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遠い世界の入り口に。 子ども科学実験室
比較的最近まで、無線エレクトロニクスと天文学には共通点が何もなく、またその可能性もないと思われていました。 しかし、最近ではこの意見は絶望的に時代遅れになっています。 現在、天文学の会議では、惑星や星の研究に関する質問とともに、新しい電子機器について報告し、月の裏側の写真だけでなく、その送信を保証する電子機器についても議論しています... 無線技術者現在では天文台職員の大部分を占めています。 これは当然のことです。新しい大型望遠鏡には、光学素子と同様に電子機器も搭載されています。 ここでは多くの例のうちのいくつかを紹介します。 図上。 図 1 は、グルジア ソビエト社会主義共和国科学アカデミーのアバストゥマニ天体物理観測所で開発された自動電子偏光計を示しています。 このデバイスは、非離散動作の電子計算デバイスです。 光線の特定のパラメーターを測定することで、これらのパラメーターを含むいくつかの方程式を解き、結果を 0,01 秒で計算します。 回路は38本の真空管と35個のダイオードで構成されています。 新しい機器の助けを借りて天文台で行われた月と惑星の研究は、それらの表面の組成と構造に関する貴重なデータを提供します。
天文学で使用される電子機器と方法は非常に興味深く、ユニークです。 目は電磁振動の範囲内の非常に狭い波長間隔、つまり 4200 から 7000 オングストローム、つまり 430 億 715 万メガヘルツから XNUMX 億 XNUMX 万メガヘルツの周波数にのみ反応することが知られています。 この範囲では、光学天文学は光束の測定、つまり測光に興味を持っています。 範囲にわたる放射線エネルギー分布 - 分光測定; 振動の電気ベクトルが存在する平面の決定、および対応する定量的関係 - 偏光測定、およびその他の多くのタスク。 それらはすべて電子的な方法で解決されます。 もちろん、あらゆる電子デバイスは、電流、電圧、または抵抗の変化の出現によって放射エネルギーに応答する放射エネルギーの受信機から開始する必要があります。 これらの受信機は主に、動作する必要がある範囲と感度によって特徴付けられます。 天文学で使用される最も一般的なタイプの受信機は光電子増倍管 (PMT) です。 従来の真空光電池と電子増倍管を組み合わせたものです。 このようなシステムは、最も鮮明な視覚よりも感度が高い可能性がありますが、限界もあります。 まず第一に、光電陰極は熱放射が少ないです。 何百万倍にも強化されると、それは有形になり、したがって、光が存在しない場合でも PMT 出力に電流が流れます。 光の量子構造によって別の制限が課せられます。1000 秒あたり XNUMX 量子の光束は非常に簡単に測定できますが、量子の到着が不均一であるため、さらなるショット効果が生じます。 PMT はさまざまなタイプの陰極を使用して製造されているため、遠赤外領域を除くすべての領域で使用できます。 PMT は通常、「単一チャネル」デバイスです。 光電陰極の点全体の明るさの分布を伝えることはできません。 図上。 図２に天体光度計の図を示す。 穴の開いたディスクが同期モーターで回転し、光束を変調します。 大きな時定数を持つ位相検出器が変調と同期して動作するため、信号対雑音比が 2 を超えない場合でも、信号をノイズから分離することができます。 特別なソフトウェア デバイスが制御測定を実行し、比較して結果を印刷します。 この機器もアバストゥマニ天文台で作成されました。
非常に興味深いのは、望遠鏡（フォトガイド）で星を自動的に追跡できるようにする光電子デバイスのアイデアです。 PMT はその中で受信機として機能します。 写真ガイド (図 3) はレニングラード電気機械研究所で開発されました。
天文学者にとって不可欠なツールは、熱電対とボロメーターです。 可視光からサブミリ波までの範囲で使用可能です。 このようなブロードバンドのデバイスは他にありません。 熱電対は小型の熱電対で、通常は真空中に置かれます。 XNUMX 本の異なるワイヤの接合部は黒くなり、そこに入射するすべての放射線が吸収され、接合部がわずかに加熱されます。 熱起電力が表示されます。 高感度、低抵抗の検流計で測定できます。 この起電力の増幅。 ランプ回路は非常に小さいため難しく、低抵抗はコンバータなしでは使用できません。 ここでは、入力抵抗の低いトランジスタ回路を使用することが非常に重要ですが、トランジスタのノイズにより問題が複雑になります。 ボロメータは、厚さが数ミクロンの XNUMX 枚の小さな金属板で構成されており、これらも黒く塗られ、真空中に置かれています。 測定される放射束はそれらの XNUMX つに向けられます。 電気ブリッジ回路では、加熱によって引き起こされるこのプレートの抵抗の変化により、吸収された放射エネルギーの量に比例して不平衡が現れます。 ボロメータも慣性があり、ブリッジの出力インピーダンスは低くなります。 これらのデバイスは、赤外線の受信機として最もよく使用され、単一チャネルです。 確かに、最近、半導体タイプ（フォトレジスタンス）の感光性モザイクで作られたスクリーンが開発されており、これはマルチチャンネルデバイスである。 熱電素子とボロメータの感度閾値は、約 10 秒の時定数で 11 ～ 1 W を超えません。 電子の流れが画像全体に関する情報を同時に運ぶ、この種の唯一の「マルチチャンネル」デバイスは、イメージ増倍管 (IOC) です。 PMT と同様に、半透明の光電陰極はフラスコの端面の内面に蒸着されます。 当然のことながら、ここでは陰極によってスペクトルの目的も決まります。アンチモン - セシウム陰極は緑紫および紫外領域でうまく機能し、ビスマス - セシウム陰極は可視範囲全体をカバーし、酸素 - 銀 - セシウム陰極は可視領域への浸透を可能にします。近赤外線領域。 他の種類の光電陰極もあります。 特殊な電極によって形成される電場である特殊な電子レンズは、キネスコープのビーム集束装置と同様に、光電子を陽極に導きます。 これは、フロー構造が歪められず、画像転送がその縮小のみを伴うように行われます。 アノードは蛍光スクリーンであり、画像を観察したり写真を撮ったりすることができます。 画像増倍管の目的は、画像の輝度を高め、必要に応じて画像を赤外線などの不可視光から可視光に変換することです。 これらのデバイスの改良により、画像の明るさが一貫して増加する多段画像増強管が作成されました。 60 段イメージ増強管の実際の輝度増加は 120 ～ 6 倍ですが、15 段イメージ増強管では XNUMX ～ XNUMX 倍のゲインが得られます。 別のケースでは、スクリーンの光、つまりこの場所の電球の厚さがXNUMX分のXNUMXミリメートルに減り、写真フィルムが外側からそれに押し付けられる陽極の光を最大限に活用することが可能になりました。 (「接触イメージ増強管」または「光接触管」)。 陽極の代わりに写真乾板を内側から配置する設計も開発された。 ただし、それを入手するにはフラスコを割る必要がありました。 いくつかのレコードを独創的な装置に置き換えたとしても、これは高すぎます。 より最近では、テレビ天文システムが使用されています。 ソビエト連邦では、この方向における最も重要な研究は、プルコヴォ天文台の上級研究員である N. F. Kuprevich によって実行されました。 彼が作成したインスタレーションでは、掃引ビームがない状態で弱い画像がスーパーオルシコン光電陰極に長時間投影される蓄積方法が使用されています。 この場合、電位緩和はチューブの対応する電極に「蓄積」されます。 次に、単一のスキャンがオンになり、(多段画像増倍管の輝度と同じオーダーの) 大幅に増加した輝度の画像が閉回路テレビ システムのテレビ画面に表示されます。 XNUMX回のスイープで写真撮影の手間が省けます。 セットアップと操作は非常に難しいですが、テレビ システムには大きな可能性があります。 したがって、写真乾板上の天体の画像の細部は常にぼやけて見えます。 これは、画像の継続的なジッターによって説明されます。 同様の現象は、星の瞬きによって誰もが知っています。 テレビシステムは、明るさを高めることにより、露光時間を短縮し、その結果、画像の「ぼやけ」を短縮することができます。 テレビ システムは基本的に単一チャンネルですが、ラインごとの分解のおかげで画像を送信できるため、画像増倍管に似ています。 閾値感度の点では、これらの受信機は両方とも良好な PMT よりも劣っています。 望遠鏡による星の自動追跡のためのフォトガイド これまで述べてきたことすべてから、現代科学が非常に強力な技術的手段を天文学者が自由に使えるようにしたことは明らかです。 今では不満の根拠はないようです。 しかし、そうではありません。 例えば、現在、人間の参加なしに、衛星からの天体観測がすでに行われていることが知られています。 4 年 1959 月 XNUMX 日に打ち上げられた「電子天文学者」であるソ連の AMS によって撮影された月の裏側の写真が全世界に公開されました。 明らかに、この場合、他の方法は不可能でした。 また、金星にAMSを送る必要もあった。なぜなら、この惑星の軌道は地球の軌道の内側にあり、地球に近づく瞬間に、金星は暗い、したがって目に見えない側を私たちに向けているからである。 多くの重要な問題は、天文機器を地球の大気圏から取り出すことによって解決されるのを待っています。 たとえば、私たちの最も近い隣人である火星を考えてみましょう。 火星の謎（その「チャンネル」やその他の詳細）は天文学者だけを悩ませているわけではありません。 多くの謎やその他の著名人。 月にもたくさんあります。 高倍率の望遠鏡を覗くだけで、多くのことが明らかになるように思えます。 しかし実際にはそうではありません。 惑星の明確な輪郭の代わりに、霧の斑点が絶えず浮かんでいる、風に揺れるろうそくの炎のように揺れる球が見えます。 これは地球の大気の影響であり、異なる密度の空気の流れが光線の屈折を連続的に変化させます。 とても落ち着いた雰囲気の映像でも、細かい部分までは判別できません。 しかし、震えやちらつきは問題の一面にすぎません。 問題は、電磁放射の範囲の大部分が地表に到達しないことです。 一方、この範囲の特定の部分の研究は、科学に視覚障害者に対する洞察を与えるのと同じくらい重要です。 だからこそ、天文台を大気圏外、まずは人工衛星、そして月へと撤去することが急務となっている。 また、小さな望遠鏡を使用すると、どんなに拡大しても惑星の細部を区別することが不可能であることを理解するのは難しくありません。 これもいわゆる回折限界が影響するため考えられません。 たとえば、大きさ40メートルの月の表面の細部を識別するには、対物レンズの直径が少なくとも65センチメートルの望遠鏡が必要ですが、大きな望遠鏡は非常に重いため、自重の影響で曲がってしまいます。 構造の剛性を高める必要があり、重量も増加します。 この状況から抜け出す方法はあるのでしょうか？ はい、あります。 それは、大きな望遠鏡、つまり衛星に設置された望遠鏡には重さがかからないという事実にあります。 剛性を最小限に抑えることができ、その一方で構造の質量は小さく、軌道に乗せるのにそれほど費用はかかりません。 将来的には、月に望遠鏡を設置するほうが都合がよいでしょう。月の望遠鏡の重さは地球上の 6 分の 29,5 です。 最新の電子機器とコンピューターを備えたそのような「外部天文台」（地球上に設置することも可能）は、今日の数百の問題を短期間で解決できると言っても過言ではありません。 興味深いのは、月の夜は昼と同様に地球の XNUMX 倍も長いということです。 そのため、昼夜問わず観測が可能です。 月や宇宙では、新しいオープン電子機器を使用できるようになります。 結局のところ、そこにある真空は他のランプでは達成できなかったものです。 最後に、現在 SF 小説のページから科学者の実験室に移りつつあるもう XNUMX つの問題について言及しないことはできません。 私たちは人工起源の宇宙電波放射について話しています。 それを受け入れるだけでなく、それを解読することも重要です。 これらの信号を探す必要がある特定の波長については予測がありますが、範囲全体を研究する必要があります。 ソビエトの科学技術の成果、ソビエトの旅客宇宙船の歴史的な飛行、宇宙征服における祖国の最大の成功は、何世紀にもわたる人類の夢、最近ではユートピアと考えられていた計画がいかに成功裏に実現されているかを明確に証明しています。ソ連で実現した。 ソ連の天文学者が月に行って観測し、仮説を検証できる日が遠くないと我々は確信している。 著者: L. Xanfomality
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