A PULSE@Parkes programban a Parkes rádióteleszkópot fogod használni a megfigyelésekhez. Ebben a részben megismerheted az alapokat, hogyan működik egy olyan egytányéros rádióteleszkóp, mint a Parkes.
A rádióteleszkóp egyszerűen egy olyan távcső, amelyet az űrből érkező rádióhullámok vételére terveztek. Legegyszerűbb formájában három összetevőből áll:
- Egy vagy több antenna a beérkező rádióhullámok összegyűjtésére. A legtöbb antenna parabolaantenna, amely visszaveri a rádióhullámokat egy vevőre, ugyanúgy, ahogyan egy görbe tükör a látható fényt egy pontra fókuszálja.
- Egy vevő és erősítő, amely a nagyon gyenge rádiójelet mérhető szintre erősíti. Manapság az erősítők rendkívül érzékenyek, és általában nagyon alacsony hőmérsékletre hűtik őket, hogy minimálisra csökkentsék a fémben lévő atomok mozgása által keltett zaj (az úgynevezett termikus zaj) okozta interferenciát.
- Egy felvevő, amely rögzíti a jelet. A legtöbb rádióteleszkóp manapság közvetlenül valamilyen számítógépes memórialemezre rögzít, mivel a csillagászok kifinomult szoftvereket használnak az adatok feldolgozására és elemzésére.
Lássuk, hogyan működnek ezek az alkatrészek a Parkes rádióteleszkópon.
Az antenna
A Parkes egy 64 m átmérőjű parabola antenna, amelynek gyűjtőfelülete 3216 m2. A tányér alumínium panelekből áll, amelyeket rácsszerkezetű tartóoszlopok támasztanak alá. Az űrből érkező rádióhullámokra a parabolaantenna felülete úgy viselkedik, mint egy sima tükör. A hullámok visszaverődnek és fókuszálódnak a távcső fókuszkabinjának alján lévő tápkürtbe. A tányér tömege 300 tonna, és saját súlya alatt torzul, amikor az égbolt különböző részeire irányul. Az okos műszaki tervezésnek köszönhetően azonban ezt a torzulást figyelembe veszik, így a rádióhullámok mindig a fókuszkabinba verődnek vissza.
A távcső 440 MHz és 23 GHz közötti frekvenciákon működik, ami 75 cm és 7 mm közötti rádióhullámoknak felel meg. Ahhoz, hogy bármelyik rádióhullám visszaverődjön a tányérról, a hullámhossz töredékénél simábbnak kell lennie. A Parkes-teleszkóp esetében a parabola felületének pontossága 1-2 mm-re van a legjobban illeszkedő parabolától, ami lehetővé teszi a 7 mm-es sugárhullámok visszaverődését.
Miért ilyen nagy a parabola?
A tányér mérete határozza meg a begyűjthető bejövő sugárzás mennyiségét. Minél nagyobb a gyűjtőfelület, annál halványabb a detektálható forrás. A Parkes egy 64 méteres antenna, a második legnagyobb egyetlen tányér a déli féltekén.
Egy egytányéros rádióteleszkóp esetében a tányér mérete határozza meg a távcső látómezejét is. Egyetlen vevőkészüléket használva a Parkes-teleszkóp sugárszélessége körülbelül 15 ívperc, ami fele akkora, mint a Hold mérete az égbolton.
Vevőkészülékek
A gyenge rádiójeleket a feedhorn csatornázza a távcső tetején található fókuszkabinban elhelyezett vevőbe. A rádióvevő körülbelül egymilliószorosára erősíti a beérkező jelet. A Parkes különböző frekvenciatartományokra és alkalmazásokra optimalizált vevőkészülékekkel rendelkezik. A vevőkészülékek kriogénhűtésűek, jellemzően héliumgáz-hűtőkkel, amelyek körülbelül 10 kelvinre (-260 °C) hűtik őket, hogy minimalizálják az elektronika hőzaját, amely egyébként elnyomná a bejövő jelet.
A parkesi pulzármegfigyelésekhez a megfigyelők általában vagy a Parkes Multibeam vevő központi sugarát, a HOH-vevőt használják, amelyek mindkettő 21 cm-es (1420 MHz-es) sugárzást érzékel, vagy a Dual-Band vevőt, amely egyszerre képes 10 cm-es és 50 cm-es sugárzást megfigyelni.
Rekorderek
A felerősített jeleket optikai kábel viszi le a fókuszkabinban lévő vevőkészülékekből a toronyba, ahol számítógépes lemezeken tárolják őket. A megfigyelés típusától függően az adatok bizonyos mértékű feldolgozása a helyszínen, a toronyban lévő számítógépek segítségével történik. A pulzármegfigyelések esetében az adatátviteli sebesség rendkívül nagy lehet.
| Teleszkópstatisztikák | |
|---|---|
| Diameter of dish | 64 m |
| Collecting area of dish | 3,216 m2 |
| Height to top of focus cabin | 58 m |
| Focal length | 27.4 m |
| Weight of dish | 300 tonnes |
| Weight above control tower | 1,000 tonnes |
| Maximum tilt | 60° |
| Time to maximum tilt | 5 minutes |
| Time for 360° rotation | 15 minutes |
| Surface accuracy | 1-2 mm difference from best-fit parabola |
| Pointing accuracy | 11 arcseconds rms in wind |
| Maximum operating wind speed | 35 km per hour |
| Motors | 4 × 15 hp 480 volt DC 40,000:1 gear ratios |
| Operating frequencies | |
| 440 and 660 and 1420 MHz (pulsar timing and surveys) | |
| 1420 MHz (atomic hydrogen in galaxies) | |
| 6 and 12 and 23 GHz (methanol and water masers) | |
| 23 GHz (ammonia in star-forming regions) | |