雷达天文学
雷达天文学是利用目标物体反射微波,借由分析反射波以观察近地天体的技术,这项研究已经进行了60年。雷达天文学与电波天文学的区别在于,后者是被动的观察,而前者是主动的。雷达的传输可以是连续的或脉冲的,该系统已经广泛的用于研究太阳系。
雷达回波信号的强度与距离的四次方成反比。设备的升级、增加收发器的功率改进了仪器,增加了更多观测的机会。
雷达技术提供了其它手段无法取代的资讯,例如过雷达观测验证了一般相对论对水星轨道的论述[1],和为天文单位提供精确的数值[2]。雷达影像提供被观测物体有关形状和固体表面的性质,这是其它地面技术无法取得的资讯。
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地面的雷达依靠高能量(达到百万瓦[3]),但雷达天文学可以提供非常准确的关于结构、组成和太阳系物体运动的天文测量资讯[4]。这有助于小行星-地球撞击的长期预测,例如图示的小行星(99942) Apophis。尤其是,光学可以观测出现在天空的物体,但却不能很准确地测量距离(当物体很小或是亮度不足时,依靠视差会变得更加困难)。另一方面,雷达可以直接测量物体的距离(无论其速度变化有多快)。结合雷达和光学的观测,通常可以预测未来数十年,甚至几个世纪的轨道。
现在有两套天文雷达系统设施可以正常的使用:阿雷西博行星雷达和金石太阳系雷达。
优点
- 可控制的信号[也就是波型的时间/频率调制和极化]属性;
- 可解析物体的空间;
- 延迟多普勒测量的精度高;
- 突破光学的不透明性;
- 对金属和冰有高度的敏感性。
缺点
可观测的最大范围非常有限,被局限在太阳系。这是因为信号到目标的强度对距离的衰变非常陡峭,只有极少的通量会被目标反射,以及传送器的功率有限[5]。由于回波的强度,雷达可以探测的物体与其大小的平方根成正比,与距离的四次方成反比。雷达可以探测距离1天文单位,直径大约1公里大小的碎片,但在8-10天文单位的距离上,像是土星的距离,目标就至少要数百公里宽。它还需要一个相对较好的星历表以确定要观测的目标。
历史
在雷达技术发明不久之后,在1946年就对比较接近和容易观测的月球使用雷达检测[6][7],测量项目包括表面粗糙度,稍后还有两极附近的阴影区域描绘。
下一个较容易的目标是金星。这是有着重要科学价值的目标,因为它提供明确的方法来测量天文单位的大小,而这是新的行星际太空船所必需的。此外,这种技术的实力也有公共关系的价值,可以为机构提供优秀的示范。从众多的噪声中筛检出微弱的讯号有着相当大的困难,要经由重重的处理,找出预期的结果值,并做出科学的评价。这导致了早期的主张(从林肯实验室、焦德雷尔班克天文台、前苏联的伏拉迪米尔A.卡特尔),当时众所周知的天文单位值,在现在知道是不正确的[2]。
喷射推进实验室在1961年3月10日第一次毫不含糊的检测出金星,接着很快就测出正确的天文单位数值。一旦知道正确的值,其它单位也在它们存档的资料中找到回波,并同意其结果[2]。
下面是通过这种方式观测得知行星结构的清单:
- 火星 – 阿雷西博天文台得到粗糙的表影像。火星快车号任务携带探地雷达。
- 水星 – 改进了从地球观测的距离(广义相对论的测试);自转周期、天秤动、表面绘制,特别是极地地区。
- 金星 – 1961年首度进行雷达探测:自转周期和粗略的表面性质。麦哲伦任务使用雷达高度计描绘整个行星。
- 木星系统 - 伽利略卫星
- 土星系统 – 从阿雷西博天文台观察环和泰坦;从卡西尼太空船描绘泰坦的表面和观察其他的卫星。
- 地球 – 基于各种目的。许多机载和太空船的雷达已经描绘整颗行星。一个例子是航天飞机雷达地形任务,描绘整个地球的分辨率达到30米。
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小行星和彗星
包括施瓦斯曼-瓦赫曼3号彗星(73P/Schwassmann-Wachmann),只有16颗彗星曾经使用雷达研究[8];雷达观测过的小行星有394颗近地小行星和133颗主带小行星[8]。
相关条目
- 阿雷西博天文台
- 金石深太空通讯网(Goldstone Deep Space Communications Complex)
- RT-70
- Pluton
- 深空网络
- 雷达
- 雷达影像
- (6489) Golevka
- (4179) 杜塔提斯(4179 Toutatis)
参考资料
- ^ Anderson, John D.; Slade, Martin A.; Jurgens, Raymond F.; Lau, Eunice L.; Newhall, X. X.; Myles, E. Radar and spacecraft ranging to Mercury between 1966 and 1988. IAU, Asian-Pacific Regional Astronomy Meeting, 5th, Proceedings (Held July 16–20, 1990) 9 (2). Sydney, Australia: Astronomical Society of Australia: 324. July 1990 [2015-12-03]. Bibcode:1991PASAu...9..324A. ISSN 0066-9997. (原始内容存档于2018-11-18).
- ^ 2.0 2.1 2.2 Andrew J. Butrica. NASA SP-4218: To See the Unseen - A History of Planetary Radar Astronomy. NASA. 1996 [2008-05-15]. (原始内容存档于2007-08-23).
- ^ Arecibo Radar Status. [22 December 2012]. (原始内容存档于2016-03-03).
- ^ Ostro, Steven. Asteroid Radar Research Page. JPL. 1997 [22 December 2012]. (原始内容存档于2021-03-20).
- ^ Hey, J. S. The Evolution of Radio Astronomy. Histories of Science Series 1. Paul Elek (Scientific Books). 1973.
- ^ J. Mofensen, Radar echoes from the moon 互联网档案馆的存档,存档日期2008-10-29., Electronics, vol. 19, pp. 92-98; April, 1946
- ^ Z. Bay, "Reflection of microwaves from the moon," Hung. Acta Phys., vol. 1, pp. 1-22; April, 1946.
- ^ 8.0 8.1 Radar-Detected Asteroids and Comets. NASA/JPL Asteroid Radar Research. [2011-10-30]. (原始内容存档于2012-05-25).
外部链接
- How radio telescopes get images of asteroids (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- Planetary Radar at Arecibo Observatory. NAIC. [2008-05-15]. (原始内容存档于2008-05-14).
- Goldstone Solar System Radar. JPL. [2010-09-28]. (原始内容存档于2010-10-21).
- Dr. Steven J. Ostro & Dr. Lance A. M. Benner. JPL Asteroid Radar Research. Caltech. 2007 [2008-05-15]. (原始内容存档于2007-12-07).
- Radar Astronomy and Space Radio Science. [2008-05-15]. (原始内容存档于2008-05-23).
- Dr. Jean-Luc Margot. Introduction to Asteroid Radar Astronomy. UCLA. [2013-08-02]. (原始内容存档于2013-09-25).
- BINARY AND TERNARY NEAR-EARTH ASTEROIDS DETECTED BY RADAR (页面存档备份,存于互联网档案馆)