Крок до нейтронних зірок 1. Вступ

Я вирішив цього літа зробити 1 амбіційний проект -- радіотелескоп. Вперше я побачив ідею домашнього радіотелескопу в книзі Войцеховського за 1977 рік. Але те що я збираюсь зробити цього разу є значно складніше. Мета проекту -- розрахувати і сконструювати антену, приймальний тракт для спостереження пульсарів. Тобто свій, домашній радіотелескоп. З іншої сторони -- це навчитись щось нового і популяризувати науку.

Головне джерело натхнення -- це сайт радіоастрономів-аматорів, ловців пульсарів. Я намагатимусь у доступній формі, українською мовою, максимально детально описати цей шлях: від ідеї до реалізації. Наразі я не знаю чи вдалим буде цей проект, але сподіваюсь, що вам буде цікаво.

Пульсар -- це нейтронна зірка, що утворюється в результаті вибуху наднової. Не всі нейтронні зорі є пульсарами, але частина з них що мають сильні магнітні поля і малий період обертання мажуть випромінювати у радіодіапазоні і їх імпульси можуть бути зареєстровані на землі. Пульсар був відкритий Джоселін Белл в 1967. За саме відкриття пульсарів, за можливості що вони відкривають у дослідженні гравітаційних хвиль уже було отримано 2 нобелівські премії. На підході Pulse timing array (PTA), тому я думаю нобелівки ще будуть.

Взагалі я не спеціаліст по пульсарах, тому гугл -- ваш друг:

• https://en.wikipedia.org/wiki/Pulsar
• http://www.atnf.csiro.au/outreach/education/everyone/pulsars/index.html
• http://www.cv.nrao.edu/course/astr534/Pulsars.html
• http://www.cambridgephysics.org/pulsars/pulsars_index.htm
• http://imagine.gsfc.nasa.gov/science/objects/pulsars1.html

Не в список, але рекомендую популярні лекції Сергія Попова по астрономії і зокрема по нейтронним зорям.

На даний момент відомо понад 2700 пульсарів, але лише частина з них може бути зареєстрована радіоастрономом-любителем і майже не можливо відкрити новий пульсар вдома, хоча ніхто не забороняє мріяти. Наскільки мені відомо, відкриття нових пульсарів не є першочерговою задачею радіоастрономів і зазвичай вони відкриваються коли тарілка радіотелескоа не рухається (планові роботи чи що) і цей телескоп просто сканує небо, аби не простоювати і не втрачати дороцінні години роботи.

Сигнал пульсару є широкополосним імпульсом шуму (від десятків МГц до десятків ГГц ), що повторюється з періодом від 23.5с до 1.4мс. Період пульсара є дуже точним, але сила сигналу є слабенькою. В радоастрономії, одиниця густини потоку є Янський (Jansky, [Jy]), що виражена в потужності на одиницю площі антени і смуги пропускання приймача.

$1 Jy \equiv 10^{-26} \frac{W}{ m^2 Hz}$

Для розуміння, що таке 1 Jy наведу приклад. Для найбільшого сучасного телескопу FAST (500 м у діаметрі) з найбільшою досяжною смугою пропускання в 1ГГц знадобиться 16000 років щоб живити лампочку в 1 Вт протягом 1 секунди (за 100% екфективності антени і 100% іллюмінації)

Типова густина потоку пульсарів вимірюється в mJy. Лише кілька з них перевищують 1 Jy. Найпотужніший пульсар Vela має 5
Jy на 400 МГц.

Цікаво, що перший відкритий пульсар був не найсильніший у списку. Він має 72 місце на 400 МГц і 89 на 1400 МГц. Проте кілька факторів можуть пояснити цей парадокс. По-перше ніхто не шукав пульсари в той час (хоч вони й були теоретично передбачені) і обладнання не мало швидкого часу відгуку, а навпаки усереднювало, щоб позбавитись від земних шумів. Установка ж в Кембриджі, на якій працювала Джоселін Белл, була специфічною, бо вивчала міжпланетні сцинтиляції , що вимагало швидкого часу відгуку -- необхідна характеристика аби побачити імпульс. З іншої сторони антена була на 81.5МГц і мала значну площу (16000 $m^2$ диполів), а перший відкритий пульсар B1919+21 не розмазувався по періоду, бо мав малу міру дисперсії 12.44 (про це буде згодом).

Наразі це все. Наступний запис буде про радіометричне рівняння.