Бесплатная техническая библиотека

На пороге далеких миров. Детская научная лаборатория

Справочник / Детская научная лаборатория

 Комментарии к статье

Еще сравнительно недавно казалось, что между радиоэлектроникой и астрономией нет и не может быть ничего общего. Однако в наши дни подобное мнение безнадежно устарело. Теперь на астрономических конференциях, наряду с вопросами исследования планет и звезд, докладывают о новых электронных приборах, обсуждают не только фотографии обратной стороны Луны, но и электронную аппаратуру, обеспечившую их передачу... Радиоинженеры ныне составляют значительную часть персонала обсерваторий. Это и понятно: в новых больших телескопах электроники не меньше, чем оптики.

Вот одни из многочисленных примеров. На рис. 1 приведен автоматический электронный поляриметр, разработанный в Абастуманской астрофизической обсерватории Академии наук Грузинской ССР. Этот прибор является электронным вычислительным устройством недискретного действия. Измеряя определенные параметры луча света, он решает несколько уравнений, куда входят эти параметры, и за 0,01 секунды вычисляет результат. Схема состоит из 38 электронных ламп и 35 диодов. Исследования Луны и планет, проводимые в обсерватории с помощью нового прибора, позволяют получить ценные данные о составе и строении их поверхности.

Рис. 1. Автоматический электронный поляриметр. Навесной блок закреплен на 40-сантиметровом рефракторе

Электронные приборы и методы, используемые в астрономии, чрезвычайно интересны и своеобразны.

Известно, что глаз реагирует лишь на очень небольшой интервал длин волн в диапазоне электромагнитных колебаний - от 4200 до 7000 ангстрем, что соответствует частотам от 430 до 715 миллионов мегагерц. В этом диапазоне оптическую астрономию интересуют измерение световых потоков - фотометрия; распределение энергии излучения по диапазону - спектрометрия; определение плоскости, в которой лежит электрический вектор колебаний, и соответствующих количественных соотношений - поляриметрия, а также ряд других задач. Все они решаются методами электроники. Разумеется, любой электронный прибор должен начинаться с приемника лучистой энергии, отвечающего на нее появлением тока, напряжения или изменением сопротивления. Эти приемники характеризуются прежде всего диапазоном, в котором они должны работать, и чувствительностью.

Самым распространенным видом приемника, применяемым в астрономии, является фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Он представляет собой комбинацию обычного вакуумного фотоэлемента с электронным умножителем.

Такая система может быть чувствительнее самого острого зрения, но и у нее есть предел. Прежде всего, фотокатод имеет небольшую тепловую эмиссию. Усиленная в миллионы раз, она становится ощутимой, и поэтому ток на выходе ФЭУ имеется при отсутствии света.

Другое ограничение накладывается квантовой структурой света: поток 1000 квантов в секунду довольно легко может быть измерен, но неравномерное поступление квантов создает дополнительный дробовой эффект.

ФЭУ изготовляются с различными типами катодов, что позволяет применять их для всех частей диапазона, кроме далеких инфракрасных областей. ФЭУ - типично "одноканальные" устройства; они не могут передать распределение яркости по точкам фотокатода.

На рис. 2 изображена схема астрономического фотометра. Диск с отверстиями, вращаемый синхронным двигателем, модулирует световой поток. Синхронно с модуляцией работает фазовый детектор с большой постоянной времени, который позволяет выделить из шумов сигнал даже тогда, когда отношение сигнал/шум не превосходит 0,001. Специальное программное устройство производит контрольные измерения, сравнивает и затем печатает результат. Этот прибор также создан в Абастуманской обсерватории.

Рис. 2. Фотометр, применяемый в астрономии (программное устройство не показано)

Большой интерес представляет идея фотоэлектронного устройства, позволяющего автоматически сопровождать звезды телескопом (фотогид). Приемником в нем служит ФЭУ. Фотогид (рис. 3) разработан в Ленинградском институте электромеханики.

Рис. 3. Устройство автоматического сопровождения звезды телескопом (фотогид). При вращении полудиска ток ФЭУ будет неизменным только в том случае, если луч света проходит точно по его оси; в противном случае ток оказывается модулированным, что вызывает включение корректирующих двигателей.

Незаменимыми инструментами для астрономов являются термоэлемент и болометр. Они могут применяться в диапазоне от видимого света до субмиллиметровых радиоволн. Других приборов такой широкополосности не существует.

Термоэлемент - это миниатюрная термопара, обычно помещаемая в вакуум. Место спая двух разнородных проволочек зачернено таким образом, что все падающее на него излучение поглощается, слегка нагревая спай. Появляется термо э.д.с. которую можно измерить высокочувствительным низкоомным гальванометром. Усиление этой э.д.с. ламповыми схемами затруднительно, так как она очень невелика, а низкое сопротивление без преобразователя использовать не удается. Здесь представляет большой интерес использование транзисторных схем с низким входным сопротивлением, однако осложнение вносят шумы транзисторов.

Болометр представляет собой две маленькие металлические пластинки толщиной в доли микрона, которые также зачернены и помещены в вакуум. Лучистый поток, подлежащий измерению, направляют на одну из них. В схеме электрического моста, благодаря изменению сопротивления этой пластинки, вызванному ее нагреванием, появляется разбаланс, пропорциональный количеству поглощенной лучистой энергии. Болометр тоже инерционен, а мостик обладает низким выходным сопротивлением.

Эти приборы, чаще всего применяемые как приемники инфракрасных лучей, являются одноканальными. Правда, недавно был разработан экран из светочувствительной мозаики полупроводникового типа (фотосопротивления), являющийся многоканальным прибором. Порог чувствительности термоэлементов и болометров не превышает 10-11 Вт при постоянной времени около 1 секунды.

Единственным в своем роде "многоканальным" устройством, где электронный поток несет информацию обо всем изображении одновременно, является электронно-оптический преобразователь (ЭОП). Полупрозрачный фотокатод, как и в ФЭУ, нанесен на внутреннюю поверхность торца колбы. Естественно, что и здесь катод определяет спектральное назначение: сурмяно-цезиевый катод хорошо работает в зелено-фиолетовой и ультрафиолетовой областях, висмуто-цезиевый охватывает весь видимый диапазон, а кислородно-серебряно-цезиевый позволяет проникнуть в близкие инфракрасные области. Имеются и другие типы фотокатодов.

Специальные электронные линзы, представляющие собой образованные особыми электродами электрические поля, направляют фотоэлектроны на анод, подобно устройствам фокусировки луча в кинескопах. Осуществляется это таким образом, что структура потока не искажается и перенос изображения сопровождается только его уменьшением. Анодом является флюоресцирующий экран, где можно рассматривать или фотографировать изображение. Назначение ЭОП'ов заключается в том, чтобы увеличивать яркость изображения и, если это необходимо, преобразовывать его из невидимого, например инфракрасного, в видимое.

Совершенствование этих приборов привело к созданию многокаскадных ЭОП'ов, где яркость изображения последовательно усиливается. Реальным для трехкаскадного ЭОП'а является усиление яркости в 60-120 раз, в то время как однокаскадный дает усиление в 6-15 раз. В другом случае стало возможно более полное использование света экрана - анода, для чего толщину колбы в этом месте снижают до десятых долей миллиметра, а снаружи к ней прижимают фотопленку ("контактный ЭОП" или "фотоконтактная трубка"). Были также разработаны конструкции, где фотопластинка помещалась изнутри на месте анода. Однако, чтобы достать ее, требовалось разбить колбу. Даже при нескольких пластинках, сменяемых остроумным приспособлением, это обходится слишком дорого.

Совсем недавно стали применяться телевизионные астрономические системы. В Советском Союзе наиболее значительная работа в этом направлении проделана старшим научным сотрудником Пулковской обсерватории Н. Ф. Купревичем. В созданной им установке используется метод накопления, заключающийся в том, что слабое изображение длительно проектируется на фотокатод суперортикона при отсутствии развертывающего луча. При этом на соответствующих электродах трубки "накапливается" потенциальный рельеф. Затем включается однократная развертка, и на экране телевизора замкнутой телевизионной системы появляется изображение с сильно увеличенной яркостью (того же порядка, что и у многокаскадных ЭОП'ов). Однократная развертка устраняет трудности, связанные с фотографированием.

Довольно сложная в наладке и эксплуатации, телевизионная система обладает большими возможностями. Так, мелкие детали изображений астрономических объектов на фотопластинках всегда выглядят размытыми.

Объясняется это непрерывным дрожанием изображений. Подобное явление известно каждому по мерцанию звезд. Телевизионная же система за счет увеличения яркости позволяет уменьшить длительность экспозиции, а следовательно, и "размыв" изображений. Телевизионная система является, по существу, одноканальной, но благодаря построчному разложению, она способна передавать изображения, что роднит ее с ЭОП'ом. По пороговой чувствительности оба эти приемника уступают хорошему ФЭУ.

Фотогид для автоматического сопровождения звезды телескопом

Из всего сказанного видно, что современная наука предоставила в распоряжение астрономов очень сильные технические средства. Казалось бы, теперь не остается основании для неудовлетворенности. Однако, это не так. Известно, например, что сейчас некоторые астрономические наблюдения уже выполняются без участия человека - со спутников. Весь мир видел фотографии обратной стороны Луны, сделанные "электронным астрономом" - советской АМС, запущенной 4 октября 1959 года. Очевидно, что в этом случае другой путь был невозможен. Также была необходима посылка АМС к Венере, поскольку орбита этой планеты находится внутри орбиты Земли и в моменты сближения с Землей она обращена к нам темной, а потому невидимой стороной.

Множество важных задач ожидает своего разрешения путем выноса астрономических приборов за пределы земной атмосферы. Взять, к примеру, планету Марс - нашего ближайшего соседа. Загадка Марса (его "каналы" и другие детали) не дают покоя не только астрономам. Немало загадок и у других светил; даже у Луны их очень много. Казалось бы, стоит только посмотреть в телескоп с большим увеличением и многое станет ясным. Но в действительности это не так. Вместо четких контуров планеты вы увидите дрожащий, как пламя свечи на ветру, шарик с непрерывно плывущими туманными пятнами. Это - влияние земной атмосферы, где потоки воздуха разной плотности создают непрерывно меняющееся преломление световых лучей. Даже при очень спокойной атмосфере не удается различить сколько-нибудь мелкие детали изображений. Однако дрожания и мерцания - лишь одна сторона дела. Вся беда в том, что подавляющая часть диапазона электромагнитных излучений до поверхности Земли не доходит. Между тем изучение именно этой части диапазона может дать науке не меньше, чем слепому прозрение.

Вот почему вынос обсерватории за пределы атмосферы - сначала на искусственный спутник, а затем на Луну - назревшая необходимость.

Не трудно также понять, что, пользуясь маленьким телескопом, какое бы увеличение он ни давал, невозможно различить мелкие детали на планетах. Это немыслимо еще и потому, что сказывается так называемый дифракционный предел. Например, чтобы различить на поверхности Луны детали размером в 40 м, нужен телескоп с диаметром объектива не менее 65 см. Но большие телескопы оказываются настолько тяжелыми, что гнутся под действием своего веса. Приходится увеличивать жесткость конструкции, что, в свою очередь, увеличивает вес и т. д.

Есть ли выход из этого положения? Да, есть. Он состоит в том, что большой - телескоп, установленный на спутнике, ничего не будет весить. Его жесткость может быть снижена до минимума, при этом масса конструкции окажется небольшой и вывод ее на орбиту обойдется не слишком дорого.

В дальнейшем телескопы, видимо, целесообразнее устанавливать на Луне, где они будут весить в 6 раз меньше, чем на Земле. Можно без преувеличения сказать, что такая "внешняя обсерватория", оснащенная современной электронной техникой и вычислительными машинами (они могут быть расположены на Земле), способна за короткое время решить не одну сотню сегодняшних проблем. Интересно отметить, что ночь на Луне в 29,5 раз длиннее земной, как, впрочем, и день. Следовательно, вести там наблюдения можно и днем и ночью. На Луне и в космосе станет возможным применять новые открытые электронные приборы; ведь вакуум там такой, какого еще ни в одной лампе достичь не удалось.

Наконец, нельзя не упомянуть еще об одной проблеме, которая ныне переходит со страниц фантастических романов в лаборатории ученых. Речь идет о космическом радиоизлучении искусственного происхождения. Важно будет не только принять его, но и расшифровать. Несмотря на имеющиеся предсказания о конкретной длине волны, где следует искать эти сигналы, должен быть изучен весь диапазон.

Достижения советской науки и техники, исторические полеты советских пассажирских космических кораблей, величайшие успехи пашей Родины в покорении космического пространства наглядно свидетельствуют о том, насколько успешно осуществляются в Советском Союзе вековые мечты человечества, планы, недавно считавшиеся утопией. Мы уверены, что недалеко время, когда за наблюдениями и проверкой гипотез советские астрономы смогут отправляться на Луну.

Автор: Л. Ксанфомалити

 Рекомендуем интересные статьи раздела Детская научная лаборатория:

▪ Определимся без гироскопа

▪ Статический заряд на движущемся объекте

▪ Гравитационные часы

Смотрите другие статьи раздела Детская научная лаборатория.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Оптимальная продолжительность сна 12.11.2025

Сон играет ключевую роль в поддержании здоровья, когнитивных функций и общего самочувствия. Несмотря на широко распространенный стереотип о восьмичасовом сне, последние исследования показывают, что оптимальная продолжительность сна для большинства здоровых взрослых ближе к семи часам. Эволюционный биолог из Гарварда, Дэниел Э. Либерман, утверждает, что традиционная норма восьми часов сна - это скорее культурное наследие индустриальной эпохи, чем биологическая необходимость. По его словам, полевые исследования, проведенные в сообществах, не использующих электричество, показывают, что средняя продолжительность сна составляет 6-7 часов, что значительно отличается от общепринятого стандарта. Современные эпидемиологические данные подтверждают этот взгляд. Исследования выявили так называемую "U-образную кривую" зависимости между продолжительностью сна и рисками для здоровья. Минимальные показатели заболеваемости и смертности наблюдаются именно у людей, спящих около семи часов в сутки. ...>>

Дефицит кислорода усиливает выброс закиси азота 12.11.2025

Парниковые газы играют ключевую роль в изменении климата, а закись азота (N2O) - один из наиболее опасных среди них. Этот газ не только втрое сильнее углекислого газа в удержании тепла, но и разрушает озоновый слой. Недавнее исследование американских ученых показало, что микробы в зонах с низким содержанием кислорода активно производят N2O, усиливая глобальные климатические риски. Команда из Университета Пенсильвании изучала прибрежные воды у Сан-Диего и провела наблюдения на глубинах от 40 до 120 метров в Восточной тропической северной части Тихого океана - одной из крупнейших зон дефицита кислорода. Исследователи сосредоточились на том, как морские микроорганизмы превращают нитраты в закись азота. В ходе работы выяснилось, что существует два пути образования N2O. Один путь начинается с нитрата, другой - с нитрита. На первый взгляд более короткий путь должен быть эффективнее, однако микробы, использующие нитрат, продуцируют больше газа, поскольку этот "сырьевой" источник более д ...>>

Омега-3 помогают молодым кораллам выживать 11.11.2025

Сохранение коралловых рифов становится все более актуальной задачей в условиях глобального изменения климата. Молодые кораллы особенно уязвимы на ранних стадиях развития, когда стрессовые условия и нехватка питательных веществ могут привести к высокой смертности. Недавнее исследование ученых из Технологического университета Сиднея показывает, что специальные пищевые добавки способны существенно повысить выживаемость личинок кораллов. В ходе работы исследователи разработали особый состав "детского питания" для коралловых личинок. В него вошли масла, богатые омега-3 жирными кислотами, а также важные стерины, необходимые для формирования клеточных мембран. Личинки, получавшие эти добавки, развивались быстрее, становились крепче и демонстрировали более высокую устойчивость к стрессовым факторам. Особое внимание ученые уделили липидам. Анализ показал, что личинки активно усваивают эти вещества, что напрямую влияет на их жизнеспособность. Стерины, содержащиеся в корме, повышают устойчи ...>>

Случайная новость из Архива Спиральный свет 30.12.2024 Свет - это одно из самых удивительных и загадочных явлений природы. Мы привыкли воспринимать его как нечто обыденное и привычное, будь то свет лампочки или солнечные лучи. Но что, если этот свет можно было бы "закрутить" и придать ему необычные свойства? Такое открытие сделали ученые из Мичиганского университета, исследуя возможности создания "закрученного" света с помощью технологий, основанных на принципах работы традиционной лампочки накаливания. Обычно световые частицы, или фотоны, колеблются в разных направлениях. Однако если свет проходит через материал с определенной структурой, например, через закрученную нить накала, он может приобрести особую форму - спиральную. Этот процесс называется хиральностью. Спиральный свет открывает новые горизонты для манипулирования светом, что может привести к созданию революционных технологий, от новых видов датчиков до усовершенствованных систем машинного зрения. Суть исследования заключалась в том, чтобы изучить, как микроскопическая закрученная нить накала может изменять свет. Ученые выяснили, что если длина витков спирали в нити накала совпадает с длиной волны излучаемого света, сам свет начинает "закручиваться". Этот эффект зависит от многих факторов, включая форму витков спирали и электронные свойства материала нити, в данном случае наноуглерода и металлов. Полученный свет обладает эллиптической поляризацией, что означает, что он приобретает форму, напоминающую спираль, и может быть использован для более сложных задач. Один из наиболее захватывающих аспектов этого открытия заключается в его возможных применениях. Например, оно может найти применение в области машинного зрения. Представьте себе робота или беспилотный автомобиль, которые способны различать объекты не только по их форме или цвету, но и по тому, как они поляризуют свет. Это сходно с тем, как раки-богомолы, обладающие уникальным зрением, могут воспринимать мир, используя закрученный свет. В условиях плохой видимости такие системы могли бы отличать объекты, например, оленя и человека, на основе различий в поляризации света, который они излучают. Профессор Котов, один из авторов исследования, отмечает, что такие технологии могут существенно улучшить автономные транспортные средства, позволяя им различать объекты даже в условиях туманной или темной среды. Это стало возможным благодаря новой технологии, использующей принцип работы традиционной лампочки, но на совершенно новом уровне. Особое внимание ученые уделили яркости получаемого закрученного света. Оказалось, что этот свет может быть до 100 раз ярче, чем свет, созданный с помощью других технологий. Однако, несмотря на эти впечатляющие результаты, ученые столкнулись с трудностью: полученный свет имеет широкий спектр длин волн и степени закрученности. Это ограничивает его применение, но в планах ученых - решить эту проблему. Они намерены работать над созданием более точных технологий, включая лазеры, использующие закрученные световые структуры. Кроме того, исследователи планируют изучить инфракрасный диапазон, где излучение абсолютно черного тела достигает своего пика при комнатной температуре. Это может стать новым направлением для использования эллиптической поляризации, например, для улучшения контрастности изображений и разработки новых методов визуализации. Работа мичиганских ученых показывает, как давно известные физические явления могут быть использованы в совершенно новых контекстах. Это открытие не только помогает нам лучше понять, как форма объекта влияет на поляризацию света, но и открывает перспективы для разработки новых технологий в области оптики, робототехники и материаловедения. Простой и знакомый каждому из нас принцип работы лампочки накаливания оказался ключом к созданию света с совершенно необычными свойствами. Ожидается, что "закрученный" свет откроет новые возможности для множества технологий, от улучшения зрительных систем до разработки новых источников энергии. Кто мог бы подумать, что такие простые идеи могут привести к таким революционным открытиям? Вполне возможно, что это только начало, и впереди нас ждут еще более удивительные разработки в мире оптики.

Другие интересные новости:

▪ Аэротакси для междугородных перевозок

▪ Обнаружен самый прочный материал биологического происхождения

▪ 176-слойная 4D NAND флеш-память

▪ Компактный кулер ID-COOLING IS-40v3

▪ Аттомикроскоп для наблюдения за сверхбыстрыми процессами

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Стабилизаторы напряжения. Подборка статей

▪ статья Станок для клепки кос. Чертеж, описание

▪ статья Как погиб величайший греческий герой Троянской войны Ахилл? Подробный ответ

▪ статья Директор по развитию. Должностная инструкция

▪ статья Экономичный преобразователь для питания люминесцентной лампы от аккумулятора. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Микросхемы многофункциональные серии МС34118 для телефонных аппаратов. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025