|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
DZIECIĘCE LABORATORIUM NAUKOWE
Na progu odległych światów. Laboratorium naukowe dla dzieci
Katalog / Laboratorium Naukowe dla Dzieci Do niedawna wydawało się, że elektronika radiowa i astronomia nie mają i nie mogą mieć ze sobą nic wspólnego. Jednak obecnie ta opinia jest beznadziejnie przestarzała. Teraz na konferencjach astronomicznych, wraz z pytaniami dotyczącymi badań planet i gwiazd, donoszą o nowych urządzeniach elektronicznych, omawiają nie tylko zdjęcia ciemnej strony Księżyca, ale także sprzęt elektroniczny, który zapewnił ich transmisję… Inżynierowie radiowi stanowią obecnie znaczną część personelu obserwatoriów. Jest to zrozumiałe: w nowych dużych teleskopach elektroniki jest nie mniej niż optyki. Oto niektóre z wielu przykładów. Na ryc. Rysunek 1 przedstawia automatyczny polarymetr elektroniczny opracowany w Obserwatorium Astrofizycznym Abastumani Akademii Nauk Gruzińskiej SRR. To urządzenie jest elektronicznym urządzeniem obliczeniowym o działaniu niedyskretnym. Mierząc określone parametry wiązki światła, rozwiązuje kilka równań zawierających te parametry i oblicza wynik w czasie 0,01 sekundy. Obwód składa się z 38 lamp próżniowych i 35 diod. Badania Księżyca i planet prowadzone w obserwatorium za pomocą nowego instrumentu dostarczają cennych danych na temat składu i struktury ich powierzchni.
Instrumenty elektroniczne i metody stosowane w astronomii są niezwykle ciekawe i unikalne. Wiadomo, że oko reaguje tylko na bardzo mały przedział długości fal z zakresu oscylacji elektromagnetycznych - od 4200 do 7000 angstremów, co odpowiada częstotliwościom od 430 do 715 milionów megaherców. W tym zakresie astronomia optyczna interesuje się pomiarami strumieni świetlnych – fotometrią; rozkład energii promieniowania w całym zakresie - spektrometria; określenie płaszczyzny, w której leży wektor elektryczny drgań i odpowiadających im zależności ilościowych - polarymetria, a także szereg innych zadań. Wszystkie są rozwiązywane metodami elektronicznymi. Oczywiście każde urządzenie elektroniczne musi zaczynać się od odbiornika energii promienistej, który reaguje na nią pojawieniem się prądu, napięcia lub zmianą rezystancji. Odbiorniki te charakteryzują się przede wszystkim zasięgiem w jakim muszą pracować oraz czułością. Najpopularniejszym typem odbiornika stosowanego w astronomii jest fotopowielacz (PMT). Jest to połączenie konwencjonalnej fotokomórki próżniowej z powielaczem elektronów. Taki system może i jest czulszy od najostrzejszego widzenia, ale ma też swoje granice. Przede wszystkim fotokatoda ma niewielką emisję cieplną. Wzmocniony miliony razy, staje się namacalny, dlatego przy braku światła na wyjściu PMT pojawia się prąd. Kolejne ograniczenie narzuca kwantowa struktura światła: strumień 1000 kwantów na sekundę można dość łatwo zmierzyć, ale nierównomierne napływanie kwantów powoduje dodatkowy efekt strzału. PMT są produkowane z różnymi typami katod, co pozwala na ich stosowanie we wszystkich częściach zakresu, z wyjątkiem obszarów dalekiej podczerwieni. PMT to zazwyczaj urządzenia „jednokanałowe”; nie mogą przekazać rozkładu jasności w punktach fotokatody. Na ryc. 2 przedstawia schemat fotometru astronomicznego. Dysk z otworami, obracany przez silnik synchroniczny, moduluje strumień świetlny. Detektor fazy o dużej stałej czasowej działa synchronicznie z modulacją, co pozwala na oddzielenie sygnału od szumu nawet wtedy, gdy stosunek sygnału do szumu nie przekracza 0,001. Specjalne oprogramowanie wykonuje pomiary kontrolne, porównuje, a następnie drukuje wynik. Instrument ten również powstał w Obserwatorium Abastumani.
Dużym zainteresowaniem cieszy się pomysł urządzenia fotoelektronicznego, które umożliwia automatyczne śledzenie gwiazd za pomocą teleskopu (fotoprzewodnika). PMT pełni w nim rolę odbiornika. Przewodnik fotograficzny (ryc. 3) został opracowany w Leningradzkim Instytucie Elektromechaniki.
Niezbędnymi narzędziami astronoma są termopara i bolometr. Można je stosować w zakresie od światła widzialnego po submilimetrowe fale radiowe. Nie ma innych urządzeń o takim łączu szerokopasmowym. Termopara to miniaturowa termopara, zwykle umieszczana w próżni. Złącze dwóch różnych drutów jest czernione w taki sposób, że całe padające na nie promieniowanie jest pochłaniane, lekko podgrzewając złącze. Pojawia się emf termiczny. które można zmierzyć za pomocą bardzo czułego galwanometru o niskiej rezystancji. Wzmocnienie tego emf. obwody lamp są trudne, ponieważ są bardzo małe, a niskiej rezystancji nie można zastosować bez konwertera. Dużym zainteresowaniem cieszy się tutaj zastosowanie obwodów tranzystorowych o małej rezystancji wejściowej, jednak szum tranzystora wprowadza komplikację. Bolometr składa się z dwóch małych metalowych płytek o grubości ułamka mikrona, które również są czernione i umieszczane w próżni. Mierzony strumień promieniowania kierowany jest do jednego z nich. W obwodzie mostka elektrycznego, na skutek zmiany rezystancji tej płytki, spowodowanej jej nagrzaniem, pojawia się niewyważenie proporcjonalne do ilości pochłoniętej energii promieniowania. Bolometr jest również bezwładny, a mostek ma niską impedancję wyjściową. Urządzenia te, najczęściej stosowane jako odbiorniki promieni podczerwonych, są urządzeniami jednokanałowymi. To prawda, że ostatnio opracowano ekran wykonany ze światłoczułej mozaiki typu półprzewodnikowego (fotorezystancji), który jest urządzeniem wielokanałowym. Próg czułości termoelementów i bolometrów nie przekracza 10-11 W przy stałej czasowej około 1 sekundy. Jedynym tego typu urządzeniem „wielokanałowym”, w którym przepływ elektroniczny niesie jednocześnie informację o całym obrazie, jest wzmacniacz obrazu (IOC). Półprzezroczysta fotokatoda, podobnie jak w PMT, jest osadzona na wewnętrznej powierzchni czoła kolby. Oczywiście tutaj katoda określa również cel widmowy: katoda antymonowo-cezowa dobrze sprawdza się w zakresie zielono-fioletowym i ultrafioletowym, katoda bizmutowo-cezowa obejmuje cały zakres widzialny, a katoda tlenowo-srebrowo-cezowa umożliwia penetrację w pobliżu obszarów podczerwieni. Istnieją inne typy fotokatod. Specjalne soczewki elektroniczne, czyli pola elektryczne utworzone przez specjalne elektrody, kierują fotoelektrony na anodę, podobnie jak urządzenia skupiające wiązkę w kineskopach. Odbywa się to w taki sposób, aby struktura przepływu nie została zniekształcona, a przekazowi obrazu towarzyszyło jedynie jego zmniejszenie. Anoda to ekran fluorescencyjny, na którym można oglądać lub fotografować obraz. Zadaniem lamp wzmacniających obraz jest zwiększenie jasności obrazu i, jeśli to konieczne, konwersja go z niewidzialnego, takiego jak podczerwień, na widzialne. Udoskonalanie tych urządzeń doprowadziło do powstania wielostopniowych lamp wzmacniających obraz, w których konsekwentnie zwiększana jest jasność obrazu. Rzeczywisty dla trójstopniowego wzmacniacza obrazu jest wzrost jasności 60-120 razy, podczas gdy jednostopniowy wzmacniacz obrazu daje wzmocnienie 6-15 razy. W innym przypadku możliwe stało się pełniejsze wykorzystanie światła ekranu - anody, dla której grubość kolby w tym miejscu jest zmniejszona do dziesiątych części milimetra, a od zewnątrz dociskana jest do niej klisza fotograficzna („kontaktowy wzmacniacz obrazu” lub „fotokontakt”). Opracowano także projekty, w których kliszę fotograficzną umieszczano od wewnątrz w miejscu anody. Aby jednak go zdobyć, trzeba było rozbić kolbę. Nawet przy zastąpieniu kilku płyt genialnym urządzeniem jest to zbyt drogie. Niedawno zastosowano telewizyjne systemy astronomiczne. W Związku Radzieckim najważniejszą pracę w tym kierunku wykonał N. F. Kuprevich, starszy badacz w Obserwatorium Pułkowo. W stworzonej przez niego instalacji zastosowano metodę akumulacji, która polega na tym, że słaby obraz rzutowany jest przez długi czas na fotokatodę superortikonu przy braku wiązki światła. W tym przypadku ulga potencjału „kumuluje się” na odpowiednich elektrodach rury. Następnie włącza się pojedynczy skan i na ekranie telewizora systemu telewizji przemysłowej pojawia się obraz o znacznie zwiększonej jasności (tego samego rzędu, co w przypadku wielostopniowych wzmacniaczy obrazu). Pojedynczy ruch eliminuje kłopoty związane z fotografowaniem. Dość trudny w konfiguracji i obsłudze system telewizyjny ma ogromny potencjał. Dlatego drobne szczegóły obrazów obiektów astronomicznych na kliszach fotograficznych zawsze wyglądają na rozmyte. Wyjaśnia to ciągłe drganie obrazów. Podobne zjawisko jest znane każdemu przy migotaniu gwiazd. System telewizyjny, zwiększając jasność, pozwala na skrócenie czasu ekspozycji, a co za tym idzie, „rozmycia” obrazu. System telewizyjny jest zasadniczo jednokanałowy, ale dzięki rozkładowi linia po linii jest w stanie przesyłać obraz, co upodabnia go do wzmacniacza obrazu. Pod względem czułości progowej oba te odbiorniki ustępują dobremu PMT. Fotoprzewodnik do automatycznego śledzenia gwiazdy przez teleskop Z tego wszystkiego, co zostało powiedziane, jasno wynika, że współczesna nauka oddała do dyspozycji astronomów bardzo potężne środki techniczne. Wydawać by się mogło, że nie ma już podstaw do niezadowolenia. Jednak tak nie jest. Wiadomo na przykład, że obecnie część obserwacji astronomicznych prowadzi się już bez udziału człowieka – z satelitów. Cały świat zobaczył zdjęcia niewidocznej strony Księżyca wykonane przez „astronoma elektronicznego” – radziecki AMS, wystrzelony 4 października 1959 roku. Oczywiście w tym przypadku nie można było inaczej. Konieczne było także wysłanie AMS na Wenus, ponieważ orbita tej planety znajduje się wewnątrz orbity Ziemi i w momentach zbliżania się do Ziemi skierowana jest ku nam ciemną, a zatem niewidzialną stroną. Wiele ważnych problemów czeka na rozwiązanie poprzez wydobycie instrumentów astronomicznych z atmosfery ziemskiej. Weźmy na przykład planetę Mars, naszego najbliższego sąsiada. Tajemnica Marsa (jego „kanałów” i innych szczegółów) dręczy nie tylko astronomów. Wiele zagadek i innych luminarzy; nawet księżyc ma ich mnóstwo. Wydawać by się mogło, że wystarczy spojrzeć przez teleskop o dużym powiększeniu i wiele się wyjaśni. Ale w rzeczywistości tak nie jest. Zamiast wyraźnych konturów planety zobaczysz kulę drżącą jak płomień świecy na wietrze, z ciągle unoszącymi się mglistymi plamami. Jest to wpływ atmosfery ziemskiej, gdzie przepływy powietrza o różnej gęstości powodują stale zmieniające się załamanie promieni świetlnych. Nawet przy bardzo spokojnej atmosferze nie da się rozróżnić żadnych drobnych szczegółów obrazów. Jednak drżenie i migotanie to tylko jedna strona sprawy. Cały problem polega na tym, że zdecydowana większość zakresu promieniowania elektromagnetycznego nie dociera do powierzchni Ziemi. Tymczasem badanie tej konkretnej części zakresu może dać nauce nie mniej niż wgląd w niewidomych. Dlatego przeniesienie obserwatorium poza atmosferę – najpierw na sztucznego satelitę, a potem na Księżyc – jest pilną potrzebą. Nietrudno także zrozumieć, że przy użyciu małego teleskopu, niezależnie od jego powiększenia, niemożliwe jest dostrzeżenie drobnych szczegółów planet. Jest to również nie do pomyślenia, ponieważ tak zwana granica dyfrakcyjna ma wpływ. Na przykład, aby rozróżnić szczegóły na powierzchni Księżyca o wielkości 40 m, potrzebny jest teleskop o średnicy obiektywu co najmniej 65 cm, ale duże teleskopy są tak ciężkie, że uginają się pod wpływem ich ciężaru. Musimy zwiększyć sztywność konstrukcji, co z kolei zwiększa wagę itp. Czy jest wyjście z tej sytuacji? Tak, mam. Polega na tym, że duży - teleskop zainstalowany na satelicie nic nie waży. Jego sztywność można zmniejszyć do minimum, a masa konstrukcji będzie niewielka, a wyniesienie jej na orbitę nie będzie kosztować zbyt wiele. W przyszłości najwyraźniej wygodniejsze będzie instalowanie teleskopów na Księżycu, gdzie będą ważyć 6 razy mniej niż na Ziemi. Można bez przesady powiedzieć, że takie „zewnętrzne obserwatorium”, wyposażone w nowoczesny sprzęt elektroniczny i komputery (mogą być zlokalizowane na Ziemi), jest w stanie w krótkim czasie rozwiązać setki współczesnych problemów. Warto zauważyć, że noc na Księżycu jest 29,5 razy dłuższa niż na Ziemi, podobnie jak dzień. Dzięki temu możliwe jest prowadzenie tam obserwacji zarówno w dzień, jak i w nocy. Na Księżycu i w kosmosie będzie można korzystać z nowych, otwartych urządzeń elektronicznych; w końcu panuje tam próżnia, jakiej nie osiągnięto nigdy w żadnej lampie. Na koniec nie sposób nie wspomnieć o jeszcze jednym problemie, który obecnie przenosi się z kart powieści science fiction do laboratorium naukowców. Mówimy o kosmicznej emisji radiowej sztucznego pochodzenia. Ważne będzie nie tylko jego zaakceptowanie, ale także rozszyfrowanie. Chociaż istnieją przewidywania dotyczące konkretnej długości fali, na której należy szukać tych sygnałów, należy zbadać cały zakres. Osiągnięcia radzieckiej nauki i technologii, historyczne loty radzieckich statków pasażerskich, największe sukcesy naszej Ojczyzny w podboju kosmosu wyraźnie świadczą o tym, jak skutecznie realizuje się wielowiekowe marzenia ludzkości, plany, które niedawno uważano za utopię zrealizowany w Związku Radzieckim. Jesteśmy przekonani, że niedaleki jest czas, kiedy sowieccy astronomowie będą mogli udać się na Księżyc w celu obserwacji i sprawdzenia hipotez. Autor: L. Xanfomality
Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi
05.05.2024 Klawiatura Primium Seneca
05.05.2024 Otwarto najwyższe obserwatorium astronomiczne na świecie
04.05.2024
▪ Klawiatura mechaniczna Hexgears Hyeku F2 ▪ Miniaturowy, wielosystemowy moduł GNSS Quectel L96-M33 z anteną krosową ▪ Znalazłem skuteczny sposób na rozweselenie ▪ Przetwornik obrazu OmniVision OV13 13850 MP do urządzeń mobilnych
▪ sekcja serwisu Podstawy bezpiecznego życia (OBZhD). Wybór artykułów ▪ artykuł Stare, ale złote. Sztuka dźwięku ▪ artykuł Co feministki zrobiły ze stanikami? Szczegółowa odpowiedź ▪ artykuł Bast tykwa. Legendy, uprawa, metody aplikacji ▪ artykuł Moduły mocy. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki ▪ artykuł gadająca głowa. Sekret ostrości
Strona główna | biblioteka | Artykuły | Mapa stony | Recenzje witryn
www.diagram.com.ua |
Polecamy ciekawe artykuły Sekcja 
Zobacz inne artykuły Sekcja 
Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:
Wszystkie języki tej strony