Ko se seća James Bondovog filma Golden Eye ili filma Contact, odmah će prepoznati jednog od "glumaca". U jednoj od prvih scena ovog poslednjeg, inače snimljenom po romanu Carla Sagana, gospođica Jodie Foster alias Dr. Ellie Arroway dolazi da u okviru SETI-ja osluškuje poruke vanzemaljaca na najvećem radio-teleskopu na Zemlji - el radio telescopio Arecibo u Puerto Ricu. I zaista je Arecibo teleskop učestovao u SETI projektu. Još 1974. godine sa njega je poslata u smeru M13, do sada najvećom snagom, čuvena 3-minutna poruka koja je sadržala sličicu čoveka, samog teleskopa, podatke o Sunčevom sistemu, delove formule DNK, kao i neke od formula hemijskih jedinjenja značajnih za život na Zemlji. Poruku je, uz pomoć C. Sagana i drugih, sastavio Frank Drake (izveo i čuvenu odokativnu formulu o verovatnom broju tehnički dovoljno naprednih civilizacija u Univerzumu, voljnih da komuniciraju, koja je po njemu i nazvana). Ona bi trebalo da stigne na odredište za nekih 25000 godina. Kasnije su se istraživači iz praktičnih razloga ipak orijentisali više na slušanje nego na slanje signala.

arecibo_1
Slika 1. Arecibo opservatorija u Puerto Ricu: reflektor ima prečnik od gotovo 305 m i fiksiran je. Na konstrukciji zategnutoj na tri stuba nalazi se pomičan reflektor i prijemnici. Od stuba najbližem nama do njih vodi viseći most (tzv. Catwalk).

Prečnik od 304,8 metara (1000 stopa za one koji se eventualno pitaju zašto anglosaksonci retko koriste okrugle mere) čini ga najvećim, i istovremeno najosetljivijim, jednoreflektorskim radio-teleskopom na planeti i šire (za sada).

a19sm

Čitava priča o Arecibo opservatoriji je potekla od William E. Gordona sa Cornell univerziteta, koje je, u stvari, želeo da osmatra

atmosferske (jonosferske) pojave. Zvanični početak rada opservatorije je bio 1. novembra 1963. godine, i danas nakon više od 40 godina rada je nezamenljiv instrument radio astronoma. Ukupni troškovi izgradnje su bili oko 9 miliona dolara, što prevedeno u današnje cifre iznosi preko 100 miliona. Arecibo opservatorijom upravlja delom Cornell univerzitet, a delom američka NSF (National Science Foundation).

Interesantno je da je Arecibo teleskop sagrađen za nešto više od 3 godine, za razliku od GBT ili Effelsberga koji su građeni po deceniju i više. To je velikim delom posledica toga što je reflektor fiksiran, a ne pokretan kao kod prethodna dva.

arecibo_2
Slika 2. Arecibo reflektor snimljen sa visine od 1300 m. Vide se i tri stuba na kojima su "razapeti" dodatni reflektori i kućica sa prijemnicima.

Arecibo od ranije opisanih teleskopa razdvaja i to što nema pokretan reflektor. Njegov reflektor je sferna aluminijumska površina koja pokriva omanju dolinu u blizini istoimenog grada Arecibo. Naravno, površina nije iz jednog komada, već se sastoji od velikog broja elemenata (oko 40000) pričvršćenih za betonske nosače na zemlji i dodatno je zategnuta sajlama, tako da je dobijena sferna površina, a ne parabolična, što bi bio slučaj kad bi aluminijumska konstrukcija slobodno visila. Elem, prostor ispod nje je toliko veliki da su tu smeštene kuće za osoblje i bašte, a u ostatku površine od preko 7 hektara gotovo slobodno raste prašumsko rastinje (Slika 3). Nije stoga ni čudo što opservatorija ponekad ne radi i po tri dana u nedelji, dok se osoblje ne izbori sa brzorastućom džunglom. Ona bi, bez preterivanja, progutala čitavu opservatoriju, s obzirom da na 18° od ekvatora, u tropskom pojasu, zbog obilja vlage i sunčeve svetlosti, vegetacija raste gotovo dvostruko brže nego na našim geografskim širinama.

arecibo_3
Slika 3. Prostor ispod sferne aluminijumske površine reflektora. Na zemlji se vide betonski nosači i zatezači koji formiraju sfernu površinu. Lepo je "podšišana" i vegetacija.

Još jedna razlika je uočljiva: umesto paraboličnog - sferni reflektor. To je ponovo zbog toga što je primarni reflektor fiksiran, a drugi i treći (sekundarni i tercijarni, kako to stručnjaci znaju da kažu) se pomeraju, tako da antena nije fikso usmerena na jednu poziciju, već može da osmatra u konusu širine gotovo 40 stepeni oko zenita.

arecibo_4
Slika 4. Principska šema Arecibo antene. U kupoli (dome) se nalaze sekundarni i tercijarni reflektor u Gregorian konfiguraciji. Podizanjem i spuštanjem, kao i rotacijom kupole antenski snop se može usmeriti u okviru konusa od 40 stepeni oko zenita.

arecibo_5

Slika 5. Gregorian konfiguracija (v. Rečnik) drugog i trećeg pokretnog reflektora. Ovakva konfiguracija je neophodna da bi se korigovala aberacija sfernog reflektora i smanjila temperatura šuma sistema (manje je rasipanje signala od optičke ose). Otuda i ovako kompleksna putanja zraka od jednog do drugog reflektora. Ugrađena je devedesetih godina prošlog veka i višestruko je poboljšala osetljivost sistema.

 

Godine 1974. primarnom reflektoru dodata je aluminijumska površina veće preciznosti (2,2 mm hrapavosti), i tako je omogućila da se vrše posmatranja do talasne dužine od nešto manje od 3 cm (10 GHz). Da podsetim, Efflelsbergom i GBT-jem se mogu posmatrati signali do stotinak GHz. Naravno u opsegu u kome radi Arecibo je višestruko osetljiviji od oba.

Osmatranja, koja se izvode u Arecibo opeservatoriji, mogu se svrstati u tri velike grupe: klasična radio-astronomska osmatranja (80 % osmatračkog vremena), osmatranja atmosferskih pojava (15 %) i radarska astronomija (5 %).

Klasična radio-astronomska osmatranja Arecibom, tj. prijem prirodnog radio-zračenja nebeskih tela donela su neka od najznačajnijih otkrića u astronomiji XX veka. Neposredno posle starta, već 1964. godine, osmatranjem radio-signature Merkura, korigovan je period njegove rotacije sa pretpostavljenih 88 dana, na 58.65 dana.

Godine 1990. poljski astronom Aleksander Wolszczan je otkrio pulsar PSR B1257+12 udaljen oko 2600 svetlosnih godina od nas, što samo po sebi i ne bi bilo toliko značajno, da nešto kasnje nije otkrio i dve planete oko njega. Tako su otkrivene prve planete izvan sunčevog sistema, takozvane ekstrasolarne planete. Nešto kasnije se ispostavilo da postoji i treća planeta, pa i četvrta, koja je ipak zbog svoje veličine klasifikovana kao asteroid (ponegde i kao kometa).

U međuvremenu, u vreme hladnog rata, teleskop je korišćen za otkrivanje ruskih radarskih signala koji su se odbijali od Meseca, što i nije čudno, imajući u vidu da je dobar deo opservatorije napravljen uz pomoć vojne institucije ARPA (Advanced Research Project Agency ), iste one koja je započela eru Interneta (nešto korisno i od njih, prim. aut.).

Ipak, najznačajnije otkriće kojem je sledila jedina Nobelova nagrada proizašla iz neke nacionalne opservatorije, je potvrda postojanja gravitacionih talasa, odnosno jedan od ključnih dokaza u korist opšte teorije relativnosti. Russell Hulse i Joseph Taylor su 1974. godine osmatrajući Arecibo teleskopom otkrili prvi binarni pulsar, koji je označen kao PSR B1913+16 ili Hulse-Taylor pulsar. On se sastoji od dve neutronske zvezde, koje rotiraju oko zajedničkog centra mase. Stabilna emisija radio-talasa jedne od neutronskih zvezda ovog pulsara je omogućila precizna merenja gravitacionih relativističkih pojava, konkretno gravitacionih talasa. Energija koja se u ovakvom sistemu, po Ajnštajnovoj pretpostavci, emituje u obliku gravitacionih talasa, dovodi do spiralne putanje tokom rotacije, što praktično znači da se energija sistema smanjuje, zvezde se približavaju jedna drugoj i na kraju će se neminovno sudariti. Pošto do sada nismo bili u mogućnosti da direktno detektujemo gravitacione talase, ovo je ipak jedan od indirektnih dokaza da oni postoje.

Iako zauzima svega 5 % osmatračkog vremena Arecibo teleskopa, radarsko-astronomska osmatranja su rezultirala velikim brojem interesantnih otkrića. Veličina reflektora od 305 m, omogućava ugaonu rezoluciju bolju od 1" (npr. na talasnoj dužini od 12 cm). Korišćenjem Dopplerovog pomaka, moguće je dobiti radarske slike objekata u sunčevom sistemu sa rezolucijom od 20-50 m. Na taj način su napravljeni izvanredni snimci Meseca, Merkura, Venere, Marsovih, Jupiterovih i Saturnovih satelita, kao i velikog broja asteroida i kometa. Tokom, posmatranja Galilejevih Jupiterovih satelita tokom sedamdesetih godina, otkriveno je da se radarski eho ovih satelita razlikuje od očekivanog. Poređenjem dobijenog eha sa eksperimentima u laboratoriji, sa velikom verovatnoćom se utvrdilo da on potiče od naslaga leda. Kasnije je ova metoda postala standardna za pretraživanje površine nebeskih tela u potrazi za ledom. Tako je otkriven i led na Merkurovim polovima.

Suprotno merenjima svemirskim sondama, negativan je bio odgovor na pitanje da li na mesečevim polovima (koji su inače uvek u senci) ima naslaga leda (Slika 6). Radarska osmatranja su utvrdila da nema debljih naslaga leda, a za merenja sa svemirskih sondi koja su pokazala tragove vode, pretpostavka je da je ona smrznuta zajedno sa prašinom. Rezultati ovog istraživanja su objavljeni 2003. godine u časopisu Nature.

Da je radarska astronomija i dalje in, potvrđuje i činjenica da je devedesetih godina prošlog veka, sem pomenutog Gregorian reflektora, ugrađen predajnik od 1 MW (postojeći je imao nešto manju snagu od 500 kW). Dakle istraživanja na ovom polju se nastavljaju punom parom.

arecibo_6
Slika 6. Arecibo radarski snimci južnog (levo) i severng (desno) mesečevog pola. Snimci su napravljeni 70-cm radarskim sistemom. Radarski signal prodire nešto više od 5 m ispod površine. Svetlije zone na slici označavaju mesta gde je prisutna voda (u nekom obliku). Copyright © Bruce Campbell/Arecibo Observatory

Rečnik

Gregorian konfiguracija: ima sličnu funkciju Cassegrain konfiguraciji, koja se koristi i u gradnji optičkih teleskopa, a to je dobijanje veće ekvivalentne žižne daljine sistema. U ovoj konfiguraciji se umesto hiperboličnog reflektora koristi odsečak elipsoida. U oba slučaja su u pitanju površine drugog reda (sfera, elipsoid, hiperboloid, paraboloid, konus) kod kojih je princip fokusiranja (transformacije faze) isti.

Radarski eho (eng. Backscattering): Kao što mu samo ime kaže, to je signal koji se vraća u prijemnik posle refleksije radarskog signala od objekta. Njegov intenzitet zavisi od geometrije površine (izlomljena ili hrapava površina reflektuje manje nego, recimo ploča), vrste materijala (metal reflektuje gotovo sve, dielektrik tipično par procenata) i polarizacije poslatog signala. Ako se objekt kreće, frekvencija primljenog signala se menja (Dopplerov efekat), pa se na taj način može odrediti i pravac kretanja i brzina objekta.

Literatura

1. http://en.wikipedia.org
2. http://astrosun2.astro.cornell.edu/academics/courses//astro201/ao_scheme.htm
3. http://www.naic.edu/
4. http://www.ecs.umass.edu/ece/allerton/papers1999/22/

 

 

Author: Aleksandar Đurić

Dodaj komentar