Nello schema PULSE@Parkes userai il radiotelescopio Parkes per fare le tue osservazioni. In questa sezione imparerai le basi di come funziona un radiotelescopio a piatto singolo come il Parkes.
Un radiotelescopio è semplicemente un telescopio progettato per ricevere onde radio dallo spazio. Nella sua forma più semplice ha tre componenti:
- Una o più antenne per raccogliere le onde radio in arrivo. La maggior parte delle antenne sono piatti parabolici che riflettono le onde radio verso un ricevitore, nello stesso modo in cui uno specchio curvo può focalizzare la luce visibile su un punto.
- Un ricevitore e un amplificatore per aumentare il segnale radio molto debole a un livello misurabile. Oggigiorno gli amplificatori sono estremamente sensibili e sono normalmente raffreddati a temperature molto basse per minimizzare le interferenze dovute al rumore generato dal movimento degli atomi nel metallo (chiamato rumore termico).
- Un registratore per tenere una registrazione del segnale. La maggior parte dei radiotelescopi al giorno d’oggi registra direttamente su qualche forma di disco di memoria del computer, dato che gli astronomi usano software sofisticati per elaborare e analizzare i dati.
Vediamo come funzionano questi componenti sul radiotelescopio Parkes.
L’antenna
Parkes ha un’antenna a parabola di 64 m di diametro con una superficie di raccolta di 3.216 m2. La parabola è composta da pannelli di alluminio sostenuti da un reticolo di puntoni di sostegno. Alle onde radio in arrivo dallo spazio, la superficie della parabola si comporta come uno specchio liscio. Le onde vengono riflesse e messe a fuoco in un feedhorn nella base della cabina di messa a fuoco del telescopio. La parabola ha una massa di 300 tonnellate e si distorce sotto il suo stesso peso quando punta verso diverse parti del cielo. Grazie a un’intelligente progettazione ingegneristica, tuttavia, questa distorsione viene considerata in modo che le onde radio vengano sempre riflesse verso la cabina di messa a fuoco.
Il telescopio opera a frequenze da 440 MHz a 23 GHz che corrispondono a onde radio di 75 cm a 7 mm. Affinché qualsiasi onda radio possa essere riflessa dalla parabola, deve essere più liscia di una frazione della lunghezza d’onda. Per il telescopio Parkes la superficie della parabola è accurata entro 1-2 mm dalla parabola migliore, permettendo alle onde radio di 7 mm di essere riflesse.
Perché la parabola è così grande?
La dimensione di una parabola determina la quantità di radiazione in entrata che può essere raccolta. Più grande è l’area di raccolta, più debole è la sorgente che può essere rilevata. Parkes è un’antenna di 64 m, la seconda parabola più grande nell’emisfero meridionale.
Per un radiotelescopio a piatto singolo la dimensione del piatto determina anche il campo visivo del telescopio. Quando viene usato un singolo ricevitore, il telescopio Parkes ha una larghezza di fascio di circa 15 minuti d’arco, la metà della dimensione della Luna nel cielo.
Ricevitori
I deboli segnali radio sono incanalati dai feedhorn in un ricevitore situato nella cabina di messa a fuoco situata nella parte superiore del telescopio. I ricevitori radio amplificano il segnale in arrivo di circa un milione di volte. Parkes ha una serie di ricevitori che sono ottimizzati per diverse gamme di frequenza e applicazioni. I ricevitori sono raffreddati criogenicamente, tipicamente con refrigeratori di gas elio che li raffreddano a circa 10 Kelvin (-260° C) per minimizzare il rumore termico nell’elettronica che altrimenti oscurerebbe il segnale in entrata.
Per le osservazioni delle pulsar a Parkes gli osservatori usano tipicamente o il fascio centrale del ricevitore Parkes Multibeam, il ricevitore HOH, entrambi i quali rilevano la radiazione a 21 cm (1420 MHz) o il ricevitore Dual-Band che può osservare simultaneamente a 10 cm e 50 cm.
Registratori
I segnali amplificati sono trasportati da un cavo in fibra ottica dai ricevitori nella cabina di fuoco fino alla torre dove sono memorizzati su dischi di computer. A seconda del tipo di osservazione, alcune elaborazioni dei dati vengono eseguite in loco utilizzando i computer nella torre. Per le osservazioni delle pulsar la velocità di ricezione dei dati può essere estremamente elevata.
| Statistiche del telescopio | |
|---|---|
| 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) | |