تبلیغات
برق و الکترونیک - مشاهده رادیویی(هر پنهانی آشکار می شود)

مشاهده رادیویی(هر پنهانی آشکار می شود)

تاریخ:پنجشنبه 10 شهریور 1390-01:12 ق.ظ

مقدمه

در اوایل قرن هفدهم میلادی گالیله با ساختن تلسكوپ، چشم خود را به ابزاری مسلح نمود كه می‌توانست توانایی رصد او را افزایش دهد. هر چند امروزه تلسكوپ‌هایی به مراتب قوی‌تر و حساس‌تر از آنچه گالیله ساخته بود طراحی و تولید می‌شوند، اما اصل موضوع هنوز تغییر نكرده است. واقعیت این است كه باید نوری وجود داشته باشد تا تلسكوپ با جمع‌آوری و متمركز ساختن آن تصویری تهیه نماید.

جیمز كلارك ماكسول، فیزیكدان برجسته انگلیسی در قرن نوزدهم میلادی پی به ماهیت الكترومغناطیسی نور برد. در واقع امواج الكترومغناطیسی تنها به نور محدود نمی‌شوند و طیف گسترده‌ای را در بر می‌گیرد، اما چشم ما فقط قادر به ایجاد تصویر از محدوده خاصی از این طیف گسترده‌ است كه ما آن را نور می‌نامیم. برای مشاهده و درك سایر طول موج‌های ارسالی، احتیاج به ابزاری جهت جمع‌آوری، آنالیز و آشكارسازی آنها به شكل صوت یا تصویر داریم.

       شكل 1 - طیف امواج الكترومغناطیسی
 

امواج الكترومغناطیسی طیف بسیار وسیعی از طول موج‌های بسیار كوچك تا بسیار بزرگ را در بر‌می‌گیرد. این امواج را با توجه به اندازه طول موج به هفت دسته‌ مختلف تقسیم‌بندی می‌كنند كه امواج گاما با طول موج‌هایی كوچك‌تر از 9-10 سانتیمتر تا امواج رادیویی با طول موج بزرگ‌تر از 10 سانتیمتر را شامل می‌شوند. شكل (1) طیف امواج الكترومغناطیسی را نشان می‌دهد. همان‌طور كه ملاحظه می‌شود، امواج نوری قابل دیدن توسط چشم انسان، محدوده بسیار كوچكی از این طیف گسترده است. با حركت از سمت امواج رادیویی به سمت امواج گاما، همزمان با كاهش طول موج، فركانس آن و در نتیجه انرژی موج افزایش می‌یابد.

در هنگام رصد از سطح زمین، دریافت و آشكارسازی امواج الكترومغناطیسی با مشكلی روبرو می‌شود كه به اثرات جوّ غلیظ زمین مربوط است. جوّ زمین تنها به محدوده امواج مرئی، مایكروویو و رادیویی، آن هم با جذب و پراكنده ساختن بسیار، اجازه عبور می‌دهد. از آن‌جاكه امواج مایكروویو بخشی از امواج رادیویی محسوب می‌شود، با آشكارسازی محدوده وسیع امواج رادیویی گسیل شده از آسمان، راه دیگری برای رصد اجرام سماوی گشوده می‌شود.
 
شكل2 - در این تصویر تاثیر اتمسفر بر عبور امواج الكترومغناطیسی نمایش داده شده است
 

تلسكوپ های رادیویی

ابزاری را كه برای مشاهده رادیویی آسمان مورد استفاده قرار می‌گیرد تلسكوپ رادیویی می‌نامند كه از نظر ساختار كلی بسیار شبیه یك رادیوی معمولی عمل می‌كند، و همانند رادیوهای معمولی از آنتن، تقویت كننده و آشكار‌ساز تشكیل شده ا‌ست. آنتن‌ها می‌توانند از یك آنتن ساده و معمولی نیم موج دو قطبی، نظیر آنچه در گیرنده‌های تلویزیونی استفاده می‌شود، تا آنتن‌های مجهز به بشقاب‌های عظیم 300 متری متغیر باشند.


شكل 3 - شمای كلی یك رادیو تلسكوپدر تلسكوپ‌های رادیویی همانند همتاهای نوری آنها، بزرگ بودن سطح جمع‌آوری كننده امواج از دو جنبه مفید است. اول، توان جمع‌آوری امواج برای رصد منابع ضعیف و یا خیلی دور افزایش می‌یابد و دوم اینكه توان تفكیك نسبت مستقیمی با قطر بشقاب آنتن دارد. هر چه قدرت تفكیك تلسكوپی بیشتر باشد، توانایی آن برای جداسازی جزییات تصویر افزایش خواهد یافت. قدرت تفكیك تلسكوپ‌ها رابطه تنگاتنگی با سطح جمع‌آوری كننده امواج و طول موج آنها دارد. هر چه سطح جمع‌آوری كننده بزرگ‌تر و طول موج امواج الكترومغناطیسی كوچك‌تر باشد، قدرت تفكیك تلسكوپ افزایش می‌یابد. اولین مشكل تلسكوپ‌های رادیویی، كاهش قدرت تفكیك آنها با افزایش طول موج است. تلسكوپ‌های رادیویی در مقابل همتایان نوری خود كه موظف به جمع‌آوری و آشكارسازی امواجی در محدوده طول موج 4-10 تا 5-10 سانتیمتر هستند، باید امواجی با دامنه طول موج وسیع، از یك میلیمتر تا چندین متر را جمع‌آوری نمایند. این امر باعث می‌شود كه توان تفكیك این گونه از تلسكوپ‌ها به شدت كاهش پیدا كند. برای مثال قدرت تفكیك یك تلسكوپ نوری 50 سانتیمتری، 2/0 ثانیه قوسی (معادل 00005/0 درجه) است، در حالی كه قدرت تفكیك یك تلسكوپ رادیویی بخصوص، با همین قطر دهانه 138 درجه خواهد بود. چنین تلسكوپی عملاً كارایی ندارد. اما از سوی دیگر و باز هم به دلیل طول موج‌های متفاوتی كه این دو گونه تلسكوپ رصد می‌نمایند، ساخت بشقاب‌های آنتن رادیو تلسكوپ بسیار ساده‌تر از ساخت آینه و یا عدسی است. صاف بودن سطح بازتاب كننده‌ی خوب، رابطه مستقیمی با طول موجِ امواجی دارد كه باید از سطح آن بازتابیده شوند. می‌توان فرض كرد، زمانی بازتاب كننده‌ای مورد قبول خواهد بود كه قطر یا ضخامت هیچكدام از خُلَل و فَرج‌ها روی آن از 05/0 طول موج مورد نظر بیشتر نباشد، بنابراین، بشقاب آنتنی كه قرار است برای امواجی به طول موج حداقل 20 سانتیمتر، ساخته شود، مجاز به داشتن ناهمواری‌هایی تا قطر 1 سانتیمتر است. این مقدار ناهمواری كه برای بشقاب تلسكوپ رادیویی مجاز به شمار می‌رود، برای آینه یك تلسكوپ نوری فاجعه به حساب آمده و عملاً آن را غیر قابل استفاده می‌نماید.به دلیل گفته شده در بالا می‌توان رادیوتلسكوپ‌هایی با بشقاب 300 متری ساخت، كاری كه در مورد تلسكوپ‌های نوری به یك معجزه شباهت دارد. برای مقایسه، بد نیست بدانید اگر می‌شد یك تلسكوپ نوری، با آینه 300 متری ساخت، قادر بودیم ستاره شعرای یمانی را به وضوح و پرنوری یك قرص ماه كامل مشاهده نماییم.مزیت عمده استفاده از امواج رادیویی برای مشاهده آسمان، امكان رصد در نور روز و هوای ابری است. در طول روز پخش نور خورشید توسط مولكول‌های گازیِ جوّ زمین باعث می‌شود كه لایه‌ای روشن و آبی اطراف ما را احاطه كند. شدت روشنایی جوّ زمین در روز به حدی است كه قادر به دیدن ستاره‌های كم فروغ بالای سرمان نمی‌شویم. تنها جرم پرنوری مانند خورشید و یا در بعضی زمان‌های خاص، ماه نسبتاً كامل را می‌توان در طول روز رؤیت كرد. همچنین نور مرئی قادر به گذر از لایه‌های ضخیم و متراكم بخار آب نیست. این موضوع به دلیل موج كوچك نور است. هیچ‌كدام از مواردی كه یاد شد برای امواج رادیویی با طول موج‌های بزرگی كه دارند مانع و یا مزاحم شناخته نمی‌شوند و عملیات رصد رادیویی پیوسته ادامه دارد.در مورد تلسكوپ‌های رادیویی بسیار عظیم، نظیر رادیو تلسكوپ 305 متری آرسیبو واقع در كشور پورتوریكو، یك مشكل اساسی وجود دارد و آن، این كه حركت دادن چنین مجموعه عظیمی برای تنظیم روی سوژه مورد نظر، غیر ممكن است. از این رو دانشمندان برای رصد یك جرم سماوی خاص، باید آنقدر صبر كنند تا در اثر چرخش زمین به دور خودش و یا خورشید، هدف در راستای دید این بشقاب بزرگ قرار گیرد.برای رفع این مشكل و همچنین به دلیل نیاز به قدرت تفكیك بیشتر، روش دیگری در ساخت و استفاده از رادیو تلسكوپ‌ها به وجود آمده است كه مبتنی بر تداخل‌سنجی رادیویی است. در این روش مجموعه‌ای از چند رادیو تلسكوپ به نسبت كوچك‌تر، با كمك هدایت كننده‌های كامپیوتری در جهت خاصی تنظیم شده و سیگنال‌های دریافتی از آنها آنالیز می‌شود تا تصویر واحد و واضحی به دست آید. اخترشناسان رادیویی با استفاده از روش تداخل‌سنجی قادر به رصد آسمان با دقتی افزون بر 001/0 ثانیه قوسی هستند. شكل 4 - رادیو تلسكوپ عظیم 305 متری واقع در پورتوریكو بر زمین ثابت بوده و همواره به هرسو نظر دارد. البته با تغییر موقعیت، وضعیت و ارتفاع كلاهك آنتن، چرخش محدودی شبیه‌سازی می‌شود در این روش آنتن‌ها را روی خطی كه خط مبنا نامیده می‌شود، به دنبال هم نصب می‌كنند. معمولا نصب آنتن‌ها روی ریلی عمود بر خط مبنا صورت می‌گیرد تا در صورت لزوم بتوان زاویه خط را نسبت به نصب مرجع تغییر داد. حال چنانچه امواج دریافتی عمود بر خط مبنا نباشند، تلسكوپ‌ها در فواصل زمانی متفاوت، موج یكسانی را دریافت می‌كنند. با استفاده از الگوریتم‌های ریاضی و توجه به فواصل زمانی دریافت سیگنال‌ها، می‌توان موقعیت منبع رادیویی را با دقت بسیار خوبی تخمین زد. هر چه فاصله تلسكوپ‌ها از یكدیگر بیشتر باشد، اختلاف زمانی و در نتیجه دقت اندازه‌گیری افزایش خواهد یافت. در این روش، فاصله اولین تا آخرین تلسكوپ، معادل قطر بشقاب تلسكوپ واحد در نظر گرفته می‌شود. نمونه‌ای از این گونه تلسكوپ‌ها، مجموعه‌ای با نام آرایه خیلی بزرگ (VLA) است كه در نیومكزیكوی آمریكا قرار داشته و طول خط مبنای آن 36 كیلومتر است. این مجموعه عظیم از 27 عدد تلسكوپ با قطر بشقاب 25 متر تشكیل شده است. آنتن‌ها روی ریل‌هایی قرار گرفته‌اند تا دانشمندان بتوانند آنها را در چیدمان‌های مختلف تنظیم نمایند. شكل 5 - مجموعه تلسكوپ‌هایی به نام "آرایه خیلی بزرگ" كه در نیومكزیكوی آمریكا قرار دارد روش دیگری نیز برای استفاده از مجموعه تلسكوپ‌ها وجود دارد كه مستقل از بحث تداخل‌سنجی است. همانطور كه گفته شد، میزان توان تفكیك تلسكوپ‌های رادیویی تك بشقابی در فركانسی خاص، به قطر آنتن بشقابی تلسكوپ بستگی دارد. اگر بنا به دلایلی تمام سطح بشقاب، غیر از لبه‌های آن را از دست بدهیم، تغییری در توان تفكیك تلسكوپ ایجاد نخواهد شد، هرچند كه قدرت جمع‌آوری امواج كاهش خواهد یافت. پس اگر قادر باشیم تعدادی آنتن تلسكوپ را به گونه‌ای نصب كنیم كه كانون آنها بر هم منطبق شود، نتیجه درست شبیه استفاده از یك آنتن بشقابی بسیار بزرگ خواهد بود. هر چه تعداد این بشقاب‌ها بیشتر باشد قدرت جمع‌آوری امواج نیز بیشتر خواهد شد، اما توان تفكیك مجموعه به فاصله اولین وآخرین بشقاب بستگی دارد. شكل 6 - با این روش هرچند توان تفكیك مجموع تلسكوپ‌ها به میزان تلسكوپ فرضی عظیم افزایش می‌یابد اما مجموعه قدرت جمع‌آوری امواج به آن مقدار را ندارد دامنه موج‌های رادیویی، طیف وسیعی از نواحی با طول موج كوچك‌تر از یك سانتیمتر تا نواحی با طول موج بزرگ‌تر از چند صد متر را شامل می‌شود. اگر چه تلسكوپ رادیویی قادر به دریافت تمامی طول موج‌های رادیویی است، اما معمولا محدوده كوچكی از آنها آشكارسازی می‌شود. برای مثال دستگاهی با تغذیه كننده و گیرنده امواجی كه برای موج‌هایی با طول موج 6 سانتیمتر ساخته شده است، قادر به آشكارسازی امواجی بین 7/5 تا 3/6 سانتیمتر است. برای آشكار سازی امواج ضعیف، باید سطح جمع‌آوری كننده بزرگی ساخت، اما دریافت طول موج‌های كوتاه، احتیاج به سطحی صیقلی و پرداخت شده دارد كه ساخت آن در ابعاد بزرگ، كاری سخت و گاهی نشدنی به حساب می‌آید. به همین دلایل، هیچ تلسكوپ رادیویی، نمی‌تواند در تمامی دامنه امواج رادیویی به خوبی كار كند. این مشكل در طیف امواج مرئی به دلیل اختلاف بسیار اندك بین طول موج‌های قرمز تا بنفش، وجود ندارد و بنابراین تلسكوپ‌های نوری در تمام طیف امواج قابل دیدن، به خوبی كار می‌كنند. همانند آنچه در مورد رصد نوری صادق است، در رصدهای رادیویی نیز احتیاج به منابع عظیم و قدرتمند تاباننده امواج رادیویی داریم. در منظومه شمسی دو منبع تابش امواج رادیویی وجود دارد. اولین منبع، خورشید است كه امواج رادیویی گسیل شده از آن طول موجی حدود 10 متر و فركانسی حداقل معادل MHz 30 دارد. گسیل خورشیدی بستگی فراوانی به چگونگی فعالیت‌های آن دارد و شامل محدوده و قدرت مشخصی نیست. دومین منبع گسیل امواج رادیویی، سیاره مشتری با دو محدوده متفاوت و پیچیده تابش است. محدوده اول كه طول موج بزرگ‌تری حدود 7 تا 70 متر دارد، مربوط به گسیل حرارتی مشتری است و محدوده دوم با طول موج كوچك‌تر، حدود 10 سانتیمتر، مربوط به گسیل غیر حرارتی آن است. ساختمان یك تلسكوپ همانطور كه گفتیم، رادیوتلسكوپ‌ها همانند دستگاه‌های رادیویی معمولی كه در تمام منازل یافت می‌شود، كار می‌كنند. اما میان این دو وسیله، دو تفاوت عمده وجود دارد. اول امواجی كه رادیو‌تلسكوپ‌ها مجبور به آشكار سازی آنها هستند، بسیار ضعیف بوده و دوم رادیوتلسكوپ‌ها باید تمام سیگنال‌های دریافتی را برای آنالیزهای بعدی ذخیره نمایند. از نظر ساختمانی، یك رادیو تلسكوپ را می‌توان به هشت قسمت اصلی و مهم زیر تقسیم‌بندی نمود :1- آنتن2- پیش تقویت كننده یا آمپلی‌فایر اولیه3- مخلوط كننده4- نوسان ساز5- تقویت كننده موج متوسط یا آی‌اِف6- آشكارساز مجذوری7- تقویت كننده DC8- ابزار ضبط اطلاعات آنتن در عالم الكترونیك، آنتن به سیستمی مشتمل بر سیم‌ها و یا سایر اجسام هادی گفته می‌شود كه جهت ارسال و یا دریافت امواج رادیویی یا سایر امواج الكترومغناطیسی به كار می‌رود. این ایده اولین بار توسط گاگلیل ماركونی در سال 1897 ارائه شد. در یك آنتن فرستنده، سیگنال‌های رسیده از مدار الكتریكی باعث نوسان الكترون‌ها در آنتن می‌شوند. حركت بار الكتریكی باعث تولید میدان الكترومغناطیسی در اطراف خود شده و این میدان به نوبه خود امواج الكترومغناطیسی را در جهت خاصی كه به طراحی آنتن بستگی دارد پخش می‌كند. برای مثال، آنتن ایستگاه‌های رادیویی به گونه‌ای طراحی می‌شوند تا امواج را در تمام جهات به طور یكسان پخش نمایند اما از آن سو آنتن‌های یك دستگاه رادار امواج را در جهت خاصی منتشر می‌نماید.در آنتن‌های گیرنده، مسیر بر عكسی برای تولید جریان در مدار آنتن طی می‌شود. ابتدا امواج الكترومغناطیسی به گونه‌ای باعث تحریك الكترون‌ها می‌شوند و جریان القایی در مدار آنتن تولید می‌گردد، سپس این جریان در مدارهای الكتریكی خاصی تقویت و فیلتر ‌شده و در نهایت اطلاعات آن استخراج می‌شود.در رادیو تلسكوپ‌ها و یا در تلسكوپ‌های راداری، معمولا از آنتن‌های بشقابی برای دریافت امواج استفاده می‌كنند. آنتن رادیوتلسكوپ‌ها آشكارترین بخش آن است كه موظف به جمع‌آوری امواج رادیویی فوق‌العاده ضعیفی هستند كه از اعماق فضا به زمین می‌رسد. اغلب این آنتن‌ها بسیار بزرگند تا تلسكوپ قادر به نگاه دقیق‌تر و عمیق‌تری به فضا باشد. پیش تقویت كننده سیگنال‌های رادیویی گسیل شده از فضا بسیار ضعیف هستند. ضعف این سیگنال‌ها زمانی بیشتر نمایان می‌شود كه بدانیم، اگر تمامی انرژی حاصل از دریافت این سیگنال‌ها را از ابتدای تاریخ مشاهده فضا با تلسكوپ‌های رادیویی، با هم جمع كنیم به سختی قادر به آتش زدن یك چوب كبریت خواهیم شد. متوسط انرژی سیگنال‌های رادیویی كه از فضا دریافت می‌شوند در حدود 5-10 2x وات است. برای اندازه‌گیری و مشاهده چنین سیگنال ضعیفی باید آنچه را كه دریافت می‌كنیم میلیون‌ها بار تقویت نماییم. اما مشكل زمانی خود را نشان می‌دهد كه بدانیم ابزارهای الكتریكی كه در رادیوتلسكوپ‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند، در زمان عملكرد نویزهای فراوانی تولید می‌كنند. اگر قادر به تشخیص و حذف این اغتشاشات نباشیم، در فرآیند تقویت امواج، آنها نیز به شدت تقویت شده و امواج ضعیف دریافتی در پس امواج قوی اغتشاشی ناپدید می‌گردند.نقش پیش تقویت كننده‌ها، تقویت محدوده خاصی از امواج به گونه‌ای است، كه كمترین اغتشاش را به آنها وارد كند. به همین دلیل اغلب، این تقویت كننده را تقویت كننده كم اغتشاش می‌نامند.برای كاهش اغتشاشات، معمولا از ترانزیستورهای بسیار ویژه‌ای در این تقویت كننده‌ها استفاده می‌شود و در ضمن، با سرد كردن آنها تا دماهای نزدیك به صفر مطلق، اغتشاش را كم می‌كنند. مخلوط كننده وظیفه مخلوط كننده كاهش و تغییر فركانس سیگنال‌های دریافتی از پیش‌تقویت كننده است. این كار به دو دلیل انجام می‌گیرد. اول اینكه از نظر تكنیكی، ساخت تقویت كننده‌ها، فیلترها و سایر قطعات الكترونیكی كه قادر به كار با امواج فركانس بالا باشند، سخت و گران است. دوم اینكه اگر ما تمام تقویت‌ها را با فركانسی كه دریافت می‌كنیم انجام دهیم، امكان بازگشت امواج به آنتن و تولید پس‌خور به شدت افزایش خواهد یافت. این اثر مشابه حالتی است كه یك سخنران میكروفن را بسیار نزدیك به دهان نگه دارد.برای انجام این كار مخلوط‌كننده موظف است تا سیگنال‌های دریافتی از پیش‌تقویت‌كننده را روی سیگنال‌هایی با طول موج بالا و فركانس پایین كه از دستگاه نوسان ساز دریافت می‌كند، سوار نماید. این كار در مخلوط‌كننده به دو شكل و همزمان صورت می‌گیرد. مخلوط‌كننده دو موج خروجی داشته كه یكی حاصل جمع دو ورودی و دیگری حاصل تفریق آنهاست. با گذراندن این دو خروجی از یك فیلتر، هركدام كه فركانس كمتری داشته باشد، انتخاب شده و به عنوان سیگنال ورودی به تقویت كننده آی اف ‌فرستاده می‌شود.نوسان ساز اكثر رادیو‌تلسكوپ‌ها از نوسان‌سازهای كوارتزی استفاده می‌كنند. مزیت عمده استفاده از كریستال‌های كوارتز در تولید نوسان، پایداری خوب و اغتشاش كم در خروجی آنها است. از آنجایی‌كه طبیعت رادیو‌تلسكوپ‌ها اقتضا می‌كند تا در گستره وسیعی از امواج عمل نمایند، اغتشاشی اندك در نوسان تولیدی، قابل اغماض است. اگرچه اغتشاشات آنقدر بزرگ نیستند كه تولید مزاحمت نمایند اما باید مراقب بود كه این اغتشاشات، نویزهای طبیعی سیستم را تشدید ننمایند، چراكه در آن صورت سیگنال‌های خروجی تلسكوپ تغییر خواهد كرد و اغتشاشات همانند دریافت واقعی تفسیر خواهند شد. تقویت كننده آی اف در یك تقویت كننده موج متوسط با استفاده از فیلترهای مخصوصی، تنها به محدوده‌ای خاص از امواج اجازه عبور می‌دهند. اگرچه محدودیتی در انتخاب فركانس كاری تقویت‌كنندهای آی‌اِف وجود ندارد اما معمولا فركانس‌های 70، 45، 4/21 و 7/10 مگاهرتز در آنها به عنوان فركانس كاری در نظر گرفته می‌شود. به این ترتیب فركانس‌های زائد حذف شده و محدوده خاصی كه مورد نظر است به شدت تقویت و آشكار می‌شود.در رادیوهای رایج، مداری وجود دارد كه به مجموعه آن كنترل خودكار بهره می‌گویند. این مدار برای دریافت صدایی واضح‌تر و شفاف‌تر، تغییرات اندك و ناچیز در قدرت سیگنال‌های دریافتی راحذف می‌كند. در رصد رادیویی این تغییرات اندك و جزئی دقیقا همان چیزی است كه ناظران به دنبال آن هستند. بنابراین زمانی كه از رادیوهای معمولی برای رصدهای رادیویی استفاده می‌گردد، این مدار را باید از كار انداخت. آشكار سازی مجذوری اگر سیگنال خروجی تقویت‌كننده آی‌اِف را به یك ولت‌‌متر جریان مستقیم وصل كنیم، صفحه نمایشگر مقدار صفر را نشان خواهد داد. این امر به دلیل ماهیت نوسانی فركانس است كه زمانی بیش از صفر و زمانی كمتر از صفر است.برای اینكه قادر باشیم تعریف خوب و قابل دركی از انرژی دریافتی از آسمان ارائه دهیم، معمولاً از قطعه ساده‌ای برای هم علامت كردن و یا حذف قسمت منفی موج استفاده می‌كنیم. در اكثر رادیوتلسكوپ‌ها این قطعه ساده كه یك دیود معمولی است، فقط به جریان‌هایی با ولتاژ مثبت اجازه عبور می‌دهد. به این ترتیب ولتاژی كه ولت‌سنج نشان می‌دهد برابر با جذر ولتاژ ورودی است. تقویت كننده جریان مستقیم در طی فرآیند یكسو‌سازی ولتاژ و همچنین قبل از آن، مقادیر زیادی اغتشاش ناشی از عملكرد ابزارهای الكترونیكی به موج اصلی اضافه می‌شود. از آنجایی‌كه قدرت امواج دریافت شده از فضا بسیار ضعیف است، در لوای اغتشاشات هر چند كوچك پنهان خواهد شد.برای كم‌رنگ كردن این موضوع معمولا از انتگرالگیرهایی با پله زمانی معلوم استفاده می‌كنند. این امر باعث می‌شود كه قله‌های بسیار بزرگ اغتشاشات روی سطح ملایم موج اصلی سرشكن شود و تنها اندكی قدرت موج دریافتی را تغییر دهد. ابزارهای ذخیره اطلاعات اطلاعات به دست آمده بعد از این همه فرآیند و تحلیل، بسیار ارزشمند بوده و باید ذخیره شوند. این اطلاعات را كه معمولا ماتریس دو ستونه‌ای از ولتاژ بر حسب زمان هستند، در قدیم توسط قلم‌های خودكار و بر روی كاغذهای بسیار طویل به شكل نمودار ذخیره می‌كردند. امروزه این روش تقریبا منسوخ شده و اطلاعات بعد از تبدیل به سیگنال‌های دیجیتال در یك كامپیوتر ذخیره و نگهداری می‌شوند. اطلاعات ذخیره شده معمولا عبارتند از ولتاژ، پله زمانی دریافت، زمان دقیق ثبت اطلاعات و در نهایت دما. دمای محیط و سیستم در آنالیز اطلاعات ذخیره شده بسیار مهم است چون همانطور كه تا به حال توضیح داده شد، دما نقش زیادی در تولید اغتشاشات الكتریكی دارد. در نهایت، حاصل نگریستن به آسمان با یك رادیوتلسكوپ عددی است كه نماینده قدرت امواج دریافتی از آن محدوده است. اگر زاویه دید رادیو تلسكوپ مورد استفاده 1 درجه باشد، با هر بار رصد مقدار عددی ولتاژی را به دست می‌آوریم كه متناظر با قدرت امواج رادیویی گسیل شده از آن منطقه است. حال می‌توان با چرخاندن رادیوتلسكوپ و دریافت اطلاعات سایر نقاط در آن حوالی، نقشه رادیویی منطقه‌ای از آسمان تهیه كرد. این نقشه رادیویی، ماتریسی از اعداد است كه با توجه به زاویه دید تلسكوپ، وسعت مشخصی از فضا را در بر می‌گیرد. هر قدر زاویه دید تلسكوپ كوچك‌تر باشد، قدرت تفكیك تصاویر حاصل از آن افزایش می‌یابد. جدول (1) نمونه‌ای از اطلاعات ذخیره شده از آسمان را نمایش می‌دهد :جدول 1 - نمایش عددی یك چشمه رادیویی توسط ماتریسی از اعدادتصویر سازی امواج رادیوییبعد از دریافت امواج رادیویی، نوبت به تحلیل و بررسی آنها می‌رسد. گوش دادن، روش مناسبی برای درك آنچه دریافت می‌شود، نیست. چنانچه به امواج دریافت شده از یك تلسكوپ رادیویی گوش دهید، صدایی همانند صدای یك تلویزیون و یا رادیو، هنگامی كه روی هیچ كانالی تنظیم نشده باشد، خواهید شنید. امواج رادیویی دریافتی از فضا، بسیار ضعیف و همراه با نویزهای متفاوتی می‌باشند. دانشمندان علاوه بر تقویت و رسم شدت امواج دریافتی و یا حتی گاهی گوش دادن به سیگنال‌های متناوب، در اغلب اوقات مبادرت به ایجاد تصویری مجازی از آنچه دریافت كرده‌اند، می‌نمایند.رنگ، روش چشم ما برای توصیف امواج است. امواج نورانی قابل دیدن، قسمت بسیار كوچكی از طیف وسیع امواج الكترومغناطیسی می‌باشد. ما برای رؤیت این محدوده كوچك به سه رنگ اصلی آبی، سبز و قرمز، مجهز هستیم. چنانچه مقایسه ساده‌ای بین محدوده طول موج امواج مرئی و امواج رادیویی انجام دهیم، ملاحظه خواهیم كرد كه برای تفكیك دقیق امواج رادیویی در چشم، حداقل به 20 رنگ اصلی نیاز داریم. از آنجاییكه چنین محدوده رنگی در دسترس نیست، برای مرئی‌سازی امواج رادیویی با مشكل تمایز محدوده‌ها روبرو می‌شویم. بنابراین برای مرئی سازی امواج رادیویی، معمولاً از روش‌های مختلفی استفاده می‌كنند. ساده‌ترین روش، انتخاب رنگ سفید برای بیشترین انرژی دریافتی در محدوده رصد و رنگ مشكی برای انرژی صفر است. سایر نقاط بین این دو، متناسب با میزان انرژی دریافتی، به یكی از رنگهای خاكستری مزین خواهد شد. این روش كه سایه زنی خطی نامیده می‌شود، ناكارآمدترین و غیر قابل استفاده‌ترین روش است. همانطور كه قبلا گفته شد، به دلیل وسعت محدوده طول موج امواج رادیویی، در تصاویر ساخته شده با این روش، تقریبا تمامی نقاط كم انرژی تصویر سیاه دیده شده و تنها منابع اصلی امواج رادیویی به صورت نقاط سفیدی رؤیت می‌شوند.شكل 8 - روش خطی برای تصویرسازی رادیویی نتایج خوبی به بار نمی‌آوردبرای اصلاح این موضوع معمولا نقاط با درخشندگی بیش از 10% درخشان‌ترین نقطه تصویر را سفید فرض می‌كنند و طیف خاكستری تا مشكی را به سایر نقاط و با توجه به میزان درخشندگی آنها اختصاص می‌دهند. عیب مهم این روش، از دست رفتن بسیاری از جزئیات مربوط به نقاط درخشان است و در ضمن هنوز نواحی بسیار كم فروغی از تصویر، دیده نمی‌شوند.شكل 9 - در این تصویر بسیاری از جزئیات از بین رفته استروش بهتری كه معمولا مورد استفاده قرار می‌گیرد، روش سایه زنی لگاریتمی است. در این روش همانند آنچه قبلا گفته شد، درخشان‌ترین نقاط را سفید و تاریكترین آنها سیاه در نظر گرفته شده و نقاط میانه با خاكستری متناسبی رنگ می‌شود. اما آنچه در این روش متفاوت است این است كه قبل از مقدار دهی رنگ‌ها با توجه به مقدار درخشندگی نقاط، از درخشندگی نقاط، لگاریتم در مبنای ده می‌گیریم و سپس به حاصل لگاریتم رنگی متناسب اختصاص می‌دهیم. با استفاده از این روش جزئیات بیشتری از تصویر، چه در محدوده‌های درخشان و چه در محدوده‌های كم‌نور مشاهده خواهد شد. شكل 10 - این تصویر جزئیات را به خوبی نشان می‌دهد شكل 11 - نمایش جزئیات با طیف رنگی بهتر صورت می‌پذیردیكی دیگر از روش‌های تصویرسازی امواج رادیویی، استفاده از طیف‌های مختلف رنگی به جای طیف سیاه و سفید است كه به روش رنگ‌های دروغین خطی مشهور است. در این روش از محدوده‌های هر رنگ اصلی برای تصویر سازی درخشندگی‌های متفاوت استفاده می‌شود. یك روش مرسوم رنگ كردن نقاط بسیار درخشان با رنگ‌های فوقانی طیف مانند بنفش و نقاط كم سوتر با رنگهای زیرین طیف مانند قرمز است. نقاط میانی متناسب با نقاط بیشینه یا كمینه رنگ‌آمیزی می‌شوند. البته قراردادها و روش‌های بسیار متفاوتی برای تصویر سازی در این روش وجود دارد كه كاملا اختیاری است. در تصاویر شكل (11)، با سه روش متفاوت، داده‌های مربوط به اشكال قبلی نمایش داده شده‌اند. همانند دو روش گفته شده در مورد سایه‌زنی، در روش رنگهای دروغین نیز، علاوه بر رنگ‌آمیزی خطی، از روش رنگ‌آمیزی لگاریتمی هم استفاده می‌شود كه باعث تولید تصاویری واضح‌تر و گویاتر می‌گردد. تصویر زیر حاصل رنگ‌آمیزی لگاریتمی داده‌های مثال است. همانطور كه مشهود است، جزئیات بیشتری از قله‌ها و دره‌های انرژی در این تصویر نشان داده شده است.شكل12 - جزئیات بیشتری در رنگ‌آمیزی لگاریتمی خود را نشان می‌دهندرادار همانطور كه در مورد نور خورشید مرسوم است و ما بازتاب آن را از سطح سایر اجرام سماوی نزدیك به خود دریافت می‌كنیم، قاعدتا دریافت و آنالیز امواج رادیویی بازتابیده از سطح آنها نیز باید روشی برای رصد رادیویی به شمار رود. اما معمولا از این روش برای آنالیز سطحی و یا شناسایی اجرام فضایی استفاده نمی‌شود. دلیل عمده آن به عدم یكنواختی و مشخص نبودن چگونگی تابش از منابع طبیعی رادیویی كه در دسترس ما است، بر می‌گردد. به این دلیل دانشمندان برای آنالیز و یا رؤیت رادیویی اجرام سماوی، اقدام به گسیل امواج رادیویی به سمت آنها و دریافت بازتابش آن نموده‌اند. این اقدام در مورد امواج نوری به دلیل طول موج بسیار كوتاه آنها مقدور نیست. چون هر چه طول موج امواج الكترومغناطیسی كاهش می‌یابد، علاوه بر انرژی بیشتری كه برای تولید آنها مورد نیاز است، میزان پراكندگی و استهلاك آنها در مسیر نیز افزایش می‌یابد. این دو موضوع در مورد امواج رادیویی با طول موج‌های بزرگ چندان حاد نیست. تاباندن و دریافت كردن امواج الكترومغناطیسی به سوی اجرام سماوی نزدیك، مقوله دیگری به نام رادار را مطرح می‌كند.رادار در زبان انگلیسی كوتاه واژه‌ای است كه معنی كلمات تشكیل دهنده آن تشخیص و مسافت رادیویی است. رادار در واقع مجموعه‌ای از ابزار و روش‌ها است كه با استفاده از آنها و به‌واسطه خاصیت بازتابی امواج الكترومغناطیسی، می‌توان خصوصیات فیزیكی، شكل، موقعیت، سرعت و جهت حركت اجسام دور دست را تشخیص داد.طول موج امواج الكترومغناطیسی كه در رادارها مورد استفاده قرار می‌گیرند، محدود نیست. بعضی از رادارها با فركانس‌های زیر 100 مگاهرتز (امواج رادیویی با طول موج بسیار بزرگ) و بخشی دیگر در محدوده امواج مادون قرمز كار می‌كنند. یك سیستم راداری از سه قسمت فرستنده، گیرنده و آشكار‌ساز امواج تشكیل می‌شود. ساختمان گیرنده و آشكارساز بسیار شبیه تلسكوپ‌های رادیویی است. امواج الكترومغناطیسی در محدوده مشخصی توسط یك آنتن جهت دار به سمت بخصوصی فرستاده شده و قسمتی از این امواج توسط اشیایی كه در معرض تابش آنها قرار گرفته‌اند، بازتابانده می‌شوند. امواج بازتابیده توسط یك آنتن كه معمولا از نوع بشقابی است جمع‌آوری شده و توسط ابزارهای مخصوصی آشكارسازی می‌شوند. در حال حاضر انواع مختلفی از رادارهای رهگیری و تجسسی برای اهداف علمی و دفاعی به كار می‌روند. رادار در طول سالهای 1935 تا 1940 توسط كشورهای مختلفی و به صورت مستقل از یكدیگر برای به كارگیری در اهداف نظامی ساخته و بهبود بخشیده شد. یكی از اولین سیستم‌های راداری در سال 1935 توسط "سر رابرت واتسون وات" كه فیزیكدانی اهل اسكاتلند بود، ساخته شد. تكنولوژی این سیستم خیلی زود توسط سایر كشورهای درگیر در جنگ جهانی دوم، كشف گردید. هر كدام از این كشورها با توجه به توانایی‌های علمی و تكنیكی خود، در صدد بهبود عملكرد و عملیاتی‌تر كردن آن برآمدند. در طول جنگ رادارها بسیار پیشرفت كردند. قدرت تابش بیشتر، آنتن‌های بزرگ‌تر و دقیق‌تر، مدارهای الكتریكی بهینه‌تر و مبانی محاسباتی پیشرفته‌تر، روز به روز بر توانایی رادارها می‌افزود. شكل 13 - از رادار هاكس جهت شناسایی و رهگیری پسماندهایی فضایی استفاده می‌شوددر سال 1946 بشر برای اولین بار قادر به دریافت بازتابش امواجی از سطح ماه شد كه خود تابانده بود. آنالیز و مشاهده راداری فضا در سال 1958 با دریافت سیگنال‌های ارسالی به سطح سیاره زهره و در سال 1959 با آنالیز راداری خورشید ادامه یافت. این تلاش‌ها راه جدیدی برای مطالعات ستاره‌شناسان باز كرد كه تا كنون ادامه دارد. . هم اكنون استفاده از رادار در مشاهده پسماندهای فضایی ما را قادر به رهگیری و ثبت اطلاعات پسماندهایی بزرگ‌تر از یك سانتیمتر در مدارهای LEO نموده است. انجام این كار توسط تلسكوپ‌های نوری بیشتر شبیه یك رویاست.

منبع : دانشنامه فضایی ایران ارسال شده توسط مرتضی باقرزاده

 

www.hupaa.com

http://powercontrol.mihanblog.com/extrapage/750




داغ کن - کلوب دات کام
نظرات()