрепленную на подвижной части редуктора. Благо на даче их присутствует в изобилии. Управление через шлюз собранный на Ардуино.
Кстати, забыл сказать, что управление всей системой удаленное.
У основания коробочка распределения питания:
Поясню для чего это все: изначально при подаче напряжения на эл. Пельтье я не учел одно обстоятельство – точка росы. Соответственно через определенное время на МШУ появился иней и далее лед.
Так вот чтобы регулировать и контролировать температуру, а она имеет прямую зависимость от напряжения был добавлен вольтметр. Позже выяснилось от работы его АЦП возникает помеховое воздействие на приёмник радиотелескопа, после чего была добавлена кнопка отключения питания.
Удаленный контроль за работой радиотелескопа осуществлялся посредством видеокамеры
Теперь переходим к радионаблюдениям: Для определения направления антенны я использую Stellarium. Там очень четко видно спиральные рукава нашей галактики, есть данные по азимуту и углу места. Можно прогнозировать какие участки неба попадут в луч радиотелескопа по заданному азимуту и углу места.
Для установки антенны по углу места сделал такое приспособление:
Далее углубившись в литературу о которой я здесь упоминал решил произвести некоторые расчеты, а то так совсем не интересно.
Для начала рассчитаем разрешение нашего телескопа:
P=1.037 λ/D, где λ – длина волны (21 см), D – диаметр антенны телескопа (182 см).
Получаем:
P=1.037 21/182=0,12 rad (радиан) или 6,87 deg (градусов).
Кроме того, зная время, в течении которого фиксировался радиоисточник можно определить его угловое изменение относительно наблюдателя и сопоставив данные со Stellarium можно проверить правильность своих наблюдений. Забегая немного в перед покажу, что получается:
Азимут антенны 120 deg, угол места 60 deg. В расчетное время луч антенны должен пройти ровно через созвездие Лебедя. В данном направлении расположен один из рукавов (Рукав Ориона) нашей галактики. И так…
В верхнем окне мы видим отсутствие помех. Отклик выделенные красным овалом это и есть зафиксированное излучение нейтрального водорода. Фиксируем время появления отклика. Далее, чем ближе луч антенны попадает в центр рукава, уровень начинает расти.
И так до тех пор, пока облако не выйдет из ДН антенны. Вновь фиксируем время. Общее время, в течение которого фиксировался объект составляет 55 мин. Получаем угловое изменение за 55 мин:
Δr=(55*360)/(24*60)=13.75 deg
Этот расчет можно проверить по Stellarium. Все сходится. Убедившись в работе телескопа приступаем к наблюдениям с последующим формированием радио изображения облаков нейтрального водорода. С этой целью я заимствовал опыт коллег по хобби из данного ресурса https://parac.eu/ и вот что у меня получилось:
На данной спектральной диаграмме представлены спектры радиолинии нейтрального водорода зафиксированные в направлении созвездия Лебедь. Каждая отдельная спектральная диаграмма на общем графике - это результат работы SDR в режиме накопления длительность которого равна 5 минут. Далее получаем и радио изображение.
А вот, к примеру радио изображение на котором зафиксировано облако нейтрального водорода в рукаве Персея.
Если посмотреть на радио изображение мы отчетливо видим две области одна из которых как бы вытянута по горизонтали (эффект Доплера), а вторая нет. Сопоставив данные со Stellarium я пришел к выводу что здесь мы видим облака двух рукавов нашей галактики. Рукав Персея более удален от нас м, следовательно, вращается быстрее, а отсюда и наличие эффекта Доплера. Рукав Ориона расположен значительно ближе и соответственно менее подвижен.
Далее рассчитаем скорость движения облаков нейтрального водорода.
∆f=2v/λ , (1) где ∆f-ширина линии излучения
λ- длина волны
v - скорость движения облаков
Из (1) следует:
v=Δfλ/2, для рукава Персея получаем v=(66*0,21)/2=6,93 км/с
Оценка размеров облаков может быть получена исходя из того, что угловой диаметр Кассиопеи А равен 6’, что составляет 5 пс в диаметре (Джон Д. Краус «Радиоастрономия»). Время в течение которого фиксировался радиоисточник 75 минут. Зная что угловая скорость Земли составляет 0,25 deg в час получим угловое расстояние между краями облака 18,75 deg.
Далее через пропорцию вычисляем диаметр облака в пс и получаем 937,5 пс, что соответствует 3 056 св. годам.
# 1420MHz # радиоастрономия # нейтральныйводород # радиотелескоп #любительскаярадиоастрономия # галактика