Радиоизлучение "спокойного" Солнца, аппаратура и методика наблюдений - Что могут сделать астрономы-аматоры для современной радиоастрономии
Радиоизлучение Солнца состоит из постоянной и переменной компонентов. Радиоизлучение постоянной или "спокойной" составляющей является тепловым, наблюдается тогда, когда на солнечной поверхности нет пятен. Интенсивность излучения в сантиметровом диапазоне определяется электронной температурой верхней хромосферы, а в метровом диапазоне -- электронной температурой короны. Переменная составляющая обязана своим происхождением корональным конденсациям, образовавшимся над большими группами пятен. Корональные конденсации, или "радиопятна"-- это устойчивые образования, существующие около трех месяцев. В эпоху большой активности Солнца обе составляющие радиоизлучения имеют приблизительно одинаковую интенсивность.
Часто излучательную способность Солнца в радиодиапазоне характеризуют так называемой эффективной температурой ТЕ. Это---температура такого воображаемого раскаленного тела, имеющего размеры Солнца, которое на данной частоте излучает такой же поток энергии, как и реальное Солнце. Зная эффективную температуру, которая хорошо определена в широком диапазоне частот, поток радиоизлучения "спокойной" составляющей можно вичислить по формуле:
Где л -- длина волны принимаемого излучения в метрах, ТЕ -- эффективная температура Солнца в Кельвинах на волне л. На волне 3 см ТЕ = 10 000 К, а поток излучения СЛ = 2,М0-20 Вт/м2-Гц.
Величина сигнала от источника на выходе антенны называется антенной температурой и определяется по формуле
Где 5ЭФ -- эффективная площадь антенны в метрах, Ј = 1,38- 10~23 Вт/К-Гц -- постоянная Больцмана.
Все последующие наши расчеты будут проведены для антенны диаметром 1,5 м, которая должна работать на волне 3 см. Поверхность такой антенны должна быть изготовлена с точностью не хуже чем л/10, т. е. не хуже 3 мм. Эффективная площадь антенны равна приблизительно половине геометрической и составит около 1 м2. Антенная температура Солнца на выходе антенны будет 760 К- Этот сигнал надо выделить на фоне шумов приемного устройства и шумов антенны.
Антенными шумами называются шумы, создаваемые собственно антенной (тепловые шумы активного сопротивления антенно-фидерного тракта) и шумы, улавливаемые антенной из окружающей ее среды (излучение Земли через боковые и задний лепестки и излучение космического фона). Интенсивность этих шумов количественно оценивается физической температурой сопротивления, равного выходному сопротивлению антенны и создающего тепловые шумы, равные по мощности шумам на выходе антенны. Эта температура называется шумовой температурой антенны -- ГАнт.
Нижняя граница сигнала, который может быть обнаружен радиотелескопом, определяется чувствительностью системы (антенна и приемник) и равна
Где б -- коэффициент, зависящий от типа приемника (для описанного ниже приемника б = 2), ?f - эффективная ширина полосы частот пропускания сигнал, частота которого равна частоте модуляции, а амплитуда разности сигналов между антенной и эквивалентом. В радиоастрономических приемниках, как правило, используют детекторы с квадратичной характеристикой, чтобы выходное напряжение было пропорционально входной мощности сигнала. В таких детекторах можно использовать любой ламповый или полупроводниковый диод, имеющий квадратичную зависимость выходного тока от входного напряжения. После детектирования сигнал вначале усиливается в усилителе низкой частоты, а затем поступает на синхронный детектор, куда одновременно подается напряжение частоты модуляции. Синхронный детектор выпрямляет лишь тот сигнал, который находится в фазе с напряжением переключения входа приемника с антенны на эквивалент. Этот процесс называется демодуляцией. В результате на выходе приемника появляется сигнал, соответствующий разности температур антенны и эквивалента (эталонного генератора шума) и численно равный превышению излучения Солнца над излучением фона. Величина этого сигнала будет хаотически меняться в пределах бДГмин, которую радиоастрономы называют "шумовой дорожкой". Причина флуктуации выходного напряжения заключена в том, что в шумовом сигнале всегда есть составляющая, хаотически меняющаяся со временем и находящаяся в фазе с напряжением модуляции в произвольные моменты времени. Таким образом, флуктуации выходного напряжения нашего приемника не превысят ~4 К, при этом сигнал от Солнца будет существенно больше и составит 760 К для антенны диаметром 1,5 м.
Для регистрации такого достаточно сильного сигнала можно применить метод сканирования, т. е. прохождения источника через диаграмму направленности неподвижной антенны, заранее установленной в упрежденную точку. До вхождения Солнца в диаграмму проводится калибровка приемника, т. е. на некоторое время в антенный тракт радиометра через направленный ответвитель вводится сигнал от генератора шума, имеющего равномерное излучение в широком диапазоне частот (рис. 2).
Время прохождения источника через диаграмму антенны і = fАнт/v. Здесь v -- скорость движения источника по небесной сфере вследствие вращения Земли вокруг оси. Для источника со склонением 5 ее можно вычислить по формуле V = 15'cos д. Скорость максимальна и равна 15 угловым минутам за минуту времени для источников с нулевым склонением, т. е. лежащих на небесном экваторе. Солнце в своем видимом годичном движении по небесной сфере описывает замкнутую кривую, называемую эклиптикой, и пересекает небесный экватор в дни весеннего и осеннего равноденствий. В эти моменты скорость максимальна: у0=-157мин. В дни летнего и зимнего солнцестояний склонение Солнца будет +23,5° и --23,5°, соответственно. В расчетах нИ мы не будем учитывать скорость, с которой Солнце движется по эклиптике, поскольку это дает незначительную поправку в значение vСол.
Итак, на волне 3 см время прохождения точечного источника (цИст << цАнт) через диаграмму направленности антенны
T = цАнт/v = цАнт/15'-cosд = =5,6/cosд [мин].
Так как угловой диаметр Солнца сравним с диаграммой нашей антенны (ц0 = 0,5°, цАнт = 1,4°), то согласно упрощенным расчетам tСол?1,15t ? 16,4/cosдСол. В дни равноденствий Солнце пройдет через диаграмму (по уровню 0,5) за 6,4 мин, а в дни солнцестояний -- за 7 мин. Время одного полного цикла наблюдений Солнца, включая калибровку, можно взять около 40 мин.
Можно предложить еще один метод наблюдений -- сопровождение источника антенной. В этом случае антенна вначале наводится на область сравнения, проводится калибровка приемника, а затем антенна наводится на Солнце и осуществляется слежение за ним (рис. 3).
Радиоизлучение активного Солнца. Одним из проявлений солнечной активности являются солнечные пятна. Они образуются при выходе магнитной силовой трубки на поверхность Солнца. Образование одного или нескольких солнечных пятен приводит к появлению над ними так называемых корональных конденсаций -- плотных и горячих областей, как бы "накрывающих" активную область. Высота этих конденсаций -- около 1000 км, электронная концентрация-- порядка 4-1015 м-3, температура газа немного выше температуры короны, т. е. около 2-106 К, а площадь пятна SK < SСол/50. Над активными областями должны наблюдаться более яркие радиопятна, которые медленно меняются (за дни и недели); столь же медленно меняется радиоизлучение корональных конденсаций, поэтому его часто называют медленно меняющейся компонентой. Это радиоизлучение лучше всего наблюдать в сантиметровом диапазоне.
В период солнечной активности на диске Солнца могут существовать долгоживущие активные области, которые порою наблюдаются в течение нескольких оборотов Солнца. Например, было замечено, что магнитные бури на Земле, как следствие активности Солнца, иногда повторяются два-три раза через каждые 27 дней, что соответствует периоду полного оборота Солнца вокруг оси; причем наибольшие геофизические и гелиобиологические эффекты существуют, когда группа пятен с высокой вспышечной активностью проходит через центральный меридиан.
Можно ли наблюдать радиопятна? Как отмечалось выше крупная корональная конденсация (группа пятен) мо ет занимать почти 1/50 часть поверхности солнечного диска, а ее температура ТЕ для л = 3 см достигает 106 К. Антенную температуру конденсации, ш. е. сигнал на входе приемника, можно вычислить по формуле
Где з = SЭф/SГеом -- коэффициент использования поверхности антенны, ЩК -- телесный угол конденсации, ЩАнт -- телесный угол диаграммы направленности антенны. Пусть S ? SСол/100, тогда
Таким образом, в отдельных случаях радиоизлучение от крупных корональных конденсаций в сантиметровом диапазоне сравнимо по интенсивности с излучением спокойного Солнца. Это означает, что с рассмотренной выше аппаратурой можно наблюдать радиоизлучение и от значительно более слабых конденсаций.
Похожие статьи
-
Основная информация о Солнце - Наша Солнечная система
Для того, чтобы понять строение такого гигантского объекта, как Солнце, нужно представить себе огромную массу раскаленного газа, которая...
-
О солнце и его энергии написаны сотни книг. О нем пишут физики и химики, астрономы и астрофизики, географы и геологи, биологи и инженеры. И в этом нет...
-
Атмосфера Солнца, Фотосфера - Солнце
Фотосфера Атмосфера Солнца начинается на 200-300 глубже видимого края солнечного диска называют фотосферой. Поскольку их толщина составляет не более...
-
Строение Солнца - Солнце и его влияние на Землю
Солнце имеет атмосферу . Нижний слой солнечной атмосферы называется фотосферой. Температура фотосферы составляет примерно 5800 К. Солнечные пятна -...
-
Наблюдаемыми объектами радиоинтерферометрической сети являются естественные и искусственные космические радиоисточники. Научные задачи подразумевают...
-
Прием спутниковой информации - Космические средства дистанционного зондирования Земли
Станции для приема информации со спутников на Земле (называмые земными) содержат антенну с опорно-поворотным устройством (ОПУ), радиоприемное устройство...
-
Стратегиям удержания КА на ограниченных орбитах (гало-орбитах, орбитах Лиссажу и прочих) посвящены многие статьи. В данном разделе приведены краткие...
-
Стратегиям удержания КА на ограниченных орбитах (гало-орбитах, орбитах Лиссажу и прочих) посвящены многие статьи. В данном разделе приведены краткие...
-
Солнечная активность - Солнце и его влияние на Землю
Солнечная активность - совокупность явлений, периодически возникающих в солнечной атмосфере. Проявления солнечной активности тесно связаны с магнитными...
-
Солнце - источник энергии! - Солнце
О солнце и его энергии написаны сотни книг. О нем пишут физики и химики, астрономы и астрофизики, географы и геологи, биологи и инженеры. И в этом нет...
-
О том, что на Солнце бывают пятна, люди узнали уже очень давно. В древних русских и китайских летописях, а также в хрониках других народов не редко...
-
В системах двух массивных тел, вращающихся вокруг общего барицентра с постоянной угловой скоростью, существует пять точек, будучи помещенным в которые,...
-
Характеристика Солнца, Солнечная атмосфера - Зависимость биологической жизни на Земле от Солнца
Солнечная атмосфера Солнечная атмосфера (впрочем, как и атмосферы других космических объектов) неоднородна и состоит из нескольких слоев. Самым глубоким...
-
Температура поверхности Солнца - Звездное небо
Когда стал известен Химический состав Солнца, число ядерных реакций, которые могли бы служить возможным источником огромного количества вырабатываемой...
-
Солнечная корона - Солнце и Солнечная система
Самая внешняя и очень разряженная часть солнечной атмосферы - Корона , прослеживающаяся от солнечного лимба до расстояний в десятки солнечных радиусов....
-
Солнце - центральное тело Солнечной системы - представляет собой раскаленный плазменный шар. Солнце - ближайшая к Земле звезда. Свет от него до нас...
-
Солнечная атмосфера, Фотосфера - Солнце
Земная атмосфера - это воздух, которым мы дышим, привычная нам газовая оболочка Земли. Такие оболочки есть и у других планет. Звезды целиком состоят из...
-
Факелы, Солнечные инструменты - Солнце
Практически всегда пятна окружены яркими полями, которые называют факелами. Факелы горячее окружающей атмосферы примерно на 2000 К и имеют сложную...
-
Солнце - Происхождение Cолнечной системы
Солнце - центральное тело Солнечной системы - представляет собой раскаленный плазменный шар. Солнце - ближайшая к Земле звезда. Свет от него до нас...
-
Общие положения о солнце - Состав и особенности Солнечной системы
Солнце - центральное тело Солнечной системы, ближайшая к Земле звезда. Видимая звездная величина m= -26.74, абсолютная звездная величина М= +4.83m....
-
КАК СОЛНЦЕ ВЛИЯЕТ НА ЗЕМЛЮ - Солнце, его строение и особенности
Солнце освещает и согревает нашу планету, без этого была бы возможна жизнь на ней не только человека, но даже микроорганизмов. Солнце - главный (хотя и...
-
ЦИКЛЫ СОЛНЕЧНОЙ АКТИВНОСТИ - Солнце, его строение и особенности
Число пятен на Солнце не является постоянным, оно меняется как день ото дня, так и в течение более длительных промежутков времени. Немецкий...
-
Солнечные пятна, Солнечная корона - Особенности нашего Солнца
Само возникновение пятен связано с магнитными процессами. Пятна появляются парами в тех местах, где линии искаженного магнитного поля выходят из...
-
ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ - Солнце, его строение и особенности
Внутреннее строение Солнца определено в предположении, что оно является сферически симметричным телом и находится в равновесии. Уравнение переноса...
-
Введение, Эволюция Солнца и Солнечной системы - Солнце
Солнце звезда затмение Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце -...
-
ВНУТРЕННЕЕ СТРОЕНИЕ - Солнце и его влияние на Землю
Внутреннее строение Солнца определено в предположении, что оно является сферически симметричным телом и находится в равновесии. Уравнение переноса...
-
Циклы солнечной активности - Солнце и его влияние на Землю
Число пятен на Солнце не является постоянным, оно меняется как день ото дня, так и в течение более длительных промежутков времени. Немецкий...
-
Радиоизлучение Юпитера - Планета Юпитер: основные характеристики
Юпитер является одним из первых изучаемых земными радиотелескопами объектов, также является одним из "ярчайших" источников радиоволн на небосводе. Ранние...
-
Основные принципы РСДБ - Современное развитие интерферометрии для исследования космической плазмы
Основные принципы РСДБ заключаются в следующем. Космические объекты или явления наблюдаются по единой программе одновременно на нескольких...
-
ВВЕДЕНИЕ, ИСТОРИЯ НАБЛЮДЕНИЙ - Солнце и его влияние на Землю
Каждому наверняка известно, что на Солнце нельзя смотреть невооруженным глазом, а тем более в телескоп без специальных, очень темных светофильтров или...
-
Введение, Исория наблюдений - Солнце и его влияние на Землю
Каждому наверняка известно, что на Солнце нельзя смотреть невооруженным глазом, а тем более в телескоп без специальных, очень темных светофильтров или...
-
Образование Солнца и протопланетного облака Данные, накопленные астрофизикой, говорят о том, что звезды, в т. ч. и звезды солнечного типа, образуются в...
-
История первых оптических наблюдений Трудно сказать, кто первый изобрел телескоп. Известно, что еще древние употребляли увеличительные стекла. Дошла до...
-
История наблюдений Солнца - Солнце и его влияние на Землю
Еще задолго до наступления нашего научно-технического века люди наблюдали Солнце. Они знали его животворную силу, почитали и поклонялись ему как богу....
-
Состав, Солнце - Солнечная система
Планеты солнечной системы - Солнце O Межпланетная среда Внутренняя Солнечная система O Планеты земной группы § 1. Меркурий § 2. Венера § 3. Земля § Луна...
-
Введение - Основные параметры Солнца
Современная наука установила, что все движения, совершаемые на Земле, и вся земная жизнь полностью зависят от Солнца, точнее, от той энергии, которая...
-
Возмущения на Солнце (извержения, взрывы, вспышки) тотчас же оказывают действие на нервную систему людей. Более поздние исследователи данного вопроса...
-
Диаметр Солнца., Планеты земной группы. - Солнечная система
Точные измерения показывают, что диаметр Солнца не постоянная величина. Около пятнадцати лет назад астрономы обнаружили, что Солнце худеет и полнеет на...
-
Солнечная постоянная - Солнце и Солнечная система
Энергия, получаемая Землей от Солнца, характеризуется солнечной постоянной. Солнечной постоянной называется величина, определяемая полной энергией,...
-
Циклы солнечной активности - Солнце
Число пятен на диске Солнца не является постоянным, оно меняется как день ото дня, так и в течение более длительных промежутков времени. Немецкий...
Радиоизлучение "спокойного" Солнца, аппаратура и методика наблюдений - Что могут сделать астрономы-аматоры для современной радиоастрономии