Компьютерра - Журнал "Компьютерра" №725

Диаграмма направленности. Каждый элемент антенной решетки сам по себе способен принимать радиоволны с любого направления. При суммировании сигналов от нескольких элементов у системы появляется пространственная избирательность, то есть свойство усиливать сигнал, приходящий с одного направления, и ослаблять с другого за счет интерференции. Антенная решетка, элементы которой снабжены регулируемыми линиями задержки в тракте прохождения сигналов, за счет интерференции их с заранее рассчитанными фазами на входе приемника, обладает возможностью выбора нужного направления приема. Диаграмма направленности, собственно, и показывает величину усиления (ослабления) сигнала в зависимости от его направления.

Лепестки диаграммы направленности - их еще называют "лучи" - отдельные направления, с которых антенная решетка принимает сигнал с бо,льшим усилением. Соответственно, с главного направления диаграммы антенна принимает сигнал с максимальным усилением. Однако физика интерференционных процессов определяет наличие и так называемых боковых лепестков диаграммы направленности антенной решетки - дополнительных направлений, с которых антенна также "охотно" принимает сигналы. На практике боковые лепестки мешают приему, так как направлены не на основной объект наблюдения и принимают не те сигналы, которые хотелось бы…

Ионосферные флуктуации. Ионизированный слой земной атмосферы, называемый ионосферой, весьма подвижен и оказывает значительное влияние на прохождение радиоволн из космоса до поверхности земли. Постоянные, случайные изменения характеристик этого атмосферного слоя носят название ионосферных флуктуаций. Последние же приводят к возникновению столь же случайных амплитудных и фазовых помех приему сигналов из космоса.

Видимо? Не видимо!..

Автор: Юрий Нешпор

Астрофизика занимается исследованиями физических процессов, протекающих внутри и в окрестностях различных объектов Вселенной, причем мы знаем, что многие из этих процессов невозможно воспроизвести в земных условиях - отсюда особый интерес к "экстремальным", высокоэнергетическим проявлениям физической природы Мироздания.

Автор работает заместителем заведующего лабораторией гамма-астрономии Крымской астрофизической обсерватории

В глубинах космоса можно встретить магнитные поля всего в 10–6 гаусс, то есть в миллионы раз слабее магнитного поля Земли, но встречаются и 1012 гаусс, то есть их напряженность в тысячи миллиардов раз больше магнитного поля Земли. Объекты с такими полями, как правило, излучают огромное количество энергии. Например, галактики с активными ядрами излучают до 1046 эрг/с, что во многие миллиарды раз больше энергии, которую излучает наше Солнце.

Надо сказать, что многие излучающие объекты "светят" в широком диапазоне частот, их "видят" обычные и радиотелескопы, однако некоторые из них загадочным образом "черны". Впервые мы узнали об их существовании лишь благодаря гамма-телескопии. И лишь она дает возможность в этом случае хоть что-то рассмотреть на кухне Мироздания, где царят поистине непередаваемые уровни энергий и масштабы процессов.

В результате наблюдений на наземных гамма-телескопах к настоящему времени зарегистрировано гамма-излучение сверхвысоких энергий (СВЭ) от четырнадцати объектов, пять из которых были открыты астрономами Крымской астрофизической обсерватории (КрАО). Чаще всего - это активные ядра галактик (АЯГ). Восемь АЯГ принадлежат к типу лацертид. Они получили свое название от галактики BL Lac. Лацертиды характеризуются переменностью большой амплитуды в оптическом диапазоне, переменным радиоизлучением и заметной поляризацией излучения. Они имеют вид звездоподобных объектов, окруженных туманными оболочками. Гамма-излучающая галактика M 87 - это радиогалактика с джетом в ядре; объекты Geminga, Vela, Crab и Cyg X-3 содержат пульсары, излучающие гамма-кванты СВЭ.

Из четырнадцати объектов тринадцать наблюдаются в широком диапазоне частот, от радио- до гамма-излучения СВЭ, но вот для источника Cyg gamma-2 есть данные только в гамма-диапазоне СВЭ. Он - классический "невидимка".

Земная атмосфера не прозрачна для гамма-излучения практически во всем диапазоне его энергий, поэтому для регистрации гамма-квантов в диапазоне от 105 эВ до 109 эВ (так называемые высокие энергии - ВЭ) используются приборы, устанавливаемые на спутниках и стратостатах (баллонах). Регистрация гамма-квантов с энергией Е > 1011 эВ (это уже сверхвысокие энергии - СВЭ) осуществляется на наземной аппаратуре с использованием промежуточного физического явления - черенковского излучения [Черенковское излучение - свечение, вызываемое в прозрачной среде заряженной частицей, которая движется со скоростью, превышающей фазовую скорость распространения света в этой среде. Открытие было сделано в 1934 году Павлом Черенковым в лаборатории Сергея Вавилова, а теоретическое объяснение разработали И. Тамм и И. Франк в 1937 году].

Надо сказать, что поток частиц в этом энергетическом диапазоне очень мал. В круг диаметром 400 метров попадает приблизительно одна частица в секунду, причем ожидаемые гамма-кванты от источника, который мы собрались наблюдать, составят лишь доли процента от общего числа частиц.

Падение фрагментов кометы Шумейкер-Леви 9 на Юпитер в 1994 г. дало возможность впервые наблюдать и изучать эффекты, связанные со взрывами кометных тел в атмосфере планет. Комета Шумейкер-Леви 9 за два года до ее падения распалась в поле тяготения Юпитера более чем на двадцать осколков, постепенно вытянувшихся в своеобразный "поезд". В течение недели в июле 1994 г. осколки друг за другом врезались в атмосферу Юпитера. Место падения было в южном полушарии на обратной стороне планеты. Вследствие вращения Юпитера область падения появлялась на его лимбе только через 10–15 минут после взрывов осколков.

Хотя с Земли нельзя было наблюдать возникшие при этом взрывы, удалось зарегистрировать моменты падения некоторых из обломков, наблюдая отражение световой вспышки взрыва от спутника Юпитера Ио, находившегося в это время позади Юпитера. Спектральные и фотометрические наблюдения позволили оценить энергию, выделившуюся при взрывах, которая на два порядка превосходит энергию взрыва Тунгусского метеорита.

Исследователи В. В. Прокофьева и В. П. Таращук обратили внимание на многократность взрывов на Юпитере, наблюдавшуюся 20 июля 1994 г. при падении самого яркого фрагмента, получившего обозначение Q. Было достоверно обнаружено не менее семи взрывов, следствием которых стало увеличение яркости на лимбе Юпитера, зарегистрированное разными наблюдателями.

Случись подобное на нашей планете, это была бы трагедия глобального масштаба и имела бы самые катастрофические последствия для человечества и жизни на Земле.

Н. И. Шаховская

Для их наблюдения мы используем то обстоятельство, что гамма-кванты сверхвысокой энергии, взаимодействуя с ядрами атомов воздуха, образуют вторичные быстрые электроны, которые испускают кванты черенковского излучения (черенковские вспышки) в оптическом диапазоне частот под малым (около одного градуса) углом к направлению движения первичного кванта. Это дает возможность определять область, из которой исходит поток гамма-излучения. Площадь, освещаемая черенковской вспышкой, кстати, довольно велика: десятки тысяч квадратных метров земной поверхности.

Впервые черенковское излучение в атмосфере стали наблюдать в 1950-х годах [Первые эксперименты по наблюдению черенковских вспышек от космических частиц были выполнены В. Голбрайтом и Дж. Джелли, а также Н. М. Нестеровой и А. Е. Чудаковым]. В Крымской астрофизической обсерватории первые черенковские вспышки были зарегистрированы в ночь на 14 декабря 1968 года. Регулярные наблюдения предполагаемых гамма-источников сверхвысокой энергии (E>1011 эВ) на гамма-телескопе первого поколения под руководством доктора физ.-мат. наук Арнольда Арташесовича Степаняна (1931–2005) были начаты в Крымской астрофизической обсерватории в марте 1969 года. Этот первый гамма-телескоп, сконструированный на базе армейских зенитных прожекторов, состоял всего из четырех светоприемников. Каждый светоприемник (детектор) представлял собой параболическое зеркало диаметром 1,56 метра, в фокусе которого располагался фотоумножитель с сопутствующей электроникой.

Наблюдения проводились путем сканирования двумя группами детекторов (двух секций), каждая из которых состояла из двух параллельно направленных приемников света, включенных в схему совпадения. Измерения проводились следующим образом: сначала на космический объект вручную наводились детекторы первой секции, и в течение двенадцати минут регистрировался возможный поток гамма-квантов от источника (регистрировалось число черенковских вспышек за этот интервал времени). Через двенадцать минут на наблюдаемый объект наводились детекторы второй секции. При этом на первой секции регистрировались черенковские вспышки небесного фона (источник вне поля зрения гамма-телескопа). Еще через двенадцать минут на наблюдаемый объект вновь наводилась первая секция и т. д. Таким образом, исследуемый объект постоянно находился в поле зрения одной из секций, причем другая секция в это время регистрировала фон вне объекта.