Amatorska radioastronomia

P.Janowski · 24 Kwietnia 2014

http://www.swiatradio.com.pl/virtual/modules.php?name=Sections&sop=viewarticle&artid=76

Wydanie 1. Wiedeń, listopad 2012

Krzysztof Dąbrowski OE1KDA

Wstęp

Oprócz aktywnego nawiązywania łączności radiowych krótkofalowców interesowały od dawna nasłuchy różnych sygnałów. Oczywistą sprawą były i są nasłuchy różnego rodzaju stacji nadawczych od radiofonii począwszy a na wszelakich służbach - prognozach meteorologicznych, propagacyjnych i innych - skończywszy. Drugą dziedziną były od dawna obserwacje wszelkiego rodzaju sygnałów pochodzenia naturalnego. Należą do nich sygnały powstające w wyniku wyładowań atmosferycznych i burz ale również i sygnały pochodzenia kosmicznego.
Dokładniej rzecz biorąc obserwacje sygnałów pochodzenia atmosferycznego i burzowego były prowadzone od zarania radiotechniki. Pierwsze odbiorniki radiowe konstruowane przez Popowa (rosyjskiego pioniera radiotechniki, pracującego niezależnie od Marconiego i w tym samym czasie) służyły jako ostrzegacze przed nadchodzącymi burzami. Obserwacją sygnałów radiowych pochodzenia kosmicznego zajmuje się natomiast radioastronomia. Prawie od początku jej istnienia maczali w tym palce krótkofalowcy i robią to do dzisiaj. O początkach radioastronomii w latach 1930-tych, o Karlu Janskym i Grote Reberze W9GFZ pisano już wiele i teksty im poświęcone można łatwo znaleźć w internecie i w literaturze drukowanej. Karl Jansky był tym, który po raz pierwszy stwierdził, że część sygnałów zakłócających łączność radiową jest pochodzenia pozaziemskiego (prowadził on początkowo obserwacje na falach ok. 15 m a więc w zakresie, w którym obecnie prowadzone sa obserwacje Jowisza) natomiast Grote Reber zbudował pierwszy w świecie radioteleskop amatorski a po nim wiele innych udoskonalonych modeli. Znacznie mniej uwagi poświęcono początkom radioastronomii w Polsce. Dlatego też autor pomijając to, co jest wszędzie łatwo dostępne pragnie poświęcić kilka zdań radioastronomii w Polsce.
Pionierem radioastronomii w Polsce był prof. Tadeusz Banachiewicz (astronom i autor słynnego "rachunku krakowianów", pochowany na krakowskiej Skałce), który w 1954 r. rozpoczął pierwsze radiowe obserwacje Słońca i jego zaćmienia - na fali 90 cm. Aparatura znajdowała się na Forcie Skała w obecnym Obserwatorium Astronomicznym UJ. Po jego śmierci badania te zawieszono i dopiero w 1956 r. z okazji Międzynarodowego Roku Geofizycznego i Międzynarodowego Roku Spokojnego Słońca powstało z inicjatywy prof. Stefana Manczarskiego stałe obserwatorium radiosatronomiczne w Krakowie prowadzące początkowo badania na falach 47 i 94 cm. Dla nas krótkofalowców istotne jest także to, że prof. Manczarski był w 1934 r. prezesem Polskiego Związku Krótkofalowców a następnie otrzymał członkostwo honorowe PZK. Wracając do spraw radioastronomii w Polsce to prawie równolegle do obserwatorium krakowskiego powstało również obserwatorium radioastronomiczne w Toruniu prowadzące do teraz intensywne obserwacje. Wśród innych prowadzone są w nim obserwacje Słońca na częstotliwości 127 MHz. Obecne wyposażenie radioastronomiczne obserwatorium krakowskego pozwala na prowadzenie obserwacji w zakresie od 200 MHz do 2 GHz przy użyciu anteny o średnicy 8 m. Profesjonalne obserwacje radioastronomiczne wymagają skomplikowanego, zajmującego teren o znacznej wielkości wyposażenia (duże i skomplikowane anteny lub pola antenowe) i oczywiście bardzo dużych nakładów finansowych. Radioastronomowie amatorzy nie mogą im oczywiście dorównać na każdym polu i dostarczać zawsze wyników mających znaczenie dla postępu nauki. Moga oni jednak przykładowo konstruować aparaturę o charakterze dydaktycznym, prowadzić obserwacje najbliższych i najsilniejszych źródeł radiowych jak Słońce, Jowisz czy Księżyc i to nie tylko w standardowych zakresach częstotliwości ale właśnie w różnych nietypowych i porównywać wyniki z obserwacjami naukowców, mogą także obserwować zjawiska związane z rozchodzeniem się fal radiowych w atmosferze ziemskiej i przy okazji sami się uczyć. Co pewien czas pojawiają się w prasie, radio i telewizji doniesienia o odkryciach nowych obiektow kosmicznych (komet itp.) dokonywanych przez astronomów amatorów, którzy dokładniej analizują otrzymane wyniki i zwracają uwagę na (nieistotne w pierwszym momencie dla naukowców) szczegóły. Być może za jakiś czas usłyszymy o podobnych osiągnięciach radioastronomii amatorskiej.

Spis treści

Wstęp
Podstawy radioastronomii
Promieniowanie ciała doskonale czarnego
Pozostałe mechanizmy generacji
Wpływ ośrodka propagacji
Anteny odbiorcze
Odbiorniki
Zasada interferometru
Cele obserwacji
Zakresy częstotliwości
Obserwacje amatorskie
Obserwacje wstępne
Sprzęt amatorski
Dalsze kroki
Radioastronomia mikrofalowa
Najprostszy radioteleskop mikrofalowy
Modyfikacje miernika satelitarnego
Kalibracja i pomiary
Obserwacje
Rozbudowa i udoskonalenia radioteleskopu
Bardziej rozbudowany radioteleskop mikrofalowy
Radioteleskop na pasmo C
Radioastronomia ultrakrótkofalowa
Odbiornik "Fun Cube Dongle"
Komputerowy paluszek DVB-T
Przykładowe obserwacje
Radioastronomia krótkofalowa
Radioastronomia długofalowa
Odbiornik z żyratorem
Antena ramowa
Przetwornik analogowo-cyfrowy
Odbiornik na zakres 800 Hz - 70 kHz
Uproszczony odbiornik z żyratorem
Układy dodatkowe
Przedwzmacniacz MMIC na pasmo 400 MHz
Przedwzmacniacz MMIC na zakres do 1 GHz
Przedwzmacniacz tranzystorowy na pasmo 1420 MHz
Detektor logarytmiczny na obwodzie AD8307
Detektor logarytmiczny na obwodach p.cz. odbiorników FM
Modyfikacja głowicy satelitarnej na odbiornik przełącznikowy
Dodatek 1. Cykle aktywności słonecznej i ich wpływ na życie na ziemi
Plamy słoneczne
Cykle aktywności i ich obserwacje
Wpływ cykli słonecznych na życie na Ziemi
Aktywność słoneczna i zmiany klimatyczne w perspektywie historycznej
Wydarzenia w kosmicznym sąsiedztwie
Najważniejsze wnioski
Dodatek 2. Mikrofalowe wzmacnuacze scalone firm Mini-Circuits i Avantek
Dodatek 3. Interferometr do obserwacji Słońca na częstotliwości 127 MHz
Literatura i adresy internetowe