전파 망원경

Radio telescope
파크스 천문대의 64미터 전파망원경은 1969년에 아폴로 11호에서 생중계된 영상을 수신하는 데 사용되었다.
우크라이나 하르키브 지역에 있는 UTR-2 저주파 전파 망원경의 안테나.2040 케이지 다이폴 요소 배열로 구성됩니다.

전파망원경은 하늘의 [1][2][3]천문학적인 전파원으로부터의 전파를 감지하는데 사용되는 특수한 안테나이자 전파수신기입니다.광학 망원경이 스펙트럼의 광파 부분을 연구하는 전통적인 광학 천문학에서 사용되는 것과 같이, 전파 망원경은 천체들에 의해 방출되는 전자파 스펙트럼의 무선 주파수 부분을 연구하는 전파 천문학에서 사용되는 주요 관측 기구입니다.트론 오브젝트광학 망원경과는 달리, 전파 망원경은 야간뿐만 아니라 낮에도 사용할 수 있다.

행성, 별, 성운, 은하와 같은 천문학적 전파원이 매우 멀리 있기 때문에, 그것들로부터 오는 전파는 매우 약하기 때문에, 전파 망원경은 그것들을 연구하기 위한 충분한 전파 에너지를 모을 수 있는 매우 큰 안테나와 극도로 민감한 수신 장비를 필요로 한다.전파 망원경은 일반적으로 위성 및 우주 탐사선을 추적하고 통신하는 데 사용되는 것과 유사한 대형 포물선 안테나입니다.그것들은 개별적으로 사용할 수도 있고 배열로 전자적으로 함께 링크될 수도 있다.라디오 관측소는 라디오, 텔레비전, 레이더, 자동차 및 기타 인공 전자 장치의 전자파 간섭(EMI)을 피하기 위해 주요 인구 중심에서 멀리 떨어진 곳에 우선적으로 위치한다.

우주로부터의 전파는 1932년 뉴저지 홀름델의 벨 전화 연구소에서 무선 수신기 소음을 연구하기 위해 만들어진 안테나를 사용하여 기술자 칼 구테 얀스키에 의해 처음 감지되었다.최초의 특수 목적의 전파망원경은 1937년 일리노이주 휘튼에 있는 그의 뒷마당에 라디오 아마추어 그로테 레버가 만든 9미터의 포물선 접시였다.그가 수행한 하늘 탐사는 종종 전파 천문학 분야의 시초로 여겨진다.

초기 전파 망원경

최초의 전파망원경의 실물 크기 복제품인 1932년의 얀스키 쌍극자 배열은 웨스트버지니아주 그린뱅크에 있는 US 그린뱅크 천문대에 보존되어 있습니다.
1937년 일리노이주 휘튼에 있는 리버의 "접시형" 전파 망원경

천문학적인 전파원을 확인하는 데 사용된 최초의 무선 안테나는 1932년 벨 전화 연구소의 기술자인 칼 구테 얀스키에 의해 만들어졌다.Jansky는 무선 전화 서비스를 방해할 수 있는 정전기 발생원을 식별하는 작업을 할당받았다.얀스키의 안테나는 20.5MHz(파장 약 14.6m)의 주파수로 단파 전파 신호를 수신하도록 설계된 다이폴과 반사체의 배열이었다.그것은 어떤 방향으로도 회전할 수 있는 턴테이블에 장착되어 "잰스키의 회전목마"라는 이름을 얻었다.그것의 지름은 약 100피트(30m)였고 높이는 20피트(6m)였다.안테나를 회전시킴으로써 수신 간섭 무선원(정적)의 방향을 특정할 수 있다.안테나 측면의 작은 헛간에는 아날로그 펜과 종이 기록 시스템이 들어 있었다.몇 달 동안 모든 방향에서 신호를 녹음한 후, 얀스키는 결국 그것들을 세 가지 유형의 정적으로 분류했다: 근처의 뇌우, 먼 곳의 뇌우, 그리고 원인을 알 수 없는 사격 소음 위에 희미하게 계속 쉬익거리는 소리.잰스키는 마침내 23시간 56분 주기로 "화려한 야유"가 반복된다는 것을 알아냈다.이 기간은 천문학적인 항성일의 길이로, 천구에 위치한 어떤 "고정된" 물체가 하늘의 같은 위치로 돌아오는 데 걸리는 시간입니다.그래서 얀스키는 쉬쉬 소리가 태양계 밖에서 나는 것이라고 의심했고, 그의 관찰 결과를 광학 천문학 지도와 비교함으로써 방사선이 은하수 은하에서 나오고 궁수자리 은하에서 은하 중심 방향으로 가장 강하다고 결론지었다.

아마추어 라디오 오퍼레이터인 그로테 레버는 전파 천문학으로 알려지게 된 선구자 중 한 명이었다.그는 1937년 일리노이주 휘튼에 있는 그의 뒷마당에 지름 9미터(30피트)의 최초의 포물선 전파 망원경을 만들었다.그는 은하수를 최초의 외부 전파원으로 인식하면서 얀스키의 선구적인 연구를 반복했고, 그는 계속해서 매우 높은 전파 주파수로 첫 번째 하늘 조사를 수행하며 다른 전파원을 발견했다.제2차 세계대전 중 레이더의 급속한 발전은 전후 전파천문학에 응용되는 기술을 만들어냈고, 전파천문학은 대학과 연구기관들이 대형 전파망원경을 [4]제작하는 등 천문학의 한 분야가 되었다.

종류들

인도 우티에 있는 326.5MHz 쌍극자 어레이인 우티 전파 망원경

무선 스펙트럼을 구성하는 전자기 스펙트럼의 주파수 범위는 매우 크다.그 결과, 무선 망원경으로 사용되는 안테나의 종류는 설계, 크기 및 구성이 매우 다양합니다.30~3m(10~100MHz)의 파장에서는 일반적으로 "TV 안테나"와 유사한 방향성 안테나 어레이 또는 이동 가능한 초점을 가진 대형 고정 반사경입니다.이러한 유형의 안테나로 관측되는 파장은 매우 길기 때문에, "반사기" 표면은 치킨 [5]와이어와 같은 거친 와이어 메시로 구성될 수 있습니다.[6] 짧은 파장에서는 포물선 모양의 '접시형' 안테나가 우세합니다.접시 안테나의 각도 분해능은 관찰되는 전파의 파장에 대한 접시 직경의 비율에 따라 결정됩니다.이것은 유용한 해상도를 위해 전파 망원경이 필요로 하는 접시 크기를 나타냅니다.3m~30cm(100MHz~1GHz) 파장에서 작동하는 전파망원경은 지름이 100m를 훌쩍 넘는다.30cm(1GHz 이상) 미만의 파장에서 작동하는 망원경은 [citation needed]지름이 3~90m에 이른다.

주파수

통신을 위한 무선 주파수의 사용이 증가함에 따라 천체 관측은 점점 더 어려워집니다(오픈 스펙트럼 참조).우주 관측에 가장 유용한 스펙트럼의 일부에 대한 주파수 할당을 방어하기 위한 협상은 전파 천문학 및 우주 과학에 대한 주파수 할당 과학 위원회에서 조정된다.

다양한 파장의 전자기 방사선에 대한 지구의 대기 투과율(또는 불투명도) 그림.

전파 망원경에 사용되는 주목할 만한 주파수 대역에는 다음이 포함된다.

큰 접시

동일한 척도의 아레시보(위), FAST(중간), RATAN-600(아래) 전파망원경 비교

세계에서 가장 큰 충전식 전파망원경은 [8]중국이 2016년에 완성한 500미터 구경 구형 망원경이다.30개의 축구장 면적을 가진 지름 500m(1600피트)의 이 접시는 구이저우성 경치의 자연 카르스트 움푹 패인 곳에 만들어져 움직일 수 없습니다. 공급 안테나는 케이블로 접시 위에 매달려 있는 선실에 있습니다.활성 접시는 컴퓨터에 의해 제어되는 4,450개의 움직이는 패널로 구성되어 있습니다.접시 모양을 바꾸고 케이블로 공급실을 이동시킴으로써 망원경을 천정에서 40°까지 하늘의 어느 영역을 가리키도록 조종할 수 있다.접시 지름은 500m이지만, 접시 위의 300m의 원형 영역만이 공급 안테나에 의해 항상 비춰지기 때문에 실제 유효 개구부는 300m이다.2007년에 착공되어 2016년 7월에[9] 완공되었으며,[10] 2016년 9월 25일에 망원경이 가동되었다.

세계에서 두 번째로 큰 충전식 망원경은 푸에르토리코 아레시보에 위치한 아레시보 전파 망원경이었지만, 2020년 12월 1일 붕괴되었다.아레시보는 세계 유일의 전파망원경으로서 또한 지구근접 물체의 능동 레이더 촬영이 가능했다; 다른 모든 망원경은 수동탐지일 뿐이다.아레시보는 FAST와 같은 또 다른 고정식 접시 망원경이었다.아레시보의 305m(1,001ft)의 접시는 자연 함몰된 경관에 내장되어 있으며, 안테나는 매달린 급전 안테나를 움직여 천정의 약 20° 각도 내에서 조종할 수 있으며, 접시의 직경 270m 부분을 개별 관찰에 사용할 수 있습니다.

어떤 종류의 전파망원경이든 가장 큰 것은 러시아 니즈니 아르키즈 인근에 위치한 RATAN-600으로, 576미터의 직사각형 전파반사기로 구성되어 있으며, 각각 중앙 원추형 수신기를 향할 수 있다.

위의 고정 접시는 완전히 "조향성"이 아니며, 천정 부근의 하늘 부분만을 겨냥할 수 있으며 수평선 부근의 소스로부터 수신할 수 없습니다.조종이 가능한 가장 큰 접시 전파 망원경은 미국 웨스트버지니아에 있는 100미터의 그린뱅크 망원경으로, 2000년에 지어졌다.유럽에서 가장 큰 조종 가능한 전파망원경은 독일 본 근처에 있는 막스 플랑크 전파천문연구소가 운영하는 에펠스베르크 100m 전파망원경으로 그린뱅크 안테나가 [11]건설되기 전까지 30년 동안 세계에서 가장 큰 조종 가능한 망원경이었다.조종이 가능한 전파망원경 중 세 번째로 큰 것은 1957년 완공된 영국 체셔의 조드렐 뱅크 천문대에 있는 76미터의 로벨 망원경이다.네 번째로 큰 조종 가능한 전파 망원경은 70미터짜리 접시 6개입니다. 러시아제 RT-70 3개, NASA 딥 스페이스 네트워크에 있는 3개입니다.지름 110m(360피트)의 치타이 전파망원경은 2023년에 완공되면 세계에서 가장 큰 조종이 가능한 단일 접시 전파망원경이 될 것으로 예상된다.

보다 일반적인 전파 망원경은 직경 약 25미터의 단일 안테나를 가지고 있다.이 정도 크기의 전파망원경 수십 개가 전 세계 전파관측소에서 운용되고 있다.

큰 접시 갤러리

우주에서의 방사성 망원경

1965년 이후, 인간은 세 개의 우주 기반 전파 망원경을 발사했다.첫 번째 우주선인 KRT-10은 1979년 살류트 6 궤도 우주 정거장에 부착되었다.1997년 일본은 두 번째 HALCA를 보냈다.마지막 것은 Spektr-R이라고 불리는 2011년에 러시아에 의해 보내졌다.

우주 복사 망원경

무선 간섭계

주요 기사:천문 간섭계
참고 항목: 전파 천문학 » 전파 간섭계
27개의 포물선 접시 망원경으로 구성된 간섭계 배열인 뉴멕시코 주 소코로의 초대형 배열.

가장 주목할 만한 발전 중 하나는 1946년에 천문 간섭계라고 불리는 기술의 도입과 함께 이루어졌는데, 이것은 더 큰 분해능을 얻기 위해 여러 안테나에서 나오는 신호를 결합하여 더 큰 안테나를 시뮬레이션하는 것을 의미한다.천문 전파 간섭계는 일반적으로 포물선 접시 배열(예: 1마일 망원경), 1차원 안테나 배열(예: 몰롱고 천문대 합성 망원경) 또는 전방향 쌍극자 2차원 배열(예: 토니 휴이쉬의 펄서 배열)로 구성된다.어레이 내의 모든 망원경은 광범위하게 분리되어 있으며 일반적으로 동축 케이블, 도파관, 광섬유 또는 기타 유형의 전송선을 사용하여 연결됩니다.최근 전자발진기의 안정성이 향상됨에 따라 다양한 안테나에서 신호를 독립적으로 기록한 후 나중에 일부 중앙처리시설에서 기록을 상호 연관시킴으로써 간섭계를 수행할 수 있게 되었습니다.이 과정은 Very Long Baseline Interferometry(VLBI; 초롱 기준선 간섭계)로 알려져 있습니다.간섭계는 수집된 총 신호를 증가시키지만, 주요 목적은 조리개 합성이라고 불리는 과정을 통해 분해능을 크게 증가시키는 것입니다.이 기술은 서로 다른 망원경의 신호파를 같은 위상과 일치하는 파동은 서로 더하고 반대 위상을 가진 두 파동은 서로 상쇄한다는 원리로 중첩(간섭)하는 방식으로 작동한다.이를 통해 어레이 내에서 가장 멀리 떨어져 있는 안테나 간격과 직경이 동일한 단일 안테나에 대한 분해능(감도는 아님)이 동일한 통합 망원경이 생성됩니다.

아타카마 사막의 아타카마 대형 밀리미터 어레이로, 12미터(39피트) 및 7미터(23피트) 직경의 전파 망원경 66개로 구성되어 있습니다.

고품질 이미지는 망원경 간에 많은 다른 분리가 필요합니다.전파원에서 볼 수 있는 두 개의 망원경 사이의 투영된 분리는 기준선이라고 불립니다.예를 들어 뉴멕시코 소코로 인근의 초거대배열(VLA)은 한 번에 351개의 독립 기준선을 가진 27개의 망원경을 가지고 있으며, 이는 3cm [12]파장에서 0.2초의 분해능을 달성한다.케임브리지에 있는 마틴 라일의 그룹은 간섭계와 조리개 [13]합성 분야에서 노벨상을 수상했다.로이드 거울 간섭계는 또한 1946년 시드니 [14]대학의 조셉 포지의 그룹에 의해 독립적으로 개발되었다.1950년대 초, 캠브리지 간섭계는 라디오 하늘을 지도화하여 유명한 2C와 3C의 전파원 조사를 만들었습니다.물리적으로 연결된 대형 전파 망원경의 예로는 인도 푸네에 위치한 거대 메트로웨이브 전파 망원경이 있습니다.2012년에 완공된 가장 큰 배열인 저주파 어레이(LOFAR)는 서유럽에 위치해 있으며 직경 수백 킬로미터에 걸쳐 분포된 48개 스테이션에 약 8만 1천 개의 작은 안테나로 구성되어 있으며 1.25에서 30m 파장 사이에서 작동합니다.관측 후 처리를 사용하는 VLBI 시스템은 수천 마일 떨어진 안테나로 구축되었습니다.전파 간섭계는 또한 2004년 CBI 간섭계와 같이 우주 마이크로파 배경의 이방성 및 편광에 대한 상세한 이미지를 얻기 위해 사용되어 왔다.

세계에서 가장 큰 물리적으로 연결된 망원경인 평방 킬로미터 어레이는 2025년에 작동을 시작할 계획이다.

천체 관측

주요 기사 : 전파천문학

많은 천체들은 가시광선에서만 관측될 수 있을 뿐만 아니라 전파 파장에서 방사선을 방출한다.맥동이나 퀘이사와 같은 에너지 물체를 관찰하는 것 외에도, 전파 망원경은 은하, 성운, 그리고 심지어 [15][16]행성에서 방출되는 전파와 같은 대부분의 천체들을 "이미지화"할 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Marr, Jonathan M.; Snell, Ronald L.; Kurtz, Stanley E. (2015). Fundamentals of Radio Astronomy: Observational Methods. CRC Press. pp. 21–24. ISBN 978-1498770194.
  2. ^ Britannica Concise Encyclopedia. Encyclopædia Britannica, Inc. 2008. p. 1583. ISBN 978-1593394929.
  3. ^ Verschuur, Gerrit (2007). The Invisible Universe: The Story of Radio Astronomy (2 ed.). Springer Science & Business Media. pp. 8–10. ISBN 978-0387683607.
  4. ^ 설리번, W.T.(1984년)전파 천문학의 초년케임브리지 대학 출판부ISBN 0-521-25485-X
  5. ^ Ley, Willy; Menzel, Donald H.; Richardson, Robert S. (June 1965). "The Observatory on the Moon". For Your Information. Galaxy Science Fiction. pp. 132–150.
  6. ^ CSIRO. "The Dish turns 45". Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation. Archived from the original on August 24, 2008. Retrieved October 16, 2008.
  7. ^ "Microstructure". Jb.man.ac.uk. 1996-02-05. Retrieved 2016-02-24.
  8. ^ "China Exclusive: China starts building world's largest radio telescope". English.peopledaily.com.cn. 2008-12-26. Retrieved 2016-02-24.
  9. ^ "China Finishes Building World's Largest Radio Telescope". Space.com. 2016-07-06. Retrieved 2016-07-06.
  10. ^ Wong, Gillian (25 September 2016), China Begins Operating World's Largest Radio Telescope, ABC News
  11. ^ Ridpath, Ian (2012). A Dictionary of Astronomy. OUP Oxford. p. 139. ISBN 978-0-19-960905-5.
  12. ^ "Microwave Probing of the Invisible". Archived from the original on August 31, 2007. Retrieved June 13, 2007.
  13. ^ 네이처 vol.158, 페이지 339, 1946
  14. ^ 네이처 vol.157, 페이지.158, 1946
  15. ^ "What is Radio Astronomy?". Public Website.
  16. ^ "What are Radio Telescopes?".

추가 정보

Wikimedia Commons에는 전파망원경과 관련된 미디어가 있습니다.
  • Rolfs, K. & Wilson, T. L. (2004)전파 천문학의 도구입니다.천문학과 천체물리학 도서관.베를린: 스프링거.
  • 아시모프, I. (1979년)아이작 아시모프의 사실서Sky Watchs.뉴욕: 그로셋 & 던랩. 페이지 390~399.ISBN 0-8038-9347-7