Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://comet.sai.msu.ru/~gmr/course/1.htm
Дата изменения: Fri Mar 9 08:02:42 2001
Дата индексирования: Mon Oct 1 21:18:26 2012
Кодировка: Windows-1251

Поисковые слова: система координат галактическая
Конспект лекций по радиоастрономии. Глава 1

Содержание курса

 

Глава 1. Введение

1.1. Исторический обзор

1.2. Основные понятия радиоастрономии

1.1. Исторический обзор

В 1931-1932 гг. были проведены известные опыты Карла Янского. Исследовались радиопомехи на волне 14.6 м. В этих экспериментах впервые надежно зарегистрировано радиоизлучение внеземного происхождения. Выявлена составляющая радиоизлучения, связанная с плоскостью Галактики и имеющая максимум в направлении на галактический центр. Связать источник со звездами Галактики не удалось; выяснилось, что как минимум одна звезда (Солнце) сравнительно мало излучает в радиодиапазоне.

В 1937 г. Грот Ребер построил первый радиотелескоп-параболоид диаметром 9.5 м. Первые наблюдения он провел на волнах 9 и 33 см (в предположении, что спектр внеземного радиоизлучения подчиняется закону Планка, и поэтому интенсивность должна возрастать в сторону более коротких волн). Однако первые опыты дали на этих волнах отрицательный результат. Лишь в 1939 г. Ребер зарегистрировал внеземное радиоизлучение на волне 1.87 м (ему соответствует частота n=160 МГц). В 1940-х гг. были опубликованы работы Ребера [Reber G. ApJ, 1940, 91, 621; 1944, 100, 279], содержавшие первые карты распределения радиоизлучения по небу. В 1948 г. Ребер опубликовал также карты неба на волне 62.5 см (n = 480 МГц).

Радиоизлучение Солнца, Луны и планет. Радиоизлучение Солнца впервые наблюдалось в 1942 г. Успех был во многом обязан развитию радиолокационной техники и созданию высокочувствительных приемников. В Англии Хей наблюдал на радиолокаторе метровых волн сильные помехи, связанные с солнечной активностью (как оказалось позже, всплески радиоизлучения, связанные с активными областями на Солнце). Почти одновременно Саусворт в США обнаружил тепловое радиоизлучение спокойного Солнца на волнах 3 и 10 см. Тогда эти данные были по обстоятельствам военного времени засекречены, и сообщения о них были опубликованы лишь после войны. Радиоизлучение Луны обнаружили в 1945 г. Дикке и Беринджер на волне l = 1.25 см. Среди планет первым наблюдался на волне 22 м Юпитер, как оказалось, также обладающий мощными всплесками радиоизлучения на декаметровых и гектометровых волнах. Позднее собственное радиоизлучение было найдено от всех больших планет Солнечной системы, от многих астероидов и комет.

Радиолокационная астрономия. Радиолокация Луны впервые проведена в 1945 г. в Венгрии. Основные успехи радиолокации относятся к началу 1960-х гг., когда были получены сигналы, отраженные от Венеры и Марса. К настоящему времени успешные радиолокационные эксперименты проведены для Меркурия, колец Сатурна, ряда комет и малых планет. С помощью радиолокации построены карты поверхности Венеры, не доступной для оптических исследований. Найдены области с необычными свойствами отражения радиоволн вблизи полюсов Луны, Меркурия и Марса: вероятно, под поверхностью присутствуют включения льда. Получены радиолокационные изображения астероидов, многие из них имеют сильно вытянутую неправильную форму, некоторые оказались двойными. Уточнена шкала расстояний в Солнечной системе, что потребовало новой теории движения планет.

Линия l=21 см и другие спектральные линии. В 1944 г. Оорт, ознакомившись с работами Ребера, поручил ван де Хюлсту рассмотреть возможность наблюдений спектральных линий в радиодиапазоне. Ван де Хюлстом была предсказана возможность наблюдения радиолинии нейтрального водорода l=21 см. Эта идея была подробно развита И.С. Шкловским в 1949 г. [АЖ, 26, 10], он впервые рассчитал вероятность перехода l = 21 см. Кроме того, в той же работе были предсказаны возможности обнаружения линий молекул OH (l = 18 см) и CH (l = 9 см). Линия l = 21 см впервые наблюдалась в 1951 г. почти одновременно в США, Голландии и Австралии. Первый обзор неба в линии l = 21 см, проведенный в 1950-х гг. в Лейденской обсерватории (Голландия), позволил построить распределение межзвездного газа в Галактике и проследить ее спиральную структуру. Линии OH и CH были обнаружены значительно позднее (в 1963 и 1973 гг. соответственно).

Радиотелескопы. Один из первых радиотелескопов для целей радиоастрономии сооружен Ребером. В дальнейшем использовались приспособленные для этой цели военные радиолокаторы (Большой Вюрцбург). Первый полноповоротный параболоид диаметром 76 м был построен в Англии, в обсерватории Джодрелл Бэнк в 1957 г. Затем были построены крупные параболические антенны: 64-м Паркс (Австралия), 91-м NRAO (Грин Бэнк, США), 300-м Аресибо (Пуэрто-Рико), 100-м Бонн (Германия). В СССР созданы: антенна переменного профиля БПР (Большой Пулковский радиотелескоп), 22-м параболоиды в Пущино и Симеизе, аналог Пулковского радиотелескопа - РАТАН-600 в Зеленчукской на Северном Кавказе. Введены в строй крупные антенны миллиметровых волн, работающие вплоть до lmin ~ 1 мм: 15-м шведский телескоп SEST, установленный в Чили, 30-м телескоп IRAM в Испании и 45-м телескоп Обсерватории Нобеяма (Япония). В настоящее время создаются в основном интерферометрические системы апертурного синтеза сантиметровых волн, состоящие из относительно небольших антенн диаметром около 25 м. К ним относятся VLA (Нью Мексико, США), MERLIN (Великобритания), Вестерборк (Нидерланды), ATCA (Австралия). Построены также интерферометры миллиметровых волн с антеннами 10-15 м в Нобеяма, на плато Бюр (Франция), система BIMA (Калифорния, США). На постоянной основе функционируют Европейская интерферометрическая сеть EVN, объединяющая радиотелескопы стран Европы, и система VLBA (10 телескопов США). На очереди создание миллиметровой системы ALMA (Atacama Large Millimeter Array) из 64-х 12-метровых антенн в Чили [максимальная база 14 км, разрешение 0.02²l(мм)] и международный проект SKA (Square Kilometer Array) площадью в 1 км2 для частотного диапазона от 0.1 до 20 ГГц.

На Земле предельная база интерферометра практически достигнута. Проведены первые эксперименты с выносом одной из антенн интерферометра на японский спутник HALCA. Ведется работа по проекту космического интерферометра "Радиоастрон" с базой до 4ћ105 км.

 

Обзоры неба и отождествление радиоисточников с оптическими объектами. Сплошные обзоры неба - важная форма работы в радиоастрономии, так как они позволяют выявить в первую очередь объекты, наиболее заметные своим излучением в радиодиапазоне (но, возможно, очень слабые в оптическом диапазоне). Одним из первых радиообзоров неба проведен в 1946 г. Хеем и др. на метровых волнах (l = 1.7 м). Было обнаружено флуктуирующие излучение из области созвездия Лебедя (первый дискретный радиоисточник, получивший название Лебедь A). С помощью морского интерферометра Болтон и Стэнли (1948) определили угловой размер Лебедя A (< 8¢). Тогда же Болтон (1948) впервые отождествил радиоисточник Телец A с известным ранее оптическим объектом - Крабовидной туманностью. В 1952 г. Дьюхерст отождествил источник Лебедь A со слабой удаленной двойной галактикой, светимость которой в радиодиапазоне превышает 1045 эрг/с. Для сравнения укажем, что радиосветимость Туманности Андромеды, впервые наблюдавшейся в 1950 г. на длине волны l = 1.9 м, примерно на 6 порядков ниже. Таким образом, было выявлено разделение галактик на два класса: нормальные галактики и радиогалактики, особенно мощно излучающие на радиоволнах.

В дальнейшем было выполнено большое число обзоров, вначале на метровых, а затем на все более коротких волнах. Полная сводка данных имеется в [3, 4, 49, 51]. Перечислим наиболее известные.

Кембриджские обзоры (обозначения радиоисточников 3C, 4C, 5C, 6C), австралийские обзоры (PKS, MSH), калифорнийские обзоры (CTA-CTD), обзоры Национальной Радиоастрономической обсерватории США (NRAO), Болонские обзоры (B1, B2), Огайский обзор (OA-OZ), а также обзор галактической плоскости Вестерхаута (W).

В Астрономическом институте Московского государственного университета (ГАИШ) с 1973 г. выполняется обзор неба на сантиметровых волнах (ll 7.5, 3 и 2 см) с помощью радиотелескопа РАТАН-600.

 

Квазары. В результате обзоров неба было открыто большое количество дискретных радиоисточников, долгое время не имевших оптических отождествлений ("радиозвезд"). В начале шестидесятых годов с развитием интерферометрической техники были измерены их точные координаты и получены точные отождествления со слабыми звездами. Спектр в оптике был очень необычным и долго не поддавался интерпретации. В 1963 г. М. Шмидт выяснил, что линии имеют большое красное смещение. Если оно имеет доплеровскую природу и связано с хаббловским расширением Вселенной, то эти объекты должны находиться на космологических расстояниях в тысячи мегапарсек; это наиболее удаленные объекты из всех наблюдаемых во Вселенной. Источники (сверхзвезды, квазизвездные объекты) получили название квазаров. Они слабы в оптическом диапазоне (V > 13m и еще гораздо слабее), но обладают огромными светимостями в радиодиапазоне, до 1045 эрг/с и более. Мощным радиоизлучением обладают и некоторые галактики ("радиогалактики").

Реликтовое фоновое радиоизлучение. В 1965 г. Пензиас и Вилсон (США) обнаружили на волне 7 см внеземное фоновое радиоизлучение, интенсивность которого практически не зависела от направления на небе. Дальнейшие наблюдения на других волнах показали, что излучение имеет планковский спектр с температурой Tb = 2.7 K. В настоящее время общепринято, что это излучение является остатком ("реликтом") от тех времен, когда Вселенная была горячей; это - одно из главных доказательств модели "горячей Вселенной". Само излучение, по предложению И.С. Шкловского, называют теперь "реликтов