W programie PULSE@Parkes będziesz używać radioteleskopu Parkes do prowadzenia obserwacji. W tej części poznasz podstawy działania radioteleskopu jednodyskowego, takiego jak Parkes.
Radioteleskop to po prostu teleskop, który jest przeznaczony do odbioru fal radiowych z kosmosu. W swojej najprostszej formie ma trzy elementy:
- Jedna lub więcej anten do zbierania przychodzących fal radiowych. Większość anten to paraboliczne anteny, które odbijają fale radiowe do odbiornika, w taki sam sposób, w jaki zakrzywione lustro może skupić światło widzialne do punktu.
- Odbiornik i wzmacniacz, aby wzmocnić bardzo słaby sygnał radiowy do mierzalnego poziomu. Obecnie wzmacniacze są niezwykle czułe i zwykle są chłodzone do bardzo niskich temperatur, aby zminimalizować zakłócenia spowodowane szumem generowanym przez ruch atomów w metalu (zwanym szumem termicznym).
- Rejestrator do przechowywania zapisu sygnału. Większość radioteleskopów zapisuje obecnie sygnał bezpośrednio na dysku komputera, ponieważ astronomowie używają zaawansowanego oprogramowania do przetwarzania i analizy danych.
Zobaczmy, jak te elementy działają w radioteleskopie Parkes.
Antena
Parkes posiada antenę paraboliczną o średnicy 64 m i powierzchni zbierającej 3 216 m2. Antena składa się z aluminiowych paneli wspartych na kratownicowym układzie rozpór nośnych. Wobec fal radiowych przychodzących z kosmosu, powierzchnia anteny działa jak gładkie lustro. Fale są odbijane i ogniskowane w tubie w podstawie kabiny ogniskującej teleskopu. Talerz ma masę 300 ton i odkształca się pod własnym ciężarem, gdy jest skierowany na różne części nieba. Dzięki sprytnemu projektowi inżynieryjnemu, zniekształcenia te są jednak uwzględniane, tak że fale radiowe są zawsze odbijane do kabiny ogniskującej.
Teleskop pracuje na częstotliwościach od 440 MHz do 23 GHz, co odpowiada falom radiowym o rozmiarach od 75 cm do 7 mm. Aby fala radiowa mogła zostać odbita od anteny, musi być gładsza niż ułamek długości fali. W przypadku teleskopu Parkes powierzchnia talerza jest dokładna w granicach 1-2 mm od najlepiej dopasowanej paraboli, co pozwala na odbicie fal radiowych o długości 7 mm.
Dlaczego talerz jest tak duży?
Rozmiar anteny określa ilość przychodzącego promieniowania, które może zostać zebrane. Im większy jest obszar zbierania, tym słabsze jest źródło, które można wykryć. Parkes to antena o długości 64 m, drugi co do wielkości pojedynczy talerz na półkuli południowej.
W przypadku radioteleskopu jednodyskowego rozmiar anteny określa również pole widzenia teleskopu. Gdy używany jest pojedynczy odbiornik, teleskop Parkes ma szerokość wiązki około 15 minut łuku, połowę wielkości Księżyca na niebie.
Odbiorniki
Słabe sygnały radiowe są kierowane przez rogi zasilające do odbiornika znajdującego się w kabinie ogniskującej na szczycie teleskopu. Odbiorniki radiowe wzmacniają przychodzący sygnał około miliona razy. Parkes posiada zestaw odbiorników, które są zoptymalizowane dla różnych zakresów częstotliwości i zastosowań. Odbiorniki są chłodzone kriogenicznie, zazwyczaj za pomocą chłodziarek helowych, które schładzają je do temperatury około 10 Kelwinów (-260° C), aby zminimalizować szum termiczny w elektronice, który w przeciwnym razie zagłuszyłby przychodzący sygnał.
Do obserwacji pulsarów w Parkes obserwatorzy zwykle używają albo centralnej wiązki odbiornika Parkes Multibeam, odbiornika HOH, które wykrywają promieniowanie 21 cm (1420 MHz), albo odbiornika Dual-Band, który może obserwować jednocześnie na 10 cm i 50 cm.
Recordery
Wzmocnione sygnały są przenoszone światłowodem z odbiorników w kabinie ogniskującej do wieży, gdzie są przechowywane na dyskach komputerowych. W zależności od rodzaju obserwacji, część danych jest przetwarzana na miejscu za pomocą komputerów w wieży. W przypadku obserwacji pulsarów szybkość otrzymywania danych może być bardzo duża.
| Statystyki teleskopu | |
|---|---|
| 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) | |