Радиоастрономия

Радиоастрономия:
взгляд на Вселенную
Бросим взгляд на небо…
Небо (Вселенная) – это многослойный пирог: Атмосфера… Метеоры… Звезды… Галактики…
Млечный Путь изнутри, с планеты Земля: что нам мешает рассмотреть карту Вселенной?
Уберем Землю и развернем небесный глобус вдоль Млечного Пути!
Карта Млечного Пути (и всей Вселенной): ОПТИКА
Вид неба в оптическом диапазоне в галактической проекции (панорама
фотоснимков). Виден Млечный Путь (проекция плоскости нашей Галактики),
причем часть его закрыта непрозрачными в оптике газово-пылевыми
молекулярными облаками.
Радионебо
«Радионебо – совсем другое небо! Огромное радиосолнце - раз в десять больше солнца
по диаметру, причем не одно, а целых три, включая Кассиопейское и солнце созвездия
Лебедь. Все светится в радиолучах. Сияет Млечный Путь. Радиолуна, правда, выглядит
малопривлекательно. И фаз у нее не бывает.»
Что видит наш радиотелескоп БСА ФИАН (110 МГц):
Почему же такие отличия от оптики? Разберемся…
Немного основ: свет – это…
? что тут ?
? что тут ?
Если к лучу света поднести призму, она
разложит его в радужный спектр
ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ГЛАЗА К ЦВЕТУ: МЫ НЕ ВИДИМ ЦВЕТОВ ЗА ПРЕДЕЛАМИ
РАДУГИ, НО ОНИ ТАМ – ЕСТЬ!
На каких волнах можно видеть Вселенную?
Шкала электромагнитного излучения. По горизонтальной оси отложены: внизу – длина волны
в метрах, вверху – частота колебаний f в герцах.
Длину волны l измеряют в метрах, мм, мкм, нм (нанометры = 10-9 = 1/1000000000 метра ),
ангстремах (= 10-10 метра)
На каких волнах можно видеть Вселенную?
Шкала электромагнитного излучения. По горизонтальной оси отложены: внизу – длина волны
в метрах, вверху – частота колебаний в герцах.
Длину волны l измеряют в метрах, мм, нм (нанометры = 10-9 = 1/1000000000 метра ),
ангстремах (= 10-10 метра) .
Частоту (обозначают f или ν , измеряют в герцах: это число колебаний в секунду.
Про частоту, изменяющуяся в 2 раза, говорят, что она меняется на октаву.
Оптика  1 октава
Радиодиапазон  15 октав (самое большое «окно во Вселенную»)
Радиодиапазон
Джеймс Клерк Максвелл
(1831 – 1879 гг.)
Генрих Рудольф Герц
(1857 – 1894 гг.)
Первое открытие (1931 г.)
Антенная решетка Карла Янского
Карл Янский
(1905 – 1950 гг.)
Считается основоположником радиоастрономии.
В его честь названа единица измерения плотности
потока от радиоисточников
1 Ян  10
26
Вт
м2 gГц
Радиотелескопы
На каких волнах можно видеть Вселенную?
Окна прозрачности обусловлены взаимодействием электромагнитного излучения различных длин волн с различными слоями
атмосферы. Рентгеновское и гамма-излучение доходит только до высот 30-40 км, а основная часть УФ-диапазона поглощается
озоновым слоем на высоте около 30 км. Первое узкое окно прозрачности пропускает видимый свет с примыкающими к нему УФ и
ближним ИК, в котором у атмосферы есть несколько узких окон, обусловленных механизмами поглощения излучения молекулами воды
и углекислого газа. Большая часть ИК-диапаэона поглощается содержащимися в нижних слоях атмосферы водяным паром, углекислым
газом и кислородом. Затем на шкале длин волн от 1 см до 30 м следует широкое радиопрозрачное окно. Более длинные радиоволны
отражаются ионосферой.
Итак, и за радугой небо светит в невидимых глазу цветах…
Астрономия стала всеволновой
Что именно и на каких волнах можно увидеть во Вселенной?
Объекты
Звезды типа Солнца
Холодные звезды
Горячие звезды
Протозвезды
Планеты
Нейтронные звезды, не являющиеся пульсарами
Радиопульсары
Рентгеновские пульсары
Аккреционные диски вокруг нейтронных звезд и
черных дыр
Холодный межзвездный газ
Области ионизованного водорода
Корональный межзвездный газ (межгалактический
газ)
Межзвездная пыль
Остатки сверхновых звезд
Млечный Путь, галактики
Активные ядра галактик
Радиогалактики
Вспыхивающие гамма-источники
Области спектра
Видимая
Ближняя инфракрасная
Ультрафилетовая
Инфракрасная
Видимая (отраженный свет), инфракрасная
(собственное излучение)
Рентгеновская
Радио
Рентгеновская
Рентгеновская, гамма
Радио (отдельные линии)
Ультрафиолетовая, видимая, инфракрасная
(отдельные спектральные линии)
Рентгеновская
Далекая инфракрасная (собственное излучение),
видимая (отражательные туманности)
Радио, видимая
Видимая, далекая инфракрасная
Видимая, далекая инфракрасная
Радио, видимая
Гамма
Кое-что о законах излучения тел
Чем горячее тело, тем оно:
а) излучает больше, закон Стефана-Больмана: R=σT4
б) голубее, закон Вина: λm  B где B = 2,9·10–3 м·К.
T
Каждой температуре отвечает
своя кривая. С ростом
температуры максимальная
энергия излучения приходится на
все более высокую его частоту (и,
соответственно, меньшую волну).
«Горб» этой кривой показывает, что
нагретое тело мало излучает как на
очень длинных, так и на очень
коротких волнах.
l
ν
Максимум излучения приходится на
вполне определенную длину волны,
значение которой обратно
пропорционально температуре.
λm
B

T
Закон Вина: Максимум излучения приходится на вполне
определенную длину волны, значение которой обратно
пропорционально температуре.
где B = 2,9·10–3 м·К.
Т.е. при:
Т=1 К lm= 2,9·10–3 м = 2.9 мм
Т=100 К lm= 0.029 мм = 29 μm
Т= 310 К lm= 9.35 μm = 9350 nm
Т=1000 К lm= 2900 nm
Т=10000 К lm= 290 nm
Т=100000 К lm= 2.9 nm
Т=1 млн К lm= 2.9 Å
- это радиодиапазон
- это инфракрасный диапазон
- это средний инфракрасный диапазон
- это ближний инфракрасный диапазон
это мягкий ультрафиолет
это рентген
рентген
Вина закона Вина состоит в том, что мы (наши тела) светимся в инфракрасный диапазоне

Инфракрасная астрономия:
простая иллюстрация ее нужности 
Видимая (слева) и инфракрасная (справа) область светового спектра.
Иллюстрация с сайта spitzer.caltech.edu
Вот что дает сдвиг в ИК область!
Темное пылевое облако Barnard 68, телескоп VLT.
Слева: область спектра от В до I, справа - область К.
Более длинные волны легче огибают препятствия (пылинки) – и межзвездная
среда со сдвигом в длинноволновую область становится прозрачнее
Ближний инфракрасный диапазон
Вид неба в ближнем инфракрасном диапазоне (сводная карта источников 2MASS – длина волны 2 микрона, в три
раза длиннее красного света). Млечный Путь сияет почти без помех (пыль стала почти прозрачной), стали
хорошо видны многочисленные звезды гало Галактики и ее ядра, а это в основном холодные красные карлики –
именно они так ярко светят в ближнем инфракрасном свете.
Далекий инфракрасный диапазон
Вид неба в далеком инфракрасном диапазоне (спутник IRAS, λ=100 μm, т.е. 0.1 мм), карта в ложных цветах (синий
– наименее яркий, красный и белый – наиболее яркий). Вдоль Млечного Пути видны ярко светящиеся холодные
газово-пылевые молекулярные облака. Звезды потускнели и исчезли на их фоне.
Инфракрасное небо в хорошем разрешении
В далеком инфракрасном свете светятся Солнечная система, наша Галактика и Вселенная. Картинка, представленная
в условных цветах, является проекцией всего инфракрасного неба. Данные для построения этой картинки
собирались в течение нескольких лет спутником по исследованию космического фона (COBE). Слабое свечение в
виде голубой буквы S обусловлено зодиакальным светом Солнечной системы, излучением мелких кусочков камней
и пыли, расположенных между Солнцем и орбитой Юпитера. Наша Галактика ответственна за яркую полосу света,
проходящую по горизонтали. В основном это излучение пыли, находящейся в диске Млечного Пути. Если
внимательно присмотреться к картинке, можно разглядеть, что фон не полностью темный. Это означает, что
Вселенная слабо светится. За это ответственна пыль, которая осталась после образования звезд.
Далекий ИК – это уже почти радиодиапазон
Снимки мм диапазона волн
(микроволны) по результатам
спутников COBE и Plank .
Из изображений необходимо
было последовательно убрать
свечение зодиакальной пыли,
молекулярных облаков в
Галактике и фонового
радиоизлучения Галактики
(имеющего нетепловую природу: в
основном это сихротронное
радиоизлучение, порождаемое
движением заряженных частиц в
магнитных полях Галактики).
И – останется только радио-рябь
реликтового фона (лучше смотреть
его в радиоизлучении).
Попытаемся взглянуть на всю Вселенную
В центре карты - диск нашей галактики, по бокам снимка отчетливо видны сети из других звезд и галактик. Однако
самое интересное — это верх и низ карты. Здесь изображены самые дальние регионы нашей видимой Вселенной.
Это так называемые CMBR или cosmic microwave background radiation (космическая микроволновая фоновая
радиация) — излучение, которое идет с момента рождения Вселенной около 13,7 млрд лет назад. Этот фон
представляет собой как бы отпечаток Вселенной после ее рождения — это так называемый фон реликтового
радиоизлучения. Уберем все мешающее видеть его!
Там, на краю Вселенной – радио-рябь
Реликтовое (древнее) радиоизлучение – оно пришло к нам с глубин Вселенной, когда ей
было 300 тысяч лет. И что же мы видим? Только рябь (розовый – ярче, синий – тусклее) на
небе. Из этой ряби и родились потом галактики…
На рисунке: результаты COBE (1989).
Cosmic Background Explorer (COBE), также известный как Explorer 66 — спутник, космическая обсерватория, посвящённая космологическим исследованиям.
Основной задачей обсерватории было изучение реликтового фона Вселенной (иногда называемого также микроволновым фоном).
У астрономов есть своя машина времени…
От Луны свет до Земли доходит за секунду, от Солнца – за 8 минут, от ближайшей звезды –
за 4 года, от края нашего Млечного Пути – за 50 тысяч лет, от других галактик – за
миллионы лет, от огненного края еще рождающейся Вселенной – за 13 миллиардов 800
миллионов лет…
Мы видим эти объекты такими, какими они были, когда испустили луч света, упавшего нам
сейчас в глаз. Но: огненного края Вселенной именно ГЛАЗОМ – мы не увидим. ПОЧЕМУ?..
Реликтовый фон
Со всех сторон поступает радиоизлучение, имеющее планковский спектр с
температурой Т = 2.7 К. Излучение мы видим с края Вселенной, где она горячая,
но к нам расширению Вселенной (и эффекту Доплера) оно приходит очень
сдвинутым в длинноволновую часть спектра – в радиодиапазон (длина волны 3
мм) .
Реликтовый фон (в виде ряби на небе)
21 марта 2013 года: Пресс-релиз миссии «Планк»
Полученные данные позволили уточнить значение постоянной Хаббла и процентные содержания
темной энергии, темной материи и обычного вещества; и, похоже, отменили 4-й сорт нейтрино
(которое требовало ввода весьма трудных предположений). Струн не видно. Уточнен возраст
Вселенной – с 13.7 млрд. лет увеличен до 13.8 млрд. лет.
В общем, ничего особенного 
Итак: именно радиоастрономы (благодаря эффекту Доплера) видят край Вселенной

В радио- Вселенная из-за тепла
почти не светит . Это либо
очень слабое реликтовое
излучение , …
либо…:
Вначале еще кое-что о законах излучения тел
Это: ядро атома + электроны на разных орбитах. Когда они перескакивают с орбиты на
орбиту… происходит излучение либо поглощение квантов света
Квант света рождается при переходе электрона из состояния с большей энергии в состояние с
меньшей энергией: это тоже т.н. «тепловое излучение». Так получаются линии спектра в атомах.
…Либо тепловое излучение в холодных облаках газа при переходе
высоковозбужденных электронов на высоких орбитах атомов :
Именно пущинцам удалось открыть в космосе атомы в высоко
возбужденном состоянии (при низких температурах):
n ~ 100 → ~ 50 - ~ 1000 (Н.С.Кардашев, Р.Л.Сороченко)
Основные механизмы возникновения радиоволн в
условиях космоса, это:
• Излучение нагретой плазмы
(тепловое излучение)
• Излучение электронов высоких
энергий (т.н. радио-синхротронное
излучение)
(нетепловое излучение)
• Излучение в спектральных линиях
атомов и молекул (разновидность
теплового излучения)
Однако самое важное – нетепловое излучение
Непрерывные спектры радиоисточников
l ~ 20 см – на этой волне тепловое и нетепловое излучение сравниваются по
мощности! И на более длинных волнах царствует уже НЕтепловое радиоизлучение!
Радионебо
Радионебо на частоте 408 МГц (l ~ 1.4 м)
«Радионебо – совсем другое небо! Огромное радиосолнце - раз в десять больше солнца
по диаметру, причем не одно, а целых три, включая Кассиопейское и солнце созвездия
Лебедь. Все светится в радиолучах. Сияет Млечный Путь. Радиолуна, правда, выглядит
малопривлекательно. И фаз у нее не бывает.»
Радионебо
Радионебо на частоте 102 МГц (l ~ 3 м) – на БСА ФИАН (обзор начала 90-х)
Самые яркие радиоисточники: сравнимы с Солнцем!
1
2
3
6
5 4
7
8
9
N1
N2
N3
N4
N5
N6
N7
N8
N9
23 21 10.6 +58 33.1
3C461 (Кассиопея А – остаток сверхновой)
19 57 45.3 +40 36.0
3C405 (Лебедь А)
4 33 55.1 +29 34.4
3C123
5 31 30.0 +21 58.4
3C144 Крабовидная туман. (остаток сверхновой)
6 14 15
+22 40.2
IC 443 (3C157) (остаток сверхновой)
20 45 ... 20 54 +29 … +31 Cyg Loop (остаток сверхновой)
12 28 18.0 +12 40.1
3C274 (Дева А)
16 48 40.3 +05 3.8
3C348
17 17 56.1 -00 57.0
3C353
Радиотелескоп БСА:
Месяц данных для 96
лучей, сентябрь 2013 г.
(вместе с Солнцем)
«Радионебо – совсем
другое небо! Огромное
радиосолнце - раз в
десять больше солнца по
диаметру, причем не
одно, а целых три,
включая Кассиопейское и
солнце созвездия Лебедь.
Все светится в
радиолучах. Сияет
Млечный Путь.
Радиолуна, правда,
выглядит
малопривлекательно. И
фаз у нее не бывает.»
А чем занимается РТ-22 ?..
«Радионебо – совсем другое небо! Огромное радиосолнце - раз в десять больше солнца по диаметру, причем не
одно, а целых три, включая Кассиопейское и солнце созвездия Лебедь. Все светится в радиолучах. Сияет Млечный
Путь. Радиолуна, правда, выглядит малопривлекательно. И фаз у нее не бывает.»
Молекулы
в межзвёздной среде
• По спектральным
линиям, излучаемым в
радиодиапазоне, в
межзвёздных газовых
облаках найдено около
120 видов различных
молекул: OH, H2O, H2CO,
HCN, CO, CS,…, HC11N.
Линейчатые спектры
Свет
генерируется
при
переходе атомов (и молекул)
из одного возбужденного
состояния в другое, частота
света
пропорциональна
изменению энергии атома
при данном переходе; свет
излучается и поглощается в
виде квантов
Это – излучение/поглощение в
спектральных линиях
Излучение в спектральных линиях – из-за чего?
– из-за того , что молекулы вращаются и колеблются,
причем с разной энергией
• Часто наблюдаемые молекулы в
космосе:
– Монооксид углерода (CO)
– Вода (H2O), OH, HCN, HCO+, CS
– Аммоний (NH3), Формадельгид
(H2CO)
• Менее распространенные
молекулы:
– Сахар, Алкоголь, Антифриз
(Этиленгликоль), …
То есть: Вселенная просто-напросто
пропахла органикой!
malondialdyde
Колебательно-вращательные спектры
молекул
Энергию молекулы E можно представить в виде суммы
энергии электронов, колебательной энергии и
вращательной энергии:
E = Eel + Evib + Erot
Возможны колебательно-вращательные переходы (без
изменения электронного состояния) и чисто
вращательные переходы, когда меняется только Erot, а Eel
и Evib остаются без изменения.
Переходы между:
 электронными состояниями лежат в видимой и УФ-области
спектра,
 между колебательными – в ближней ИК-области,
 между вращательными – в дальней ИК-области, в
субмиллиметровом диапазоне и в радиодиапазоне.
В итоге получаются вот такие радио-спектры
молекулярных линий излучения в мм диапазоне:
Почти как в оптике, только тут линии поглощения:
Распределение молекулярного газа в
Галактике: из радиообзора в линии СО
Нейтральный водород (линия 21 см)
Структура нашей Галактики – получена в основном
из молекулярных линий в радиодиапазоне.
• Основные сведения по
строению нашей звёздной
системы – Галактики –
получены по
наблюдениям радиолинии
водорода на волне 21 см.
Радиоастрономия: задачи, методы,
результаты
49
Распределение нейтрального
водорода в галактике
«Картографирование» галактики
Млечный путь
Галактика NGC 5055 (справа и слева масштаб одинаков) (из Boomsma, 2009).
Оптика
HI
- это нейтральный водород,
радиоволна 21 см
Что дают наблюдения молекулярных
линий?
Сведения об общих характеристиках
межзвездного газа в нашей и других
галактиках.
Оценки основных физических
параметров облаков (температуры,
плотности, массы, дисперсии скоростей
и пр.)
Данные о пространственной структуре и
кинематике источников.
Данные о химическом составе.
Протозвездные истечения
Blue-shifted gas
Радио-карта биполяного
молекулярного
истечения из области
протозвезды S106
Голубой=направление
на нас
Красный=направление
от нас
Red-shifted gas
S106, IR Subaru Telescope, Japan
Струи в молодых звездах
~1000ае струи наблюдаются в окрестности протозвездных
объектах, YSOs, и post-AGB star

Космические мазеры
Maser: Microwave Amplification by Stimulated
Emission of Radiation
Мазерный эффект может иметь место при
«инверсии населенностей», когда
температура возбуждения Tex некоторого
перехода становится отрицательной. Это
соответствует избытку населенности
верхнего уровня u относительно нижнего
уровня l по сравнению с формулой
Больцмана.
Инверсия может создаваться при помощи
некоторого механизма накачки (излучением
или столкновениями с частицами
окружающего газа).
Спектральные наблюдения. Излучение космических мазеров (на примере
области звездообразования)
•
Очаги мазерного излучения
обычно находятся в газовопылевом облаке около молодой
звезды на типичных расстояниях
от нескольких десятков а.е. до
порядка 1000 а.е.
• Излучение генерируется в
основном только в зонах
наибольшего набега вдоль
областей с одной и той же
лучевой скоростью – это:
А) на краях диска и в его центре
Б) в плотных конденсациях вдоль
джет
Мазерные источники наблюдаются
на РТ-22 в Пущино с 1979 года!
Накоплены уникальные многолетние
данные для более чем сотни
спектральных радиоисточников…
Излучение космических мазеров: молодые звезды (~10 тыс лет) –
буквально «кричат» в радиодиапазоне!
Наблюдения мазера W3OH
вокруг протозвезды, 7 часов
наблюдений на РТ-22,
ПРАО:
Известные на сегодня характерные времена
переменности потоков мазерных источников
в линии Н2О (1.35 см):
1) Многолетние циклы изменения потока – от 5
до 15 и более лет (из многолетнего мониторинга
на РТ-22 в 1979 – 2008 гг. и цикла статей
совместной группы ГАИШ-ПРАО).
2) Вспышечная активность на масштабах
месяцев (известна практически с момента
открытия мазеров Н2О в 1969 г.)
3) Изменения потоков спектральных
деталей на масштабах дней
4) Сверхбыстрая переменность (на масштабах
порядка часа и менее), или “intraday variability”
И все они наблюдаются на РТ-22 в Пущино с 1979 года! Накоплены уникальные
многолетние данные для более чем сотни спектральных радиоисточников…
На что еще смотрят
радиоастрономы?
Объекты:
Солнце
• Радиоизлучение Солнца –
прежде всего
радиоизлучение солнечной
короны (открыто в Пущино)
• Особенно сильные всплески
радиоизлучения происходят
во время солнечных
вспышек, и по небу
пробегает волна мерцаний
радиоисточников (см. далее)
Радиоастрономия: задачи, методы,
результаты
63
«Космическая погода»: Вспышка на Солнце 2.09.2013, поле радиомерцаний до 8.09.2013
Мерцающие источники: от Солнца к краям картинки
Солнечная
система
Юпитер – самый сильный радиоисточник в
Солнечной системе (кроме Солнца)
• Карта радиоизлучения
Луны при разных фазах
Луна – в метровом диапазоне имеет одну и ту же температуру (радиоизлучение приходит
с глубины несколько м, где температура постоянна) и потому темной тенью проплывает по
яркому Млечному пути…
Радиолокационная астрономия
• Радиолокация дала
много сведений о
таких планетах, как
Венера и Меркурий,
позволила увидеть
«крупным планом»
многие астероиды и
кометы.
Радиолокационная карта
Венеры
Рельеф на Венере
(из радиолокации со спутника)
Радиолокационная астрономия
Радиолокационные изображения астероида
Клеопатра
ASTEROID 1999JMB
(Radio Location from GOLDSTONE)
Остатки вспышек Сверхновых
звёзд
• Звёзды с массами
больше 2,7 масс Солнца
могут закончить свою
эволюцию взрывом
колоссальной силы. При
этом значительная часть
вещества звезды
Крабовидная туманность – остаток вспышки
разлетается в
Сверхновой 1054 г.н.э.
окружающую среду.
Остатки вспышек Сверхновых звёзд
• Происходит ускорение
заряженных частиц.
Разлетевшаяся оболочка
Сверхновой на тысячелетия
становится источником
синхротронного
радиоизлучения.
В нашей Галактике известно
свыше 200 таких остатков
вспышек Сверхновых.
Радиопульсары
~10 – 12 км
Пульсары
Пульсары излучают радиоволны в виде
коротких, регулярно повторяющихся
импульсов. Пульсары – это нейтронные
звёзды размером около 10 км, остатки
взорвавшихся звёзд. Они имеют очень • Периоды импульсов – периоды
сильное магнитное поле и быстро
вращения пульсаров. При быстром
вращении происходит ускорение
вращаются,
заряженных частиц до высоких
энергий. Ускоренные частицы
излучают радиоволны узким
конусом. Если наблюдатель
оказывается в направлении
излучения, он видит короткий
импульс.
К слову, наблюдения пульсаров на ПРАО – одна из главных научных тем, ежедневно у
нас наблюдается несколько десятков объектов на частотах от 36 до 111 МГц.
Наблюдательные установки ПРАО открыты для участия астрофизиков всего мира
Наша Галактика
Наша звёздная система Галактика – мощный источник
синхротронного радиоизлучения, сосредоточенного в
основном в узком поясе вблизи галактической плоскости
Центр нашей Галактики
VLA 20cm
VLA 1.3cm
VLA 3.6cm
Credits: Lang, Morris, Roberts, Yusef-Zadef, Goss, Zhao
Радиогалактики и квазары
Радиогалактики и
квазары
• Многие удалённые
галактики – гораздо
более мощные
источники
радиоизлучения (до
1038 Вт), чем наша
Галактика (1031 Вт)
Радиокарта центральной
части радиогалактики М87
Как мы видим галактики в оптике и в радио?
Эллиптическая галактика NGC5532 в ядре
скопления Девы, видимая как радиоисточник
3C296 . Пример хорошо развитых радиооблаков,
порожденных джетами из центра галактики.
Размер изображения 382.5 × 384.0 arcsec²
Эллиптическая галактика NGC5532 в ядре скопления
Девы, видимая как радиоисточник 3C 296 – здесь ее
изображение наложено на ее оптическое
изображение. Джеты перпендикулярны
аккреционному диску.
Радио (красным) и оптическое изображение
радиогалактики Hercules A (радио - EVLA)
Радиоизображение Лебедя А,
полученное на VLA
Радиогалактика
3C 120: что в центре?
– черная дыра, аккреционный
дик вокруг нее и джеты (струи),
вылетающие вдоль оси
вращения
В ядрах радиогалактик и идущих от них джетах
(струях) происходят быстрые движения пятен (до
околосветовых скоростей!).
То есть радиоастрономы исследуют самые высоко-энергетичные объекты во Вселенной
Поиск разума во Вселенной: тоже
«обязанность» радиоастрономов
Радиоастрономия: это и поиск
внеземных цивилизаций…
Вот только искать трудно…
• Космический «стог
сена»
83
Радиосфера Земли
Инструменты радиоастронома.
Из чего состоит радиотелескоп:
• Антенна принимает радиоволны и направляет их по кабелю в
приёмник, где сигнал усиливается и детектируется.
• Регистрирующее устройство (чаще всего компьютер) запоминает
сигнал и позволяет следить за ходом эксперимента.
ПРАО АКЦ ФИАН – сейчас имеет
3 радиотелескопа мирового класса в разных
диапазонах
Радиотелескоп метрового диапазона
(20-120 МГц) – ДКР-1000
Радиотелескоп метрового диапазона
(~ 111 МГц) – БСА
Радиотелескоп сантиметрового и
миллиметрового диапазона – РТ-22
Из чего состоит радиотелескоп
Зеркальный радиотелескоп
Угловое разрешение:
Dj  l/D
У оптического телескопа
Dj ~ 0.1
У радиотелескопа лишь угловые минуты: Dj ~ 1′
Маловато…
Решетка радиотелескопов VLA, США
Но: можно ведь расставить радиотелескопы
На местности… На Земле… В космосе…
и тогда:
Dj  0.1  0.001  0.00001 ...
Поскольку тут D – уже не диаметр антенны, а размер
решётки из радиотелескопов!
Dj  l/D
СИСТЕМА РАДИОИНТЕРФЕРОМЕТРОВ
Будущее радиоастрономии – в космосе!
+
=
91
Проект «РадиоАстрон»
С недавних пор (с августа 2011 г.) г.
Пущино
обладает
самой
протяженной инфраструктурой в
мире - 350 тысяч км!
На базе ПРАО был создан полигон для проведения радиотехнических и
радиоастрономических испытаний космического радиотелескопа КРТ-10
(он же - РадиоАстрон).
18 июля 2011 г РАДИОАСТРОН выведен на орбиту
высотой 350 тысяч км (чуть ниже Луны), сейчас
успешно идет его ввод в эксплуатацию. Он отныне –
главный элемент мировой сети радиотелескопов.
Радиотелескоп РТ-22 ФИАН – единственный в мире пункт
телеметрической информации с борта этого спутника.
приема
РадиоАстрон: основные параметры миссии
Диапазоны частот [ГГц]
0,327
Длина
волны
92 см
1,665
Длина
волны
18 см
4,83
Длина
волны
6 см
18 – 25
Длина
волны
1.35 см
Ширина полосы,
2 поляризации [МГц]
2x4
2 x 32
2 x 32
2 x 32
Ширина лепестка на
базе 350.000 км
[микросек]
540
106
37
7
Чувствительность 1-σ
[мЯн] (GBT, накопление
300 с)
42
4
4
10
7 мкСек =фасолина на Луне
РадиоАстрон: научные цели миссии:
все ЯРКОЕ и МАЛЕНЬКОЕ
8-)
 Ядра галактик, сверхмассивные черные дыры
 Космологические эффекты во Вселенной; эффекты темной материи и
темной энергии.
 Области формирования звёзд и планетных систем, мазеры и
Мегамазеры.
 Черные дыры звездных масс и нейтронные звезды.
 Фундаментальная астрометрия и определение параметров
высокоточной системы небесных координат;
 определение параметров высокоточной модели гравитационного поля
Земли.
РадиоАстрон: первые научные результаты
«РадиоАстрон» и рекорды
С помощью проекта «РадиоАстрон» удалось побить все мировые рекорды по угловому разрешению,
реализовав самый зоркий глаз за всю историю. Интерференционные сигналы от далеких
ультракомпактных галактик уверенно зарегистрированы на базе Земля-Космос до 20 диаметров
Земли! В частности, удалось побить рекорд, поставленный в 2012 году наземным интерферометром
при наблюдениях на волне 1.3 мм. Уже достигнуто угловое разрешение в 27 микросекунд дуги (2013
год).
Остроты зрения "Радиоастрона" должно хватить для того, чтобы увидеть горизонт событий (границу) черной дыры в
центре нашей Галактики. А это уже претензия на самое яркое открытие в современной астрономии. Так что
способность отечественного радиотелескопа может позволить ему разглядеть Нобелевскую премию.
РадиоАстрон: последние новости
«РадиоАстрон» и рекорды
С помощью проекта «РадиоАстрон» удалось побить все мировые рекорды по угловому разрешению,
реализовав самый зоркий глаз за всю историю. Интерференционные сигналы от далеких
ультракомпактных галактик уверенно зарегистрированы на базе Земля-Космос до 20 диаметров
Земли! В частности, удалось побить рекорд, поставленный в 2012 году наземным интерферометром
при наблюдениях на волне 1.3 мм.
Сейчас: достигнуто угловое разрешение в 15-20 микросекунд дуги (2014 г).
РадиоАстрон: последние новости (январь 2015)
«РадиоАстрон» и рекорды
Остроты зрения «Радиоастрона» хватило для того, чтобы увидеть горизонт событий
(границу) черной дыры в центре нашей Галактики (источник Sag A*).
Эти необычные пятнышки в изображении
нельзя «списать» только на
неоднородности газа между черной
дырой и нами – это «испорченное
пылью» изображение ближайших
окрестностей черной дыры.
2014 год, следующая
серия наблюдений – в
марте 2015, …
Заведующий лабораторией АКЦ ФИАН, руководитель
научной программы «РадиоАстрон» д.ф.м.н.Ю.Ю. Ковалев комментирует:
«Это большой успех и удовольствие – сделать
предсказание нового эффекта и получить его
подтверждение. Открытие суб-структуры в изображении
центра нашей Галактики открывает новое окно
возможностей для изучения непосредственных
окрестностей черных дыр, скрытых от нас экранами пыли
и газа.»
«РадиоАстрон» и межзвездная среда
Современная теория межзвездной плазмы в нашей галактике предсказывала, что
длинноволновое радиоизлучение от пульсаров и квазаров будет размываться и, в
результате, «РадиоАстрон» не сможет зарегистрировать от них сигналы на больших
наземно-космических базах для длин волн 18 и 92 см. Результаты полностью опровергли
это предсказание (см. рисунки 1 и 2), разойдясь с теорией в 10100 раз! Аналог: мерцание
отражающегося Солнца на поверхности озера.
Это открытие полностью меняет существующее понимание структуры межзвездной
плазмы в нашей галактике.
Наш будущий фантастический проект
«МИЛЛИМЕТРОН» (2019 2025 год)
• D=12 метров;
• Диапазон: 30мкм -1000мкм (1 мм);
• Орбита: точка L2 (от Земли за 1.5 миллиона км);
2019
Миллиметрон. 2019г. Период
обращения около Земли и Солнца 1
год. Среднее расстояние от Земли 1,5
млн км.
Пункт 2.3.1
Будущее: строительство радиотелескоповантенн над кратерами Луны
Пример расположения и строительства натяжных антенн над кратерами (радиотелескоп
системы «Кратер»)
У обсерватории ПРАО: будет лунный период?
(Работа НИР для Роскосмоса)
Некоторые из важнейших достижений ПРАО
 Открытие и исследование радиокороны и Сверхкороны Солнца
(В.В.Виткевич, 3 диплома ГКОИ, Госпремия)
 Открытие поляризации Крабовидной туманности (А.Д.Кузьмин,
В.А.Удальцов)
 Определение координат прилунения первых советских
космических аппаратов серии «Луна» (В.В. Виткевич, А.Д.
Кузьмин, Р.Л. Сороченко, В.А. Удальцов)
 Первые в стране спектральные радионаблюдения (Р.Л.Сороченко
и др.)
 Открытие в космосе атомов в высоко возбужденном состоянии: n
~ 100 → ~ 50 - ~ 1000 (Н.С.Кардашев, Р.Л.Сороченко, диплом ГКОИ,
Госпремия)
 Открытия новых пульсаров и многолетние исследования
пульсаров
 Венера – горячая (Кузьмин А.Д.)
 Разработка пульсарной шкалы времени
 Исследования мерцаний радиоисточников (Шишов В.И.,
Госпремия)
 Участие в программе РадиоАстрон
К земному: популяризация астрономии на Пущинской радиообсерватории:
Дни открытых дверей на обсерватории – не менее 2-х раз в год, посещаемость каждого мероприятия
от 300 до 800 человек. Экскурсии - более 50 в год, всего около 3 тысяч гостей.
Дни открытых дверей на обсерватории – не менее 2-х раз в год, посещаемость каждого мероприятия
от 300 до 800 человек. Экскурсии - более 50 в год, всего около 3 тысяч гостей.
Всегда очень много семей и детей!
Ночные наблюдения: на поляне в обсерватории столпотворение до
500 человек единовременно!…
Телескопами нас обеспечивают
–
любители астрономии Москвы и Подмосковья
В 2012 г на БСА
запущены
круглосуточные
наблюдения неба,
они: уникальны, и
они могут быть
использованы
любителями
астрономии
Месяц данных для 96 лучей,
сентябрь 2013 г.
(вместе с Солнцем)
Обработка :
возможна только на
суперкомпьютерах, и
на сети компьютеров:
BOINC-вычисления
(поиск пульсаров и
т.д.) в режиме
экранной заставки.
[готовится]
Спасибо за внимание!
К.ф.-м.н.Самодуров В.А,
ПРАО АКЦ ФИАН ; СибАстро-2015