up
Search      menu
ستاره شناسی :: مقاله راديوتلسکوپها PDF
QR code - راديوتلسکوپها

راديوتلسکوپها

ساختار فني راديوتلسکوپها

راديوتلسکوپها همانند دستگاه هاي راديويي معمولي که در تمام منازل يافت مي شود، کار مي کنند. اما ميان اين دو وسيله، دو تفاوت عمده وجود دارد. اول امواجي که راديو تلسکوپها مجبور به آشکار سازي آنها هستند، بسيار ضعيف بوده و دوم راديوتلسکوپها بايد تمام سيگنالهاي دريافتي را براي آناليزهاي بعدي ذخيره نمايند. از نظر ساختماني، يک راديوتلسکوپ را مي توان به هشت قسمت اصلي و مهم زير تقسيم بندي نمود:
۱) آنتن
۲) پيش تقويت کننده يا آمپلي فاير اوليه
۳) مخلوط کننده
۴) نوسان ساز
۵) تقويت کننده موج متوسط يا آي اِف
۶) آشکارساز مجذوري
۷) تقويت کننده DC
۸) ابزار ضبط اطلاعات
● آنتن
در عالم الکترونيک، آنتن به سيستمي مشتمل بر سيمها و يا ساير اجسام هادي گفته مي شود که جهت ارسال و يا دريافت امواج راديويي يا ساير طول موجهاي امواج الکترومغناطيسي به کار مي روند. اين ايده اولين بار توسط گاگليلمو مارکوني در سال ۱۸۹۷ ارائه شد.
در يک آنتن فرستنده، سيگنالهاي رسيده از مدار الکتريکي باعث نوسان الکترونها در آنتن مي شوند. حرکت بار الکتريکي باعث توليد ميدان الکترومغناطيسي در اطراف خود شده و اين ميدان به نوبه خود امواج الکترومغناطيسي را در جهت خاصي که به طراحي آنتن بستگي دارد پخش مي کند. براي مثال آنتن ايستگاه هاي راديويي به گونه اي طراحي مي شوند تا امواج را در تمام جهات به طور يکسان پخش نمايند اما از آن سو آنتن هاي يک دستگاه رادار امواج را در جهت خاصي منتشر مي نمايد.
در آنتنهاي گيرنده، مسير بر عکسي براي توليد جريان در مدار آنتن طي مي شود. ابتدا امواج الکترومغناطيسي به گونه اي باعث تحريک الکترونها مي شوند که جريان القايي در مدار آنتن توليد مي گردد، سپس اين جريان در مدارهاي الکتريکي خاصي تقويت و فيلتر شده و در نهايت اطلاعات آن استخراج مي شود.
در راديو تلسکوپها و يا در تلسکوپهاي راداري، معمولا از آنتن هاي بشقابي براي دريافت امواج استفاده مي کنند. آنتن راديوتلسکوپها آشکارترين بخش آن هستند. آنها موظفند امواج راديويي فوق العاده ضعيفي را که از اعماق فضا به زمين مي رسد جمع آوري نمايند. اغلب اين آنتن ها بسيار بزرگ هستند تا تلسکوپ قادر به نگاه دقيقتر و عميقتري به فضا باشد.
● پيش تقويت کننده
سيگنالهاي راديويي گسيل شده از فضا بسيار ضعيف هستند. ضعف اين سيگنالها زماني بيشتر نمايان مي شود که بدانيم اگر تمامي انرژي حاصل از دريافت اين سيگنالها را از ابتداي تاريخ مشاهده فضا با تلسکوپهاي راديويي، با هم جمع کنيم به سختي قادر به آتش زدن يک چوب کبريت خواهيم شد. متوسط انرژي سيگنالهاي راديويي که از فضا دريافت مي شوند در حدود ۵-۱۰*۲ وات مي باشد.
براي اندازه گيري و مشاهده چنين سيگنال ضعيفي بايد آنچه را که دريافت مي کنيم ميليونها بار تقويت نماييم. اما مشکل زماني خود را نشان مي دهد که بدانيم ابزارهاي الکتريکي که در راديوتلسکوپها مورد استفاده قرار مي گيرند، در زمان عملکرد نويزهاي ضعيف و قوي فراواني توليد مي کنند. اگر قادر به تشخيص و حذف اين اغتشاشات نباشيم، در فرآيند تقويت امواج، آنها نيز به شدت تقويت مي شوند و امواج ضعيف دريافتي در پس امواج قوي اغتشاشي ناپديد مي گردند.
نقش پيش تقويت کننده ها تقويت محدوده خاصي از امواج به گونه اي است که کمترين اغتشاش را به آنها وارد کند. به همين دليل اغلب، اين تقويت کننده را تقويت کننده کم اغتشاش مي نامند.
براي کاهش اغتشاشات، معمولا از ترانزيستورهاي بسيار ويژه اي در اين تقويت کننده ها استفاده مي شود و در ضمن، با سرد کردن آنها تا دماهاي نزديک به صفر مطلق، سعي مي کنند تا جاييکه امکان دارد اغتشاشات کمتري توليد شود.
● مخلوط کننده
وظيفه مخلوط کننده کاهش و تغيير فرکانس سيگنالهاي دريافتي از پيش تقويت کننده مي باشد. اين کار به دو دليل انجام مي گيرد. اول اينکه از نظر تکنولوژيکي، ساخت تقويت کننده ها، فيلترها و ساير قطعات الکترونيکي که قادر به کار با امواج فرکانس بالا باشند، سخت و گران است. دوم اينکه اگر ما تمام تقويتها را با فرکانسي که دريافت مي کنيم انجام دهيم، امکان بازگشت امواج به آنتن و توليد پس خور به شدت افزايش خواهد يافت. اين اثر مشابه حالتي است که يک سخنران ميکروفن را بسيار نزديک به دهان نگه دارد.
براي انجام اين کار مخلوط کننده موظف است تا سيگنالهاي دريافتي از پيش تقويت کننده را روي سيگنالهايي با طول موج بالا و فرکانس پايين که از دستگاه نوسان ساز دريافت مي کند، سوار نمايد. اين کار در مخلوط کننده به دو شکل و همزمان صورت مي گيرد به اين معني که مخلوط کننده دو موج خروجي دارد که يکي حاصل جمع دو ورودي و ديگري حاصل تفريق آنها است. با گذراندن اين دو خروجي از يک فيلتر، هرکدام که فرکانس کمتري داشت، انتخاب شده و به عنوان سيگنال ورودي به تقويت کننده آي اِف فرستاده خواهد شد.
● نوسان ساز
اکثر راديو تلسکوپها از نوسان سازهاي کوارتزي استفاده مي کنند. مزيت عمده استفاده از کريستالهاي کوارتز در توليد نوسان، پايداري خوب و اغتشاش کم در خروجي آنها است. از آنجايي که طبيعت راديو تلسکوپها اقتضا مي کند تا در باند پهني از امواج عمل نمايند، اغتشاش اندکي در نوسان توليدي، قابل اغماض مي باشد .اگرچه اغتشاشات آنقدر بزرگ نيستند که توليد مزاحمت نمايند اما بايد مراقب بود که اين اغتشاشات، نويزهاي طبيعي سيستم را تشديد ننمايند، چراکه در آن صورت سيگنالهاي خروجي تلسکوپ تغيير خواهد کرد و اغتشاشات همانند دريافت واقعي تفسير خواهند شد.
● تقويت کننده آي اِف
در يک تقويت کننده موج متوسط با استفاده از فيلترهاي مخصوصي، تنها به محدوده اي خاص از امواج اجازه عبور مي دهند. اگرچه محدوديتي در انتخاب فرکانس کاري تقويت کنندهاي آي اِف وجود ندارد اما معمولا فرکانسهاي ۷۰، ۴۵، ۴ ۲۱ و ۷ ۱۰ مگاهرتز در آنها به عنوان فرکانس کاري در نظر گرفته مي شود. با اين کار فرکانسهاي زائد حذف شده و محدوده خاصي که مورد نظر است به شدت تقويت و آشکار مي شود.
در راديوهاي رايج، مداري وجود دارد که به مجموعه آن کنترل خودکار بهره مي گويند. اين مدار براي دريافت صدايي واضحتر و شفافتر، تغييرات اندک و ناچيز در قدرت سيگنالهاي دريافتي راحذف مي کند. در رصد راديويي اين تغييرات اندک و جزئي دقيقا همان چيزي است که ناظران به دنبال آن هستند. بنابراين زماني که از راديوهاي معمولي براي رصدهاي راديويي استفاده مي گردد، اين مدار را بايد از کار انداخت.
● آشکارسازهاي مجذوري
اگر فرکانس خروجي تقويت کننده آي اِف را به يک ولت سنج جريان مستقيم وصل کنيم، صفحه نمايشگر مقدار صفر را نشان خواهد داد. اين امر به دليل ماهيت نوساني فرکانس است که زماني بيش از صفر و زماني کمتر از صفر است.
براي اينکه قادر باشيم تعريف خوب و قابل درکي از انرژي دريافتي از آسمان ارائه دهيم، معمولاً از قطعه ساده اي براي هم علامت کردن و يا حذف قسمت منفي موج استفاده مي کنيم. در اکثر راديوتلسکوپها اين قطعه ساده که يک ديود معمولي است، فقط به جريانهايي با ولتاژ مثبت اجازه عبور مي دهد. به اين ترتيب ولتاژي که ولت سنج نشان مي دهد برابر با جذر ولتاژ ورودي است.
● تقويت کننده جريان مستقيم
در طي فرآيند مستقيم سازي ولتاژ و همچنين قبل از آن، مقادير زيادي اغتشاش ناشي از عملکرد ابزارهاي الکترونيکي به موج اصلي اضافه مي شود. از آنجايي که قدرت امواج دريافت شده از فضا بسيار ضعيف است، در لواي اغتشاشات هر چند کوچک پنهان خواهد شد.
براي کم رنگ کردن اين موضوع معمولا از انتگرالگيرهايي با پله زماني معلوم استفاده مي کنند. اين امر باعث مي شود که قله هاي بسيار بزرگ اغتشاشات روي سطح ملايم موج اصلي سرشکن شود و تنها اندکي قدرت موج دريافتي را تغيير دهد.
● ابزارهاي ذخيره اطلاعات
اطلاعات به دست آمده بعد از اين همه فرآيند و آناليز، بسيار ارزشمند بوده و بايد در جايي ذخيره شوند. اين اطلاعات که معمولا ماتريس دو ستونه اي از ولتاژ بر حسب زمان هستند را در قديم توسط قلمهاي خودکار و بر روي کاغذهاي بسيار طويل به شکل نمودار ذخيره مي کردند. امروزه اين روش تقريبا منسوخ شده و اطلاعات بعد از تبديل به سيگنالهاي ديجيتال در يک کامپيوتر ذخيره و نگهداري مي شوند.
اطلاعات ذخيره شده معمولا عبارتند از ولتاژ، پله زماني دريافت، زمان دقيق ثبت اطلاعات و در نهايت دما. دماي محيط و سيستم در آناليز اطلاعات ذخيره شده بسيار مهم است چون همانطور که تا به حال توضيح داده شد، دما نقش زيادي در توليد اغتشاشات الکتريکي دارد.
حاصل نگريستن به آسمان با يک راديوتلسکوپ، عددي است که نماينده قدرت امواج دريافتي از آن محدوده مي باشد. اگر زاويه ديد راديو تلسکوپ مورد استفاده ۱ درجه باشد، با هر بار رصد مقدار عددي ولتاژي را به دست مي آوريم که متناظر با قدرت امواج راديويي گسيل شده از آن منطقه است. حال مي توان با چرخاندن راديوتلسکوپ و دريافت اطلاعات ساير نقاط در آن حوالي، نقشه راديويي منطقه اي از آسمان را تهيه کرد. اين نقشه راديويي، ماتريسي از اعداد است که با توجه به زاويه ديد تلسکوپ، وسعت مشخصي از فضا را در بر مي گيرد. هر قدر زاويه ديد تلسکوپ کوچکتر باشد، قدرت تفکيک تصاوير حاصل از آن افزايش مي يابد. جدول زير نمونه اي از اطلاعات ذخيره شده از آسمان را نمايش مي دهد که مي تواند يک کهکشان دوردست باشد:
۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰
۰ ۰ ۰ ۱ ۰ ۰ ۰
۰ ۰ ۱ ۲ ۱ ۰ ۰
۰ ۱ ۲ ۳ ۱ ۱ ۰
۰ ۱ ۲ ۴ ۲ ۱ ۰
۰ ۱ ۳ ۵ ۳ ۲ ۱
۰ ۱ ۲ ۵ ۴ ۲ ۱
۰ ۱ ۲ ۴ ۵ ۴ ۱
۰ ۱ ۲ ۳ ۴ ۳ ۲
۰ ۱ ۲ ۲ ۳ ۲ ۱
۰ ۱ ۲ ۲ ۲ ۲ ۱
۰ ۱ ۱ ۱ ۲ ۱ ۰
۰ ۰ ۱ ۱ ۲ ۱ ۰
۰ ۰ ۰ ۱ ۱ ۰ ۰
۰ ۰ ۰ ۰ ۱ ۰ ۰
۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰ ۰
نمايش عددي يک چشمه راديويي توسط ماتريسي از اعداد

راديوتلسکوپها همانند دستگاههاي راديويي معمولي که در تمام منازل يافت ميشود، کار ميکنند. اما ميان اين دو وسيله، دو تفاوت عمده وجود دارد. اول امواجي که ر ...

رد گيري منبع اين صدا ، فکر يانسکي را به خود مشغول ساخت. او خورشيد را مورد بررسي قرار داد، ولي دريافت که صداي خش خش ناشي از ستارگان است و نه مخصوصا د ...

مقدمه درست همانطور که تلسکوپهاي اپتيکي جديد و بزرگ امروزي مستقيما از نمونه‌هاي اوليه ساخته شده توسط گاليله ، نيوتن تکامل يافته‌اند، راديو تلسکوپهاي بز ...

دانلود نسخه PDF - راديوتلسکوپها