Radioastronomie ist ein Teilfeld der Astronomie, die himmlische Gegenstände an Radiofrequenzen studiert. Die anfängliche Entdeckung von Funkwellen von einem astronomischen Gegenstand wurde in den 1930er Jahren gemacht, als Karl Jansky Radiation beobachtet hat, die aus der Milchstraße kommt. Nachfolgende Beobachtungen haben mehrere verschiedene Quellen der Radioemission identifiziert. Diese schließen Sterne und Milchstraßen, sowie völlig neue Klassen von Gegenständen, wie Radiomilchstraßen, Quasare, Pulsars und Masern ein. Die Entdeckung der kosmischen Mikrowellenhintergrundradiation, die zwingende Beweise für den Urknall zur Verfügung gestellt hat, wurde durch Radioastronomie gemacht.

Radioastronomie wird mit großen Radioantennen gekennzeichnet als Radiofernrohre geführt, die entweder einzigartig, oder mit vielfachen verbundenen Fernrohren verwendet werden, die die Techniken des Radios interferometry und der Öffnungssynthese verwerten. Der Gebrauch von interferometry erlaubt Radioastronomie, hohe winkelige Entschlossenheit zu erreichen, weil die Auflösungsmacht eines interferometer durch die Entfernung zwischen seinen Bestandteilen, aber nicht die Größe seiner Bestandteile gesetzt wird.

Geschichte

Bevor Jansky die Milchstraße in den 1930er Jahren beobachtet hat, haben Physiker nachgesonnen, dass Funkwellen von astronomischen Quellen beobachtet werden konnten. In den 1860er Jahren hatten die Gleichungen von James Clerk Maxwell gezeigt, dass elektromagnetische Radiation mit der Elektrizität und dem Magnetismus vereinigt wird, und an jeder Wellenlänge bestehen konnte. Mehrere Versuche wurden gemacht, Radioemission von der Sonne durch Experimentatoren wie Nikola Tesla und Oliver Lodge zu entdecken, aber jene Versuche waren unfähig, jede Emission wegen technischer Beschränkungen ihrer Instrumente zu entdecken.

Karl Jansky hat die Entdeckung der ersten astronomischen Radioquelle serendipitously am Anfang der 1930er Jahre gemacht. Als ein Ingenieur mit Glockentelefonlaboratorien forschte er statisch nach, der Kurzwelle transatlantische Sprachübertragungen gestört hat. Mit einer großen Richtungsantenne hat Jansky bemerkt, dass sein analoges Kugelschreiber-Und-Papieraufnahme-System fortgesetzt hat, ein sich wiederholendes Signal des unbekannten Ursprungs zu registrieren. Seitdem das Signal über alle 24 Stunden kulminiert hat, hat Jansky ursprünglich vermutet, dass die Quelle der Einmischung die Sonne war, die die Ansicht von seiner Richtungsantenne durchquert. Fortlaufende Analyse hat gezeigt, dass die Quelle dem 24-stündigen täglichen Zyklus der Sonne genau nicht folgte, aber sich stattdessen auf einem Zyklus von 23 Stunden und 56 Minuten wiederholte. Jansky hat die rätselhaften Phänomene mit seinem Freund, Astrophysiker und Lehrer Albert Melvin Skellett besprochen, der darauf hingewiesen hat, dass das Signal geschienen ist, für eine astronomische Quelle typisch zu sein, die in der Beziehung zu den Sternen auf dem himmlischen Bereich "bestochen" ist" und synchron mit der Sternzeit rotierend. Indem er seine Beobachtungen mit optischen astronomischen Karten verglichen hat, hat Jansky schließlich beschlossen, dass die Radiation aus der Milchstraße kam, und dass es in der Richtung auf das Zentrum der Milchstraße in der Konstellation des Schützen am stärksten war. Er hat auch beschlossen, dass, seitdem er unfähig war, Radiogeräusch von der Sonne zu entdecken, die fremde Radioeinmischung durch interstellares Benzin und Staub in der Milchstraße erzeugt werden kann. Er hat seine Entdeckung 1933 bekannt gegeben. Jansky hat die Funkwellen von der Milchstraße im weiteren Detail untersuchen wollen, aber Glockenlaboratorien haben ihn einem anderen Projekt wiederzugeteilt, so hat er keine weitere Arbeit im Feld der Astronomie getan. Jedoch sind seine Pionieranstrengungen im Feld der Radioastronomie durch das Namengeben der grundsätzlichen Einheit der Flussdichte, der jansky (Jy), nach ihm anerkannt worden.

Grote Reber wurde durch die Arbeit von Jansky begeistert, und hat ein parabolisches Radiofernrohr 9 M im Durchmesser in seinem eigenen Hinterhof 1937 gebaut. Er hat begonnen, indem er die Beobachtungen von Jansky wiederholt hat und hat fortgesetzt, den ersten Himmel-Überblick in den Radiofrequenzen zu führen. Am 27. Februar 1942 hat J.S. Hey, ein britischer Armeeforschungsoffizier, die erste Entdeckung von durch die Sonne ausgestrahlten Funkwellen gemacht. Bis zum Anfang der 1950er Jahre hatten Martin Ryle und Antony Hewish an der Universität von Cambridge das Cambridge Interferometer verwendet, um den Radiohimmel kartografisch darzustellen, das berühmte 2C und 3C Überblicke über Radioquellen erzeugend.

Techniken

Radioastronomen verwenden verschiedene Techniken, um Gegenstände im Radiospektrum zu beobachten. Instrumente können einfach an einer energischen Radioquelle angespitzt werden, um seine Emission zu analysieren. Um ein Gebiet des Himmels ausführlicher "darzustellen", kann vielfaches überlappendes Ansehen registriert werden und pieced zusammen in einem Mosaikimage. Der Typ des verwendeten Instrumentes hängt in großer Zahl vom Signal und dem Betrag des erforderlichen Details ab.

Beobachtungen von der Oberfläche der Erde werden auf Wellenlängen beschränkt, die die Atmosphäre durchführen können. An niedrigen Frequenzen oder langen Wellenlängen wird Übertragung durch die Ionosphäre beschränkt, die Wellen mit Frequenzen weniger widerspiegelt als seine charakteristische Plasmafrequenz. Wasserdampf stört Radioastronomie an höheren Frequenzen, die zu Gebäude von Radiosternwarten geführt hat, die Beobachtungen an Millimeter-Wellenlängen an sehr hohen und trockenen Seiten führen, um den Wasserdampf-Inhalt in der Gesichtslinie zu minimieren.

Radiofernrohre

Radiofernrohre müssen eventuell äußerst groß sein, um Signale mit dem hohen Verhältnis des Signals zum Geräusch zu erhalten. Auch da winkelige Entschlossenheit eine Funktion des Diameters des "Ziels" im Verhältnis zur Wellenlänge der elektromagnetischen Radiation ist, die wird beobachtet, müssen Radiofernrohre im Vergleich mit ihren optischen Kollegen viel größer sein. Zum Beispiel ist optisches Fernrohr eines 1-Meter-Diameters zwei Millionen Male größer als die Wellenlänge des beobachteten Lichtes, ihm eine Entschlossenheit von ungefähr 0.3 Kreisbogen-Sekunden gebend, wohingegen ein Radiofernrohr "Teller" oft, dass Größe abhängig von der Wellenlänge kann, beobachtet hat, nur im Stande zu sein, einen Gegenstand die Größe des Vollmonds (30 Minuten des Kreisbogens) aufzulösen.

Radio interferometry

Die Schwierigkeit, hohe Entschlossenheiten mit einzelnen Radiofernrohren zu erreichen, hat zu Radio interferometry, entwickelt von britischem Radioastronomen Martin Ryle und Ingenieur australischen Ursprungs, radiophysicist, und Radioastronomen Joseph Lade Pawsey und Ruby Payne-Scott 1946 geführt. Überraschend wurde der erste Gebrauch eines Radios interferometer für eine astronomische Beobachtung von Payne-Scott, Pawsey und Lindsay McCready am 26. Januar 1946 mit einer EINZELNEN umgewandelten Radarantenne (Breitseite-Reihe) an 200 MHz in der Nähe von Sydney, Australien ausgeführt. Diese Gruppe hat den Grundsatz einer Seeklippe interferometer verwendet, in dem die Antenne (früher ein WWII Radar) die Sonne am Sonnenaufgang mit der Einmischung beobachtet hat, die aus der direkten Radiation von der Sonne und der widerspiegelten Radiation vom Meer entsteht. Mit dieser Grundlinie von fast 200 Metern haben die Autoren beschlossen, dass die Sonnenstrahlung während der Platzen-Phase viel kleiner war als die Sonnenplatte und aus einem mit einer großen Sonnenfleck-Gruppe vereinigten Gebiet entstanden ist. Die australische Gruppe hat die Grundsätze der Öffnungssynthese in ihrer bahnbrechenden Zeitung angelegt, die Mitte 1946 vorgelegt ist, und hat 1947 veröffentlicht. Der Gebrauch einer Seeklippe interferometer war von zahlreichen Gruppen in Australien, dem Iran und dem Vereinigten Königreich während des Zweiten Weltkriegs demonstriert worden, wer Einmischungsfransen (die direkte Radarrückradiation und das widerspiegelte Signal vom Meer) vom eingehenden Flugzeug beobachtet hatte.

Die Gruppe von Cambridge von Ryle und Vonberg hat die Sonne an 175 MHz zum ersten Mal Mitte des Julis 1946 mit einem Michelson interferometer beobachtet, aus zwei Radioantennen mit dem Abstand von einigen Zehnen von Metern bis zu 240 Meter bestehend. Sie haben gezeigt, dass die Radioradiation kleiner war als 10 Kreisbogen-Minuten in der Größe und auch kreisförmige Polarisation in den Brüchen des Typs I entdeckt hat. Zwei andere Gruppen hatten auch kreisförmige Polarisation in ungefähr derselben Zeit (David Martyn in Australien und Edward Appleton mit J. Stanley Hey im Vereinigten Königreich) entdeckt.

Modernes Radio interferometers besteht aus weit getrennten Radiofernrohren, die denselben Gegenstand beobachten, die zusammen mit koaxialem Kabel, Wellenleiter, Glasfaserleiter oder anderem Typ der Übertragungslinie verbunden werden. Das vergrößert nicht nur das gesammelte Gesamtsignal, es kann auch in einem Prozess genannt die Öffnungssynthese verwendet werden, um Entschlossenheit gewaltig zu vergrößern. Diese Technik arbeitet durch das Superaufstellen (das Einmischen) der Signalwellen von den verschiedenen Fernrohren auf dem Grundsatz, dass Wellen, die mit derselben Phase zusammenfallen, zu einander beitragen werden, während zwei Wellen, die entgegengesetzte Phasen haben, einander annullieren werden. Das schafft ein vereinigtes Fernrohr, das die Größe der Antennen weiter einzeln in der Reihe ist. Um ein hohes Qualitätsimage zu erzeugen, eine Vielzahl von verschiedenen Trennungen zwischen verschiedenen Fernrohren sind erforderlich (die geplante Trennung zwischen irgendwelchen zwei von der Radioquelle so gesehenen Fernrohren wird eine Grundlinie genannt) - so viele verschiedene Grundlinien sind wie möglich erforderlich, um ein gutes Qualitätsimage zu bekommen. Zum Beispiel hat die Sehr Große Reihe 27 Fernrohre, die 351 unabhängige Grundlinien sofort geben.

Sehr Lange Grundlinie Interferometry

In den 1970er Jahren beginnend, haben Verbesserungen in der Stabilität von Radiofernrohr-Empfängern Fernrohren aus aller Welt (und sogar in der Erdbahn) erlaubt, verbunden zu werden, um Sehr Long Baseline Interferometry durchzuführen. Anstatt die Antennen physisch zu verbinden, werden an jeder Antenne erhaltene Daten mit dem Timing der Information gewöhnlich von einer lokalen Atomuhr paarweise angeordnet, und dann für die spätere Analyse auf das magnetische Band oder die Festplatte versorgt. In dieser späteren Zeit werden die Daten mit Daten von anderen ähnlich registrierten Antennen aufeinander bezogen, um das resultierende Image zu erzeugen. Das Verwenden dieser Methode es ist möglich, eine Antenne aufzubauen, die effektiv die Größe der Erde ist. Die großen Entfernungen zwischen den Fernrohren ermöglichen sehr hohen winkeligen Entschlossenheiten, erreicht, tatsächlich viel größer zu werden, als in jedem anderen Feld der Astronomie. An den höchsten Frequenzen, aufgebaute Balken weniger als 1 milliarcsecond sind möglich.

Die herausragende VLBI-Reihe, die heute funktioniert, ist die Sehr Lange Grundlinie-Reihe (mit Fernrohren, die über Nordamerika gelegen sind) und das europäische VLBI Netz (Fernrohre in Europa, China, Südafrika und Puerto Rico). Jede Reihe funktioniert gewöhnlich getrennt, aber gelegentliche Projekte werden zusammen beobachtet, vergrößerte Empfindlichkeit erzeugend. Das wird Globalen VLBI genannt. Es gibt auch ein VLBI Netz, die Lange Grundlinie-Reihe, in Australien funktionierend.

Seit seinem Beginn ist Aufnahme von Daten auf harte Medien die einzige Weise gewesen, die Daten zu bringen, die an jedem Fernrohr zusammen für die spätere Korrelation registriert sind. Jedoch, die Verfügbarkeit heute weltweiter, macht hohe Bandbreite optische Faser-Netze es möglich, VLBI in Realtime zu tun. Für diese Technik (verwiesen auf als e-VLBI) wurde durch den EVN den Weg gebahnt (europäisches VLBI Netz), die jetzt eine steigende Zahl von wissenschaftlichen E-VLBI-Projekten pro Jahr durchführen.

Astronomische Quellen

Radioastronomie hat zu wesentlichen Zunahmen in astronomischen Kenntnissen, besonders mit der Entdeckung von mehreren Klassen von neuen Gegenständen, einschließlich Pulsars, Quasare und Radiomilchstraßen geführt. Das ist, weil Radioastronomie uns erlaubt, Dinge zu sehen, die in der optischen Astronomie nicht feststellbar sind. Solche Gegenstände vertreten einige der am meisten äußersten und energischen physischen Prozesse im Weltall.

Die kosmische Mikrowellenhintergrundradiation wurde auch zuerst mit Radiofernrohren entdeckt. Jedoch sind Radiofernrohre auch verwendet worden, um Gegenstände zu untersuchen, die am Haus, einschließlich Beobachtungen der Sonne und Sonnentätigkeit viel näher sind, und der Planeten Radar-kartografisch darzustellen.

Andere Quellen schließen ein:

• Sonne
• Schütze A, das galaktische Zentrum der Milchstraße
• Aktive galaktische Kerne und Pulsars haben Strahlen von beladenen Partikeln, die Synchrotron-Radiation ausstrahlen
• Das Mischen von Milchstraße-Trauben zeigt häufig weitschweifige Radioemission

• Supernova-Reste können auch weitschweifige Radioemission zeigen
• Der Kosmische Mikrowellenhintergrund ist blackbody Radioemission
• Jupiter

Siehe auch

• Radarastronomie
• Kanal 37

Weiterführende Literatur

Zeitschriften

• Gart Westerhout, Die frühe Geschichte der Radioastronomie. Ann. New York Acad. Sci. 189 Ausbildung in und Geschichte der Modernen Astronomie (August 1972) 211-218 doi 10.1111/j.1749-6632.1972.tb12724.x
• Hendrik Christoffel van de Hulst, Der Ursprung von Funkwellen vom Raum.
• Geschichte der Hochauflösenden Radioastronomie. Jährliche Rezension der Astronomie und Astrophysik, September 2001

Bücher

• Waldmeister T. Sullivan, III, Die frühen Jahre der Radioastronomie. 1984. Eine Sammlung von Artikeln durch Pioniere der Radioastronomie sowie Historiker.
• Waldmeister T. Sullivan, III, Kosmisches Geräusch: Eine Geschichte der Frühen Radioastronomie (Universität von Cambridge Presse; 2009). Eine ausführliche Weltgeschichte des Feldes aus der Zeit vor dem Zweiten Weltkrieg im Laufe 1953.
• Waldmeister T. Sullivan, III, Klassiker in der Radioastronomie. Reidel Publishing Company, Dordrecht, 1982. Nachdrücke von 37 Schlüsselpapieren im Laufe 1954, mit dem umfassenden Kommentar.
• Kristen Rohlfs, Thomas L Wilson, Werkzeuge der Radioastronomie. Springer 2003. 461 Seiten. Internationale Standardbuchnummer 3540403876
• Raymond Haynes, Roslynn Haynes, und Richard McGee, Forscher des Südlichen Himmels: Eine Geschichte der australischen Astronomie. Universität von Cambridge Presse 1996. 541 Seiten. Internationale Standardbuchnummer 0521365759
• Shigeru Nakayama, Eine Soziale Geschichte der Wissenschaft und Technologie im Zeitgenössischen Japan: Transformationsperiode 1970-1979. Trans Pazifische Presse 2006. 580 Seiten. Internationale Standardbuchnummer 1876843462
• David L. Jauncey, Radioastronomie und Kosmologie. Springer 1977. 420 Seiten. Internationale Standardbuchnummer 9027708398
• Allan A. Needell, Wissenschaft, Kalter Krieg und amerikanischer Staat: Lloyd V. Berkner und das Gleichgewicht von Berufsidealen. Routledge 2000. Internationale Standardbuchnummer 905702621X (Hrsg., sieh Kapitel 10, Bundesunterstützung der Privaten Forschung Ausbreitend: Der Fall der Radioastronomie (Seiten 259 - 596))
• Bruno Bertotti, Moderne Kosmologie im Rückblick. Universität von Cambridge Presse 1990. 446 Seiten. Internationale Standardbuchnummer 0521372135 (Hrsg., sieh Aufsätze von Robert Wilson, Entdeckung des kosmischen Mikrowellenhintergrunds und Woodruff T. Sullivans, III, Des Zugangs der Radioastronomie in die Kosmologie: Radiosterne und 309 Martin Ryle 2C Überblick.))
• J. S. Hey, Die Evolution der Radioastronomie. Neale Watson Akademisch, 1973. (Außerdem die Bar Watson Intl, 1975 internationale Standardbuchnummer 0882020307)
• D. T. Wilkinson und P. J. E. Peebles, Serendipitous Entdeckungen in der Radioastronomie. Nationale Radioastronomie-Sternwarte, Grüne Bank, West Virginia, 1983.
• Joseph Lade Pawsey und Ronald Newbold Bracewell, Radioastronomie. Clarendon Press, 1955. 361 Seiten.
• J. C. Kapteyn, P. C. v. d. Kruit, & K. v. Berkel, Das Vermächtnis von J.C. Kapteyn: Studien auf Kapteyn und die Entwicklung der modernen Astronomie. Astrophysik und Raumwissenschaftsbibliothek, v. 246. Dordrecht: Kluwer Akademische Herausgeber 2000.
• Roger Clifton Jennison, Einführung in die Radioastronomie. 1967. 160 Seiten.
• Robin Michael Green, Kugelförmige Astronomie. Universität von Cambridge Presse 1985. 546 Seiten. Internationale Standardbuchnummer 0521317797
• Albrecht Krüger, Einführung in die Sonnenradioastronomie und Radiophysik. Springer 1979. 356 Seiten. Internationale Standardbuchnummer 9027709572

Links

• nrao.edu nationale Radioastronomie-Sternwarte
• Die Geschichte der Radioastronomie * Reber Radiofernrohr - Nationalpark-Dienstleistungen
• Radiofernrohr Entwickelt - eine kurze Geschichte von NASA Raumflugzentrum von Goddard
• Gesellschaft von Amateurradioastronomen
• Vergegenwärtigung von Radiofernrohr-Daten mit der Google Erde
• UnwantedEmissions.com Eine allgemeine Verweisung für Radiospektrum-Zuteilungen, einschließlich der Radioastronomie.
• Die Besserung von Radioastronomie-Images durch die Reihe, die in einer Prozession geht