Конечно антенну Карла Янского можно было бы назвать первым радиотелескопом но?.. Но она как бы не была к этому приспособлена и радиоизлучение Млечного Пути было открыто чисто случайно. А на первооткрывателя радиотелескопостроения может претендовать американец Грот Рёбер построивший первый в мире радиотелескоп. Как и следовало ожидать, построил он его по образу и подобию оптических телескопов, точнее рефлекторов. Ну, а дальше по нарастающей... Так появились не только телескопы-рефлекторы, но и рефракторы, в смысле радиорефракторы. Вот только в отличие от оптических они вовсе не похожи на своих предшественников?.. Никаких линз, окуляров не было. И человек сталкивающийся ранее с оптическими зрительными трубами (телескопами) находясь рядом с радиорефрактором не мог даже предположить что это за сооружение?!
РЕФРАКТОР, от латинского refractus «преломленный». Действительно линза преломляя лучи света сводила их в одну точку, — фокус. Если мысленно разбить линзу на тонкие колечки, то каждое будет преломлять свою долю лучей и в конечно счёте все колечки сведут сообща все лучи в одну точку. В радиотелескопе-рефракторе представляющим собой множество элементарных антенн, их токи сходятся в одном месте, причём строго в фазе. Так сообща все антенны телескопа «преломляют» радиолучи и сводят к одной точке «радиофокусу». В итоге суммарный сигнал в приёмнике достигнет максимального значения. Теперь для Вас не будет загадкой в нашей таблице деление всех радиотелескопов на рефлекторы и рефракторы!
Со времён Янского-Рёбера в мире было понастроено большое количество радиотелескопов. Классов, систем, подклассов, подсистем и таблица на рисунке, это хоть какая-то попытка классифицировать все эти железяки. Сразу оговорюсь, что если одни типы телескопов входят в одну группу, то это не значит, что они не могут входить и в другую?! Итак, все радиотелескопы во-первых делятся на две группы: антенны с заполненной апертурой и с незаполненной. А апертура это ещё что?
Апертура — это от латинского apertura «отверстие». В оптике это дырочка куда смотреть и чем, а в радиоастрономии работающая в данных условиях ЧАСТЬ ПОВЕРХНОСТИ сложной антенны. И если в рефлекторе сразу можно сразу предположить, что это «отверстие» есть раскрыв тарелки с диаметром D, то как же быть с рефрактором? Но тут не мудрствуя лукаво приняли за отверстие площадь геометрическую занимаемую этим самым рефрактором. Только вместо диаметра стала длина и ширина: a и b. Если и встретится где-нибудь буковка D, то это всего лишь размер сторон...
Заполненная апертура это такая, которая больше уже не станет. А незаполненная, хотя и выполняет свои функции, но как-то не очень?.. И при желании её можно как-то и чем-то заполнить?.. И судя по таблице незаполненная апертура лидирует. Почему, Вы узнаете позже?..
Многочисленные стада параболоидов, потомков рёберского радиотелескопа разбрелись по всему свету и они первыми претендуют на заполненную апертуру. Здесь как-то без вопросов. А откуда взялась эта незаполненная, неполноценная? Оттуда же, откуда и стринги в противовес трусикам по колено 20-30 годов! Это случай когда одни интересы превалируют над другими.
Ну, со стрингами понятно, а причём здесь радиотелескопы? В сказке об антеннах мы с Вами говорили о проблеме широких диаграмм направленности ДН. И как из-за этой широкости мы не можем «разглядеть» не только подробности объекта, но и даже отдельно два расположенных рядом объектов?! Выход? Там где вход! В уменьшении этой широкости антенн, тех самых тарелок. Как? На рис9 небольшенькая формула. Это с учётом всяких дифракционных гадостей ширина ДН. Всё просто, чтобы уменьшить угол нужно либо уменьшить длину волны или же увеличить в диаметре тарелку! Сказано-сделано! Вот только с длиной волны как-то не очень?.. Задачи-то базируются именно на длинах волн. Нам остаётся лишь увеличивать диаметр тарелки. Но тут вмешалась механика, текучесть металлов, температурные изменения и пр. И если до ста-трёхсот метров ещё было терпимо, то более всё, приехали! Да, начались всякие извращения... Но всё как-то не очень и главное дорого! Что же делать? И вот какому-о Майкельсону, а точнее Альберту, светлая ему память, пришла мысль!
Чувствительность телескопа зависит же от площади раскрыва (тарелки), а разрешающая способность от диаметра (длины). Если мысленно разбить апертуру рис1 на вот такие как бы маленькие частички-антенны d, то получается... Получается, что они все (а, их много) ориентированы и чувствительны к одной гармонике пространственной частоты. Опустим все эти шибко научные доводы... По-простому нужно всю площадь апертуры использовать с умом и используя узенькие полоски все частички-антенны расположить вдоль этих полосок с длиной значительно больше диаметра. Да, пострадает чувствительность... Но как и со стрингами, чем-то нужно пожертвовать?! Так появился класс антенн-телескопов с высоким разрешением, получившим эту странную незаполненную апертуру. А, незаполненную, это как?
На рис2 Вы видите апертуру тарелки. Она вся используется на 100% и считается заполненной. На рис4, это область спектральной чувствительности нашей тарелки в uv-плоскости пространственных частот. Уж догадался о Вашем вопросе... Забудьте про эти странные названия неизвестно чего? Главное форма (половина реальной) и радиус этой площадки Smax рис11. А теперь посмотрите на рис3. Та же внешне тарелка но вот только из неё вырезана середина и если активная часть тарелки голубая, то на рис3 только узкая полоска! Вот она и работает. И что? А то, что реакция отображённая на рис4 точна такая же как и от заполненной. Всё осталось не смотря на потерю площади. А, что всё-таки изменилось? Чувствительность уменьшилась... Но это тот случай когда радиоастрономам, как оказалось важнее узкая ДН и высокое разрешение! И тарелка стала с незаполненной апертурой.
Другой вариант на рис5. Это так называемый потомок креста Миллса. На самом деле цветные полоски очень узкие (по сравнению с протяжённостью). Это тоже считается радиотелескоп с незаполненной апертурой. Почему? А где его тарелка? Ну, тарелки нет (как основы, точки отсчёта), она воображаемая и не тарелка, а прямоугольная плоскость (на рис6 жёлтого цвета). По идее и реакция на uv-плоскости должна быть одинаковой.
Что же это такое за параллельный синтез и ещё какой-то последовательный? Синтез, применительно к радиоастрономии-это получение из простого элементарного чего-то более сложного, с другими качественными характеристиками. А собственно синтез чего? Апертуры! Параллельный апертурный синтез — это одновременные наблюдения на всех антеннах. Последовательный апертурный синтез — это последовательные во времени наблюдения с перемещающимися по земной поверхности антеннами. А если скажем парабола (тарелка) одна, почему она с параллельным синтезом? Вроде бы синтезировать-то и нечего? Ну не совсем. Ведь всю апертуру можно представить как бесконечное множество элементарных антенн, работающих в унисон, здесь и сейчас. А в последовательном синтезе постепенно двигая антенны ведут наблюдения и только потом, после обработки сводят дебит с кредитом... И добиваясь нужного результата получают какую-то апертуру?.. Как пример Т-образная система (такие существуют) рис7 с параллельным синтезом. А на рис8 с последовательным синтезом. Здесь как бы недостающая часть Т-образной получается посредством передвижения красного квадратика (антенны) по земле и только потом... Вообще-то всё это делается для достижения каких-то целей и в частности увеличение разрешения телескопа. В конечном (упрощённом) виде получим коэффициент [ЭТА] рис10, равным отношения телесного угла ДН элементарной составляющей радиотелескопа к телесному углу ДН полученную в результате синтеза. Для телескопов с параллельным синтезом он равен всегда [1]. Для последовательного всегда больше единицы. Для суперсинтеза Райла он достигает 1000! Так, что игра стоит свеч!
И последнее. Система с независимой записью сигналов. В двух словах — получение данных с двух и более радиотелескопов и их записи на магнитный носитель. Затем совместная обработка и получение результата.
Вот теперь можно приземлиться и поговорить о конкретных железяках-радиотелескопах. Хотя и тоже в двух-трёх словах... Для описание особо значимых железок посвящены отдельные страницы... Эта таблица как основа взята из книги 1973 г. А готовилась ещё раньше, а посему некоторые радиотелескопы в то время ещё не существовали (были в проекте), а некоторых уже нет. Какие-то усовершенствованные и выглядят не так как на моих рисунках.
Наконец-то мы добрались до главного. Начнём с самой маленькой категории, — жёлтого цвета, то есть с заполненными апертурами. Ну с параболоидами Вы худо-бедно познакомились, начиная с рефлектора Рёбера. Не смотря на отношение параболоидов к меньшинству их на самом деле в мире несметное количество! Только в состав одного Сибирского солнечного радиотелескопа входит аж 256 штук!
Далее. Сферические чаши. Это лежащие на земле (в углублениях земли) части сферы. Те же рефлекторы, но только сферические. И как пример радиотелескоп в Пуэрто-Рико, рассказ о котором есть отдельная страница!
Ещё два примечательных два брата-акробата... Это перископические радиотелескопы в штате Огайо (США) и Нансе (Франция). Им и не только также посвящена отдельная страница. Чёрная, траурная рамка вокруг названия говорит о том, что его уже нет в живых! Это бывший радиотелескоп в штате Огайо! Его разрушили... Земля, деньги, гольф-клуб! В Нансе ещё живой. Можете в Гугле (в Яндокс-картах разрешение хуже) посмотреть.
Перейдём к рефракторам. Синфазные полотна или решётки, как Вам угодно? Это расположенные горизонтально большое количество элементарных антенн (диполи и диполи Надененко). Решётками, как правило называют систему из небольшого количества антенн и их можно сосчитать. Полотна это много антенн... :-)) Такая система даёт неплохие результаты правда и недостатки тоже присутствуют. Под цилиндрами скрываются системы состоящие из отрезка параболического цилиндра и синфазного полотна. С одной стороны как бы рефлектор, а по принципу собирания общего сигнала, — рефрактор. Такие системы существуют как отдельно, так и в составе других систем-радиотелескопов (по аналогии с параболоидами).
Ну вот! Наконец-то мы добрались до радиотелескопов с незаполненной апертурой. Во-первых это рефлекторы. Да они также как и параболоиды собирают радиолучи в одну точку, но совсем не похожи на своего старшего брата. Так «клеверный лист» имеет действительно такую клеверную форму. Вот только отражает не сплошное зеркало, а состоящее из кусков, металлических листов. Это листы размером 6Х6 метра и числом равным 5000 листов. Каждый лист как и параболоид может вращаться в двух плоскостях на 45°! Кроме того все листы радиально перемещаются по лепесткам «клеверного листа». Вот какая загогулина получается?! Антенна Хорнера также как предыдущая крестообразная, но состоит из двух пересекающихся параболических секций. АПП, это так называемая антенна переменного профиля. Здесь как и в случае с «клеверным листом» сделано расчленение отражающей поверхности. Различные положения отрезков позволяет менять форму этой самой отражающей поверхности. И только при наблюдении объектов в зените отражающая поверхность образует раскрыв (апертуру) максимального значения, окружность поэтому и в таком положении считается с параллельным синтезом. В остальных же случаях, — нет.
Рефракторами с незаполненной апертурой считаются решётки. Это система из нескольких элементарных антенн (диполей). Антенны располагаются на равных расстояниях друг от друга. Но беда не приходит одна и умники начали менять расстояния добиваясь более узкой диаграммы направленности... Более серьёзными системами являются крестообразные радиотелескопы — кресты. Это крест Миллса в Австралии, в Пущино на Оке, в Харьковской области (УТР-2 Ивановка), солнечный радиотелескоп в Бурятии (Тунка). Кольцевая антенна в Кулгуре (Австралия) состоящая из 96 параболоидов стоящих по кругу. И в тоже время это фазируемая решётка. Типа она конечно женщина, но блондинка, а это уже меняет дело. Так и с фазируемой решёткой. Просто решётка, это одно, а фазируемая? Ну, это уже меняет дело!
У нас остались самые упёртые и непредсказуемые антенны с незаполненными апертурами да ещё и с последовательным синтезом апертур. Это в первую очередь пулковский радиотелескоп и Зеленчукский РАТАН-600. Они представляют собой АПП о которых мы узнали ранее. РАТАН это расширенный, пулковский с большими возможностями. Более подробно на странице о РАТАНЕ-600.
К рефракторам с последовательным синтезам можно отнести двухэлементные интерферометры о которых есть целая страница. Суперсинтез Райла и VLA я бы отнёс к экзотике, насколько они отличаются от остальных систем. Если Райл своим методом синтезирования, то VLA своими размерами! Не даром же и абриевиатура VLA (Very Large Array)расшифровывается как Очень Большая Антенна (антенная решётка)! Она представляет собой кучу параболоидов поставленных на ЖД-рельсы в виде буквы Y. Каждое плечо длиной в 21 км.! Так и хочется брякнуть: « А, Вам слабо?!» :-)).
Конечно вся эта таблица, поверхностное знакомство, но? Но теперь Вы не будете смотреть на всё это... И хоть немного узнаете что-то новое, неизведанное!
Продолжение здесь:
5. Рефлекторы http://www.proza.ru/2019/02/16/1398
6. Рефракторы. Решётки http://www.proza.ru/2019/02/16/1434
7. Радиоинтерферометры. http://www.proza.ru/2019/02/18/629
8. Перископы. http://www.proza.ru/2019/02/19/374
9. Кресты. http://www.proza.ru/2019/02/20/380
10. Цилиндры в Пущино. http://www.proza.ru/2019/02/22/353
11. Солнечная. Бадары. http://proza.ru/2019/02/23/1204
12. Квазар. http://www.proza.ru/2019/02/24/1883
13. Пуэрто-Рико. http://www.proza.ru/2019/02/25/714
14. Украина. http://www.proza.ru/2019/02/26/1771
15. Зеленчукская. http://www.proza.ru/2019/02/28/261
16. Аврора. http://www.proza.ru/2019/02/28/265
17. Объект. Изображение. http://www.proza.ru/2019/03/06/678
18. Пулково. http://www.proza.ru/2019/03/14/296
19. Нью-Мексико http://www.proza.ru/2019/03/14/300