На сайте 100500 рефератов в 150 категориях	Искать реферат
Рефераты на 5 с плюсом С нашим сайтом написать реферат проще простого

Антенные решетки с сверхдлинные базой

Категория: Физика, Астрономия

версия для печати

Страница: [1] [2]

Мазер на гидроксила может также служить как чувственный индикатор магнитных полей в мазерного облаке. Магнитные поля вызывают небольшие изменения энергетических уровней гидроксила, так что излучение в присутствии магнитного поля будет расщеплено на пары спектральных линий со слегка различными частотами (это явление называется эффекта Зеемана — Франка). Наблюдения такогорасщепления с помощью прибора с высоким разрешением может раскрыть картину пространственного распределения магнитных полей в мазерного облаке и тем самым установить роль магнитных полей в коллапсе облаков и в образовании протозвезды.

Измерение космических расстояний. РИСДБ позволит к тому же делать наиболее точные измерения космических расстояний, что является задачейфундаментальной важности в астрономии. Точное знание шкалы расстояний во вселенной необходимо для оценки ее общей массы и энергии, понимания ее эволюции в прошлом и будущем; в настоящее время эта шкала известна с неопределенностью в два раза. Приборы с высокой разрешающей способностью открывают возможность непосредственного измерения расстояний. Например, в случаеостатка сверхновой, что примерно расширяется равномерно во все стороны, скорость расширения может быть измерена по доплеровское сдвигу частоты излучения. Сравнение измеренной скорости с изменениями диаметра, которые наблюдаются, позволяет оценить удаленность объекта. Такая методика была недавно использована международной группой радиоастрономов дляопределение расстояния до сверхновой, вспыхнувшей в скоплении галактик в Деве в 1979 г. Наблюдения с помощью РИСДБ обнаружили, что скорость углового расширения оболочки этой сверхновой составляет примерно 0,003 "в год. Спектры в видимой и ультрафиолетовой областях показали, что оболочка сверхновой расширяется со скоростью 11 000 км / с, что соответствует 0,003 «в год. На сегодняшний день точность этого метода составляет примерно 35%; ожидается, что с помощью создаваемого РИСДБ аналогичные измерения можно будет с гораздо более высокой точностью.

Метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базой позволил также провести высокоточные измерения релятивистского искривления траекторий распространения радиоволн гравитационнымполем Солнца. Сначала предложен в качестве одного из трех классических способов проверки правильности общей теории относительности, этот эффект был экспериментально подтвержден в 1919 г. при наблюдении звезд во время полного солнечного затмения, когда они казались отклоненными от своих положений под действием гравитационного поля Солнца. Оптические наблюдения,однако, имеют тот недостаток, что их приходится проводить в отдаленных уголках Земли в те считанные минуты, пока длится солнечное затмение. Что же касается радиоволн, то их можно принимать в любое время. Релятивистское искривление траекторий распространения волн измерен почти по всему небу исследователями Национального геодезического центра США с помощьюрадиоинтерферометров с сверхдлинные базой «Поларис» и «Ирис». Тысячи наблюдений, проведенных на протяжении ряда лет, подтвердили правильность теоретических предсказаний с точностью до десятых долей процента.

Измерения Земли. Хотя РИСДБ был задуман как инструмент для астрономических наблюдений, он будет использоваться и при изучении различных земных явлений,таких как движение литосферных плит, вращение Земли и искривления земной поверхности под действием приливных сил. Подобные геофизические приложения возможны благодаря тому, что показания радиоинтерферометра зависят не только от источника излучения, наблюдаемого, но и от вращения Земли, а также от длины и ориентации базовой линии, соединяющей две антенны. Методоснован на многократных наблюдениях опорных источников излучения (таких как квазары) настолько удаленных, что их можно считать неподвижными точками на небесном своде. Изменения или формы скорости вращения Земли влияют на результаты измерений, могут не совпадать в разных сеансах наблюдения.

Геофизический радиоинтерферометра с сверхдлинныебазой позволяет определить расстояние между двумя разнесенными на большое расстояние антеннами с погрешностью, не превышающей длину волны, на которой проводятся наблюдения. С его помощью, значит, можно определять изменения размеров Земли, менее чем на 1 см. Интерферометр «Ариес» Лаборатории реактивного движения (США) осуществляет крупные измерения с целью выявления землетрясенийс малыми перемещениями через линии разломов. Неудивительно, что страны, подверженные землетрясениям, такие как Китай, Италия и Япония, проявили большой интерес к геофизических радиоинтерферометров и уже построили радиотелескопы, предназначенные для измерения линий разломов земной поверхности. Поскольку в РИСДБ колебания интерференционных полос вызываются вращением Земли, геофизическиенаблюдения могут использоваться для измерения скорости вращения Земли в единицах времени, задаваемые мазерного часы. Продолжительность суток была измерена по такой методике с точностью до десятой доли миллисекунды, а положение оси вращения на поверхности Земли была определена с точностью до нескольких десятков сантиметров.

Для проведения геофизическихизмерений необходимо исключить земные эффекты из астрономических данных. Это довольно трудную задачу, усложненную еще и флуктуациями сигналов космических источников радиоизлучения, непредсказуемым воздействием атмосферы и ионосферы Земли на радиосигналы, медленным дрейфом атомных часов на разных станциях и даже релятивистском искривлении радиоволн под влияниемСолнца. Для уточнения важнейших геофизических и геодезических параметров радиотелескопы во всем мире объединились под эгидой НАСА в проекте «Динамика коры» и в упомянутых ранее системах «Поларис» и «Ирис». С созданием РИСДБ появится возможность получать точные изображения космических источников радиоизлучения, используемых в геодезии как точки отсчета.В то же время РИСДБ обеспечит регулярные наблюдения, дополнят и расширят уже существующие сети геодезических радиоинтерферометров с сверхдлинные базой.

РИСДБ в космосе. Еще одним применением РИСДБ будет межпланетная навигация. Свои способности в этом отношении сети РИСДБ продемонстрировали с впечатляющим успехом в ходе недавней советской программы"Вега«, цель которой заключалась в посылке космического аппарата к Венере и кометы Галлея. Согласно этой программе, появившейся крупнейшим из когда-либо осуществляемых международных проектов, сеть из 20 антенн в различных точках земного шара следила за двумя космическими аппаратами. Оба они достигли Венеры в июне 1985 г., свергнув в ее атмосферу спускаемыйна аэростате, с передатчиком, работающим на частоте 1,7 ГГц. Сеть РИСДБ сопровождала эти аппараты, гнались венерианских ветрами, скорость которых, как показали измерения, достигает 225 км / ч.

Пролетев Венеру, аппараты продолжали движение к месту встречи с кометой Галлея, которая состоялась 6 и 9 марта 1986 г., в неделю раньше запланированной встречикометы с космическим аппаратом «Джотто» Европейского космического агентства. Ученые этого агентства рассчитывали направить «Джотто» на освещаемую Солнцем сторону кометы для того, чтобы сделать фотоснимки, но поскольку в них не было точных данных о местоположении кометы, их фотокамеры могли оказаться направленными на теневую сторону. Оптические изображениякометы, полученные аппаратами «Вега», вместе с данными о положении «Джотто», поставляемые сетью РИСДБ, позволили европейским ученым в момент скорректировать траекторию космического аппарата и подвести его на расстояние несколько сотен миль от освещенного Солнцем ледяного ядра кометы. Фотокамеры на борту аппарата «Джотто» получили возможность сделатьвпечатляющие снимки кометы Галлея 14 марта, во время максимального сближения аппарата с кометой до момента прекращения связи с аппаратом после его столкновения с осколками кометы.

В любом случае, даже когда РИСДБ используется вместе с другими рассредоточенными по земном шаре радиотелескопами, его разрешение в конечном итогебудет ограничено размерами Земли. Дальнейшее повышение разрешающей способности системы связано с вынесением базовых линий в космическое пространство, вероятно, на Луну или даже на другие планеты. Построение РИСДБ с базуемимы в космосе антеннами сопряжена с немалыми техническими трудностями, связанными с разработкой крупногабаритных антенн повышенной точности и высокочувствительныхприемников, предназначенных для работы в суровых космических условиях, где невозможно обеспечить их обслуживание человеком. Возможность построения таких космических систем уже была доказана группой ученых США, Австралии и Японии, что использовали небольшую антенну на борту спутника в качестве одного из элементов РИСДБ со смешанным наземным и космическим базированием.

Планысоздание специализированных РИСДБ с привлечением системы спутников уже сейчас обсуждаются в США, Западной Европе, Японии и Советскому Союзу. Выдвинуто предложение о совместном проекте НАСА и Европейского космического агентства по выводу спутника «Квазат» с антеннами диаметром 10 — 15 м на околоземную орбиту к середине следующего десятилетия. СоветскийСоюз также объявил о программе создания космического РИСДБ, что предполагает вывод двух или трех спутников «Радиоастрон» на орбиту с апогеем в 75 000 км. Европейские и американские ученые приглашены участвовать в этих исследованиях, однако стремление правительства США ограничить обмен с СССР технологическими достижениями в области освоения космического пространства можетснизить степень участия американских ученых.

В более отдаленном будущем советские ученые намерены вывести на солнечную орбиту гигантские антенны с поперечными размерами в несколько километров. Такие решетки могли бы иметь базовые линии длиной несколько сто миллионов километров, а разрешение системы достигла бы миллионной доли секундыдуги. Столь мощный радиотелескоп открывает новые возможности для астрономии и теоретически позволит наблюдать «солнечные пятна» на других звездах нашей Галактики и рассмотреть характерные черты соседних галактик с размерами по сравнению с предполагаемыми размерами черных дыр. Как ни привлекательны эти прогнозы, создание и эффективное использование такой антеннерешетки может стать реальным лишь по мере накопления опыта работы с наземными РИСДБ и антеннами на околоземной орбите.

Наука и общество

Моллюск и бомба. Сколько времени на деле нужно наутилус, чтобы вырастить новую камеру, до недавнего времени оставалось неизвестным. Этот моллюск ускользает от наблюдения: место его проживания ограничено тропическимиводами западной части Тихого океана, а плавает он обычно на глубинах от сотни до нескольких сотен метров, так что поймать его непросто. Но даже будучи пойманным, он редко живет больше года, и в этом еще одна трудность наблюдения за его развитием. Сейчас исследователи узнали немного о жизни Наутилус, по крайней мере одного их представителя,в организме которого был обнаружен углерод-14, образовавшегося в результате ядерных взрывов в атмосфере. Измерив концентрацию этого изотопа в раковине моллюска, ученые пришли к выводу, что период «возмужания» в Наутилуса составил 12 лет. По мере взросления Наутилуса его рост замедлялся и камеры в раковине образовывались все реже, но все же быстрее,чем одна камера в год, как представлял себе Холмс.

Н. Ландман из Американского музея естественной истории, Э. Драффел из Океанографического института в Вудс-Холле, Дж. Кочран из Университета шт. Нью-Йорк в Стони-Бруке и А. Джалло из Аризонского университета начали свое исследование с того, что попытались определить, в какой степени ядерные испытания в атмосфере,проводившиеся в 1950-х и 1960-х годах, могли загрязнить среду обитания Наутилуса. После того как в 1963 г. СССР и США прекратили ядерные испытания в атмосфере, продукты ядерных взрывов продолжали попадать в океан. Изучив кораллы, растущие на Большом Барьерном рифе в Австралии, ученые определили изменения во времени степени загрязнения в южной частиТихого океана. Выяснилось, что с 1958 г. концентрация углерода-14 в последовательно нарастали слоях кораллов резко повышалась относительно естественного фонового уровня и достигла максимума в слоях, образовавшихся в середине 1970-х годов.

После того как была построена эта «шкала времени», ученые вимирилы концентрации углерода-14 в разных камерах Наутилуса, что в 1969г. был пойман близ Новой Каледонии, в 1200 км к востоку от Австралии, и вскоре умер. Раковина включала в общей сложности 31 камеру; особенности строения моллюска показали, что он достиг половой зрелости (после этого наутилус перестает наращивать камеры). С помощью масс-спектрометра, установленного на ускорителе, исследователи определили, что стенки первого15 камер содержат углерод-14 только в фоновых концентрациях. В более молодых камерах концентрация изотопа последовательно увеличивалось. Сравнив эти данные с данными по кораллам, исследователи заключили, что наутилус вырастил в 1957 г. семи камер, а в течение следующего года добавил к своему жилищу еще восемь. В следующем десятилетии камеры образовывались не так быстро:последняя полностью закрытая камера выросла за семь месяцев (ее здание было закончено в 1968 г. — за год до того, как наутилус был пойман).

Палеонтологи очень заинтересованы в том, чтобы больше узнать о неуловимого Наутилуса — последнего вида некогда большого класса животных, так называемых головоногих с наружной раковиной. В мезозойскую эру (200 −65 млн. лет назад) океан буквально кишел этими созданиями, с щупальцами и похожими на современных головоногих — осьминогов или каракатиц, но заключенными в раковины, защищавших животное и служили своего рода балластными цистернами.

Страница: [1] [2]

версия для печати