КАК РАЗВИВАЛАСЬ ИНФРАКРАСНАЯ АСТРОНОМИЯ

Содержание

  • 1 Оптическая схема 1.1 Зеркала
  • 1.2 ирование апертуры
  • 2 Телескопы
      2.1 Exosat
  • 2.2 Телескопы жёсткого рентгеновского диапазона
  • 2.3 Телескоп ФИЛИН
  • 2.4 Телескоп SIGMA
  • 2.5 Рентгеновский телескоп АРТ-П
  • 2.6 Фокусирующий рентгеновский телескоп
  • 2.7 HEAO-2
  • 2.8 Чандра
  • 2.9 XMM-Newton
  • 2.10 Спектр-РГ
  • 2.11 XRT на КА Swift (миссия MIDEX)
  • 2.12 Рентгеновский телескоп нормального падения
  • 3 История рентгеновских телескопов
  • 4 См. также
  • 5 Примечания
  • 6 Ссылки
  • Оптическая схема[ | ]

    Из-за большой энергии рентгеновские кванты практически не преломляются в веществе (следовательно, тяжело изготовить линзы) и не отражаются при любых углах падения, кроме самых пологих (88-89 градусов к нормали)[1].

    Рентгеновские телескопы могут использовать несколько методов для фокусирования лучей. Наиболее часто используются телескопы Вольтера (с зеркалами скользящего падения), ирование апертуры и модуляционные (качающиеся) коллиматоры. Ограниченные возможности рентгеновской оптики приводят к более узкому полю зрения по сравнению с телескопами, работающими в диапазонах и видимого света.

    Зеркала[ | ]

    Основная статья: Рентгеновское зеркало

    Использование рентгеновских зеркал для внесолнечной астрономии требует одновременно:

    • возможность определить исходное направление рентгеновского фотона по двум координатам и
    • достаточную эффективность детектирования.

    Зеркала могут быть изготовлены из керамики или металлической фольги. Наиболее часто для рентгеновских зеркал скользящего падения используются золото и иридий. Критический угол отражения сильно зависит от энергии фотонов. Для золота и энергии в 1 кэВ, критический угол составляет 3,72 °.

    ирование апертуры[ | ]

    Основная статья: ирующая апертура

    Многие рентгеновские телескопы используют ирование апертуры для получения изображений. В этой технологии перед матричным детектором устанавливается маска в виде решетки из чередующихся особым образом прозрачных и непрозрачных элементов (например, квадратная маска в виде матрицы Адамара). Данный элемент для фокусировки и получения изображений весит меньше, чем другие варианты рентгеновской оптики (поэтому часто используется на спутниках), но при этом требует большей пост-обработки для получения изображения.

    Типы телескопов[править]

    Название «телескоп» покрывает широкий диапазон оптических устройств и их трудно определить. Они все связаны с электромагнитными издучениями, что может быть изучено или проанализировано опеделённымобразом. Самый общий тип этих устройств — оптический телескоп; другие типы также существуют и упомянуты ниже.

    Оптические телескопы[править]

    Основная статья

    :
    Оптический телескоп
    Восьмидюймовый оптический телескоп

    Оптический телескоп собирает и сосредотачивает свет главным образом в видимой части электромагнитного спектра (хотя захватывается некоторая работа в инфракрасном и ультрафиолетовый диапазоне лечей). Оптические телескопы увеличивают очевидный угловой размер отдаленных объектов так же как их очевидный диапазон яркости объектов. Изображение, которое будет соблюдено, сфотографированно, изученно, и передано в компьютер, рассматривается телескопами, используя один элемент или более с криволинейными поверхностями оптические элементы, обычно сделанные стеклянными линзами или зеркалами для фокусирования света и другого электромагнитного излучения. Оптические телескопы используются в астрономии и во многих неастрономических приборах, включая: теодолиты, монокуляры, бинокли, фотоаппараты и подзорные трубы. Три главных типа:

    • Преломляющий телескоп, который использует линзы, чтобы сформировать изображение.
    • Зеркально-линзовый Катадиоптрический телескоп Vixen VMC200LDG Catadioptric, который использует зеркала, объединенные с линзами, чтобы сформировать изображение. (При тестовом наблюдении звезд после того, как телескоп привели в тепловое равновесие, вокруг звезд, не попавших в фокус, можно было наблюдать кольца Фреснеля, характерные для инструмента с достаточно большим центральным препятствием. Кольца были четкими, хорошо очерченными, при этом не наблюдалось ни астигматизма, ни значительной сферической аберрации. В теории это должно означать, по меньшей мере, что телескоп имеет все признаки отличного прибора).[9]
    • Размышляющий телескоп, который использует связь отражающих зеркал — зеркал при формировании оптического изображения.

    Другие оптические телескопы:

    • Инфракрасные телескопы
    • Телескопы подмиллиметра (Астрономия подмиллиметра или (см. различия проверки правописания) — ветвь наблюдательной астрономии, которая проводится в длинах волны подмиллиметра электромагнитного спектра. Этот диапазон волн находится между далеко-инфракрасными и микроволновыми диапазонами волн, то есть между несколькими сотнями микрометров и миллиметром.)
    • Ультрафиолетовые телескопы
    • Блок формирования изображений Френели

    Радио телескопы[править]

    Основная статья

    :
    Радио-телескоп
    Очень «Большое Множество» в Socorro, Нью-Мексико, Соединенных Штатах.

    Радио-телескопы — направленные радио-антенны, используемые для радио-астрономии. Тарелки иногда строятся из токопроводящей проволочной сетки, габарит которой являются меньшими, чем наблюдаемая длина волны. Телескопы Радио комплекса построены из пар или больших групп этих тарелок, чтобы синтезировать большие действительные апертуры, которые являются подобными в размере разделению между телескопами; этот процесс известен как апертурный синтез. На 2005 применяются телескопы, у которых текущий рекордный размер множества, который во много раз больше, чем ширина земли с базовой очень длинной интерферометрией основания в месте (VLBI), типа японских HALCA (Высоко Передовая Лаборатория для Коммуникаций и Астрономии). VSOP — (Программа Обсерватории Места VLBI) спутник. Апертурный синтез теперь также применяется для оптических телескопов, использующая оптические интерферометры (множества оптических телескопов) и апертуры, маскирующей интерферометрию в единственных телескопах отражения. Радио-телескопы также используются, чтобы сфокусировать микроволновую радиацию, когда любой видимый свет затруднен или слаб, например, свет типа от квазаров. Некоторые радио-телескопы используются в соответствии с программами, Например SETI и Обсерватории Arecibo, чтобы искать внеземную жизнь.

    Телескопы астрономические[править]

    Обсерватория Einstein, телескоп рентгена первоначально назвал HEAO B (Высокая Энергия Астрофизическая Обсерватория B)
    Высокоэнергетическая астрономия требует, чтобы специализированные телескопы сделали наблюдения, приближенными к реальным процессам, происходяшими с этими частицами в большинстве металлов и природных образцах.

    Телескопы рентгена используют телескопы Wolter, составленные из кольцевых ‘глядящих’ зеркал, сделанных из тяжелых металлов, которые являются в состоянии отразить лучи только несколько степеней. Зеркала — обычно секция вращаемой параболы и гиперболы, или эллипса. В 1952, Ханс Уолтер выделил 3 способа, которыми телескоп мог быть построен, используя только этот вид зеркала.[10][11]

    Телескопы луча гаммы воздерживаются от сосредоточения полностью и используют закодированные маски апертуры: образцы тени, которую маска создает и которые могут быть восстановлены, чтобы сформировать изображение.

    Рентген и телескопы Луча гаммы находятся обычно на Земных-орбитальных спутниках или честолюбивых воздушных шарах, так как атмосфера Земли непрозрачна к этой части электромагнитного спектра.

    В других типах высоких телескопов для исследований частицы энергии нет необходимости применения оптической системы, для получения изображений частицы. Телескопы космического луча обычно состоят из множества различного рода фотодатчиков, воспринимащих электомагнитный излучения, распространяющиеся в большом диапазоне электромагнитных волн. Телескоп Нейтрино состоит из большой массы воды или льда, окруженного множеством чувствительных легких датчиков, известных как трубы фотомножителя.

    Новые направления в телескопии[править]

    Рис.2,Схема Лазерного рентгеновского микроскопа будущего
    Будущее лазерной рентгеноскопии и телескопии связано с возможностью настройки сжатия и получения «жёстких» рентгеновских лучей, применяемых в диапазоне разных длин волн включая длину волны 0,1. Применение лазерной Х-микроскопии позволяет фотографировать непрозрачные элементы благодаря образцам дифракции, получаемым в результате взрыва частиц фотонами рентгеновского лазера с диаметром луча в 0,1 . Получаемое при взрыве облачко частиц в возбужденном плазменном (мгновенном) состоянии успевает фиксироваться детектором в виде дифракционных картинок, принявшим поток электромагнитных волн взорванной частицы. Попадая в аналогоцифровой преобразователь (АЦП) с помощью гидродинамической модели вычислинений получают оцифрованное изображение, например, молекулы и в виде файла передаются в компютер и на экран монитора (См. Рис.2). При этом белок с поперечником в 2 нанометра взрывался после того, как его облучили 20-фемтосекундным лазерным рентгеновским импульсом мощностью 12-килоэлектронвольт. Кроме того, достижения в области разработок и создания линз фокусировки и преломления Х-лучей позволит повысить разрешение микроскопов и телескопов с уменьшением длины волны опорного излучения менее 0,1

    (Рентгеновская оптика преломления).[12]

    Другие виды телескопов[править]

    Приборы (телескопы) ночного видения[править]

    Основная статья

    :
    Подзорная труба
    Основная статья

    :
    Приборы ночного видения
    Прибор ночного видения с ИК осветителем

    Подзорные трубы, Приборы ночного видения

    (телескопы) — например, аналог подзорной трубы (оптического прицела, реже — бинокля, работающие как телеобъектив, предназначеные для работы в ночных условиях, или при малой освещённости. Действие основано на принципе многократного усиления яркости изображения в области видимого и ближнего ИК излучения с помощью электронно-оптических преобразователей (ЭОП). [13]

    Телескопы[ | ]

    Установка SIGMA обсерватории Гранат Размещение телескопа Swift

    Exosat[ | ]

    Основная статья: Exosat

    На борту Exosat размещено два низкоэнергетических рентгеновских телескопа типа Wolter I с возможностью получения изображений. В фокальной плоскости могут быть установлены

    • позиционно-чувствительный пропорциональный счётчик (PSD, position-sensitive proportional counter)
    • многоканальный усилитель (CMA, channel multiplier array).[2]

    Телескопы жёсткого рентгеновского диапазона[ | ]

    См. OSO 7
    На борту Седьмой орбитальной солнечной обсерватории

    (OSO 7) находился рентгеновский телескоп жёсткого диапазона. Характеристики: диапазон энергий 7 — 550 кэВ, поле зрения 6,5° эффективная площадь ~64 см²

    Телескоп ФИЛИН[ | ]

    Основная статья: Салют-4 § Рентгеновские инструменты

    Телескоп ФИЛИН, установленный на станции Салют-4, состоял из трёх газовых пропорциональных счётчиков с общей рабочей площадью 450 см², диапазон энергий 2-10 кэВ, и одного с рабочей площадью 37 см², диапазон энергий 0,2-2 кэВ. Поле зрения было ограничено щелевым коллиматором полушириной 3° x 10°. Инструменты включали фотоэлементы, смонтированные вне станции вместе с датчиками. Измерительные модули и питание были расположены внутри станции.

    Калибровка датчиков по наземным источникам производилась параллельно с полётными операциями в трёх режимах: инерциальная ориентация, орбитальная ориентация и обзор. Данные собирались в четырёх энергетических диапазонах: 2-3,1 кэВ, 3,1-5,9 кэВ, 5,9-9,6 кэВ и 2-9,6 кэВ на больших детекторах. Малый датчик имел ограничители, устанавливаемые на уровни 0,2, 0,55, 0,95 кэВ.

    Телескоп SIGMA[ | ]

    Основная статья: Гранат (обсерватория) § SIGMA

    Телескоп жесткого рентгеновского и низкоэнергетического гамма-диапазона SIGMA покрывает диапазон 35-1300 кэВ[3] с эффективной площадью 800 см² и полем зрения максимальной чувствительности ~5° × 5°. Максимальное угловое разрешение 15 минут дуги[4] Энергетическое разрешение — 8 % при 511 кэВ.[5] Благодаря сочетанию ирующей апертуры и позиционно-чувствительных датчиков на основе принципов камеры Ангера, телескоп способен строить изображения.[6]

    Рентгеновский телескоп АРТ-П[ | ]

    Установка АРТ-П обсерватории Гранат
    Основная статья: Гранат (обсерватория) § АРТ-П

    Рентгеновский телескоп АРТ-П покрывает диапазон энергий от 4 до 60 кэВ (изображения) и от 4 до 100 кэВ (спектроскопия и измерения временных параметров). Состоит из четырёх идентичных модулей, содержащих позиционно чувствительный пропорциональный счётчик и ирующую маску типа URA. Каждый модуль имеет эффективную площадь около 600 см², соответствующую полю зрения 1,8° x 1,8°. Угловое разрешение — 5 минут дуги, временное — 3,9 мс, энергетическое — 22 % при 6 кэВ.[7] Инструмент достиг чувствительности в 0.001 потока Крабовидной туманности при восьмичасовой экспозиции. Максимальное временное разрешение — 4 мс.[6][5]

    Фокусирующий рентгеновский телескоп[ | ]

    См. также: Broad Band X-ray Telescope и Колумбия STS-35

    Широкополосный рентгеновский телескоп (BBXRT) был выведен на орбиту шаттлом Колумбия (STS-35) как часть полезной нагрузки ASTRO-1. BBXRT был первым фокусирующим телескопом, действующим в широком энергетическом диапазоне 0,3-12 кэВ со средним энергетическим разрешением 90 эВ при 1 кэВ и 150 эВ при 6 кэВ. Два сонаправленных телескопа с сегментированным твердотельным спектрометром Si(Li) каждый (детекторы A и B), состоящим из пяти пикселей. Общее поле зрения 17.4’ в диаметре, поле зрения центрального пикселя 4’ в диаметре. Общая площадь: 765 см² при 1,5 кэВ, 300 см² при 7 кэВ.

    HEAO-2[ | ]

    Основная статья: HEAO-2

    Первая в мире орбитальная обсерватория с зеркалами с скользящим отражением рентгеновских фотонов. Запущена в 1978 году. Эффективная площадь около 400 кв.см на энергии 0.25 кэВ и около 30 кв.см на энергии 4 кэВ.

    Чандра[ | ]

    Основная статья: Чандра (телескоп)

    XMM-Newton[ | ]

    Основная статья: XMM-Newton

    Спектр-РГ[ | ]

    Основная статья: Спектр-РГ

    XRT на КА Swift (миссия MIDEX)[ | ]

    Swift XRT содержит телескоп скользящего падения Wolter I для фокусировки рентгеновских лучей на ПЗС-матрице
    Основная статья: Swift (космический аппарат) § Инструменты

    Необходимо проверить качество перевода и привести статью в соответствие со стилистическими правилами Википедии.

    Вы можете помочь улучшить эту статью, исправив в ней ошибки. Оригинал не указан. Пожалуйста, укажите его.

    Телескоп XRT на борту КА Swift миссии MIDEX (диапазон энергий 0.2-10 КэВ) использует телескоп Вальтера 1-го типа для фокусирования рентгеновских лучей на термоэлектрически охлаждаемую ПЗС-матрицу. [8] Научный инструмент разработан с целью измерения потока, спектра и кривых светимости гамма-всплесков (GRB) и их послесвечений в широком динамическом диапазоне, покрывающем более 7 ступеней интенсивности потока. XRT способен определять координаты вспышек с точностью до 5 секунд дуги в течение 10 секунд после захвата цели (для типичного всплеска) и может изучать рентгеновскую составляющую гамма-всплеска, начиная с 20-70 секунды после обнаружения вспышки и на протяжении нескольких дней или недель.

    Общая длина телескопа — 4,67 метра, фокусное расстояние 3500 мм, диаметр 0,51 метра.[8] Первичный структурный элемент — алюминиевая оптическая скамья interface flange at the front of the telescope, которая поддерживает переднюю и заднюю трубы телескопа, зеркальный модуль, отражатель электронов, внутренняя выравнивающая (?) наблюдательная оптика и камера; плюс точки крепления к обсерватории Swift.[8]

    Труба телескопа диаметром 508 мм сделана из двух секций графитовых волокон и циановых эфиров. Внешний слой из графитовых волокон создан уменьшить продольный коэффициент теплового расширения, тогда как внутренняя сложная труба облицована изнутри парозащитным барьером (vapor barrier) из алюминиевой фольги от проникновения внутрь телескопа водяных паров или эпоксидных загрязнителей.[8] XRT содержит переднюю часть, окружённую зеркалами и держащую затворную сборку и астронавигационный блок, и заднюю, держащую камеру фокальной плоскости (focal plane camera) и внутренний оптический экран.[8]

    Зеркальный модуль содержит 12 вложенных зеркал скользящего падения типа Wolter I, закреплённых на передних и задних крестовинах. Пассивно нагреваемые зеркала — позолоченные никелевые оболочки длиной 600 мм и диаметром от 191 до 300 мм.[8]

    X-ray imager имеет эффективную площадь 120 см2 на 1,15 кэВ, поле зрения 23,6 x 23,6 угловых минут и угловое разрешение (θ) 18 секунд дуги на диаметре половинной мощности (HPD, half-power diameter). Чувствительность детектора — 2⋅10−14 эрг см−2с−1 104 секунд. Функция рассеяния точки (PSF, point spread function) зеркала — 15 секунд дуги HPD в фокусе (1,5 кэВ). Зеркало слегка расфокусировано для более равномерной PSF по всему полю зрения, как следствие, PSF инструмента 18 секунд дуги.

    Рентгеновский телескоп нормального падения[ | ]

    Космические телескопы

    В инфракрасном диапазоне также сильно поглощение в атмосфере, однако, в области 2-8 мкм имеется некоторое количество окон прозрачности (как и в миллиметровом диапазоне), в которых можно проводить наблюдения. Кроме того, поскольку большая часть линий поглощения в инфракрасном диапазоне принадлежит молекулам воды, инфракрасные наблюдения можно проводить в сухих районах Земли (разумеется, на тех длинах волн, где образуются окна прозрачности в связи с отсутствием воды). Примером такого размещения телескопа может служить Южнополярный телескоп (англ. South Pole Telescope), установленный на южном географическом полюсе, работающий в субмиллиметровом диапазоне.

    В оптическом диапазоне атмосфера прозрачна, однако из-за Рэлеевского рассеяния она по-разному пропускает свет разной частоты, что приводит к искажению спектра светил (спектр сдвигается в сторону красного). Кроме того, атмосфера всегда неоднородна, в ней постоянно существуют течения (ветры), что приводит к искажению изображения. Поэтому разрешение земных телескопов ограничено значением приблизительно в 1 угловую секунду, независимо от апертуры телескопа. Эту проблему можно частично решить применением адаптивной оптики, позволяющей сильно снизить влияние атмосферы на качество изображения, и поднятием телескопа на большую высоту, где атмосфера более разреженная — в горы, или в воздух на самолетах или стратосферных баллонах. Но наибольшие результаты достигаются с выносом телескопов в космос. Вне атмосферы искажения полностью отсутствуют, поэтому максимальное теоретическое разрешение телескопа определяется только дифракционным пределом: φ=λ/D (угловое разрешение в радианах равно отношению длины волны к диаметру апертуры). Например, теоретическая разрешающая способность космического телескопа с зеркалом диаметром 2.4 метра (как у телескопа Хаббл) на длине волны 555 нм составляет 0.05 угловой секунды (реальное разрешение Хаббла в два раза хуже — 0.1 секунды, но все равно на порядок выше, чем у земных телескопов).

    Вынос в космос позволяет поднять разрешение и у радиотелескопов, но по другой причине. Каждый радиотелескоп сам по себе обладает очень маленьким разрешением. Это объясняется тем, что длина радиоволн на несколько порядков больше, чем видимого света, поэтому дифракционный предел φ=λ/D намного больше, даже несмотря на то, что размер радиотелескопа тоже в десятки раз больше, чем у оптического. Например, при апертуре 100 метров (в мире существуют только два таких больших радиотелескопа) разрешающая способность на длине волны 21 см (линия нейтрального водорода) составляет всего 7 угловых минут, а на длине 3 см — 1 минута, что совершенно недостаточно для астрономических исследований (для сравнения, разрешающая способность невооруженного глаза 1 минута, видимый диаметр Луны — 30 минут). Однако, объединив два радиотелескопа в радиоинтерферометр, можно существенно повысить разрешение — если расстояние между двумя радиотелескопами (так называемая база радиоинтерферометра

    ) равна L, то угловое разрешение определяется уже не формулой φ=λ/D, а φ=λ/L. Например при L=4200 км и λ=21 см максимальное разрешение составит около одной сотой угловой секунды. Однако, для земных телескопов максимальная база не может, очевидно, превышать диаметр Земли. Запустив один из телескопов в дальний космос, можно значительно увеличить базу, а следовательно, и разрешение. Например, разрешение космического телескопа Радиоастрон при работе совместно с земным радиотелескопом в режиме радиоинтерферометра (база 390 тыс. км) составит от 8 до 500 микросекунд дуги в зависимости от длины волны (1,2-92 см). (для сравнения — под углом 8 мкс виден объект размером 3 м на расстоянии Юпитера, или объект размером с Землю на расстоянии Альфа Центавра).

    Примечания[ | ]

    1. X-ray Telescopes (англ.) (недоступная ссылка). NASA (2013). Дата обращения 10 августа 2020. Архивировано 13 декабря 2016 года.
    2. Hoff H. A.
      Exosat — the new extrasolar x-ray observatory // J Brit Interplan Soc (Space Chronicle).. — 1983. — Август (т. 36, № 8). — С. 363—367.
    3. Overview of two-year observations with SIGMA on board GRANAT (англ.) // Astron Astrophys Supplement Series : journal. — 1993. — No. 97.
    4. Revnivtsev M. G., Sunyaev R. A., Gilfanov M. R., Churazov E. M., Goldwurm A., Paul J., Mandrou P., Roques J. P.
      A hard X-ray sky survey with the SIGMA telescope of the GRANAT observatory (англ.) // Astronomy Letters : journal. — 2004. — Vol. 30. — P. 527—533. (недоступная ссылка)
    5. 12
      International Astrophysical Observatory «GRANAT»
      (неопр.)
      . IKI RAN. Дата обращения 5 декабря 2007.
    6. 12
      GRANAT
      (неопр.)
      . NASA HEASARC. Дата обращения 5 декабря 2007. Архивировано 14 апреля 2012 года.
    7. Molkov, S.V., Grebenev, S.A., Pavlinsky, M.N., Sunyaev. «GRANAT/ART-P OBSERVATIONS OF GX3+1: TYPE I X-RAY BURST AND PERSISTENT EMISSION», Mar 1999. 4pp. arXiv e-Print (astro-ph/9903089v1).
    8. 123456Burrows D. N., Hill J. E., Nousek J. A., Kennea J. A., Wells A., Osborne J. P., Abbey A. F., Beardmore A., Mukerjee K., Short ADT, Chincarini G., Campana S., Citterio O., Moretti A., Pagani C., Tagliaferri G., Giommi P., Capalbi M., Tamburelli F., Angelini L., Cusumano G., Bräuninger H. W., Burkert W., Hartner G. D.
      The
      Swift
      X-ray Telescope // Space Sci Rev.. — 2005. — Октябрь (т. 120, № 3—4). — С. 165—195. — doi:10.1007/s11214-005-5097-2.
    Рейтинг
    ( 2 оценки, среднее 4 из 5 )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями: