雷達天文學

维基百科,自由的百科全书
跳到导航 跳到搜索

雷達天文學是利用目標物體反射微波,藉由分析反射波以觀察近地天體的技術,這項研究已經進行了60年。雷達天文學與電波天文學的區別在於,後者是被動的觀察,而前者是主動的。雷達的傳輸可以是連續的或脈衝的,該系統已經廣泛的用於研究太陽系。

雷達回波信號的強度與距離的四次方成反比。設備的升級、增加收發器的功率改進了儀器,增加了更多觀測的機會。

雷達技術提供了其它手段無法取代的資訊,例如過雷達觀測驗證了一般相對論對水星軌道的論述[1],和為天文單位提供精確的數值[2]雷達影像提供被觀測物體有關形狀和固體表面的性質,這是其它地面技術無法取得的資訊。

1958年的磨石山雷達。
1960年代,前蘇聯早期的行星雷達:Pluton英语Pluton (complex)

地面的雷達依靠高能量(達到百萬瓦[3]),但雷達天文學可以提供非常準確的關於結構、組成和太陽系物體運動的天文測量資訊[4]。這有助於小行星-地球撞擊的長期預測,例如圖示的小行星(99942) Apophis。尤其是,光學可以觀測出現在天空的物體,但卻不能很準確地測量距離(當物體很小或是亮度不足時,依靠視差會變得更加困難)。另一方面,雷達可以直接測量物體的距離(無論其速度變化有多快)。結合雷達和光學的觀測,通常可以預測未來數十年,甚至幾個世紀的軌道。

現在有兩套天文雷達系統設施可以正常的使用:阿雷西博行星雷達金石太陽系雷達

優點[编辑]

  • 可控制的信號[也就是波型的時間/頻率調製和極化]屬性;
  • 可解析物體的空間;
  • 延遲都卜勒測量的精度高;
  • 突破光學的不透明性;
  • 對金屬和冰有高度的敏感性。

缺點[编辑]

可觀測的最大範圍非常有限,被侷限在太陽系。這是因為信號到目標的強度對距離的衰變非常陡峭,只有極少的通量會被目標反射,以及傳送器的功率有限[5]。由於回波的強度,雷達可以探測的物體與其大小的平方根成正比,與距離的四次方成反比。雷達可以探測距離1天文單位,直徑大約1公里大小的碎片,但在8-10天文單位的距離上,像是土星的距離,目標就至少要數百公里寬。它還需要一個相對較好的星曆表以確定要觀測的目標。

歷史[编辑]

在雷達技術發明不久之後,在1946年就對比較接近和容易觀測的月球使用雷達檢測[6][7],測量項目包括表面粗糙度,稍後還有兩極附近的陰影區域描繪。

下一個較容易的目標是金星。這是有著重要科學價值的目標,因為它提供明確的方法來測量天文單位的大小,而這是新的行星際太空船所必需的。此外,這種技術的實力也有公共關係的價值,可以為機構提供優秀的示範。從眾多的雜訊中篩檢出微弱的訊號有著相當大的困難,要經由重重的處理,找出預期的結果值,並做出科學的評價。這導致了早期的主張(從林肯實驗室、焦德雷爾班克天文台、前蘇聯的伏拉迪米爾A.卡特爾),當時眾所周知的天文單位值,在現在知道是不正確的[2]

噴射推進實驗室在1961年3月10日第一次毫不含糊的檢測出金星,接著很快就測出正確的天文單位數值。一旦知道正確的值,其它單位也在它們存檔的資料中找到回波,並同意其結果[2]

下面是通過這種方式觀測得知行星結構的清單:

火星阿雷西博天文台得到粗糙的表影像。火星快車號任務攜帶探地雷達。
水星 – 改進了從地球觀測的距離(廣義相對論的測試);自轉週期、天秤動、表面繪製,特別是極地地區。
金星 – 1961年首度進行雷達探測:自轉週期和粗略的表面性質。麥哲倫任務使用雷達高度計描繪整個行星。
木星系統 - 伽利略衛星
土星系統 – 從阿雷西博天文台觀察環和泰坦;從卡西尼太空船描繪泰坦的表面和觀察其他的衛星。
地球 – 基於各種目的。許多機載和太空船的雷達已經描繪整顆行星。一個例子是太空梭雷達地形任務,描繪整個地球的解析度達到30米。
以雷達分析為基礎的小行星(216) Kleopatra模型。
小行星1999 JM8的雷達影像和電腦模型。

小行星和彗星[编辑]

包括施瓦斯曼-瓦赫曼3號彗星(73P/Schwassmann-Wachmann),只有16顆彗星曾經使用雷達研究[8];雷達觀測過的小行星有394顆近地小行星和133顆主帶小行星[8]

相關條目[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ 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). Sydney, Australia: Astronomical Society of Australia: 324. July 1990. Bibcode:1991PASAu...9..324A. ISSN 0066-9997. 
  2. ^ 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). 
  3. ^ Arecibo Radar Status. [22 December 2012]. 
  4. ^ Ostro, Steven. Asteroid Radar Research Page. JPL. 1997 [22 December 2012]. 
  5. ^ Hey, J. S. The Evolution of Radio Astronomy. Histories of Science Series 1. Paul Elek (Scientific Books). 1973. 
  6. ^ J. Mofensen, Radar echoes from the moon 互联网档案馆存檔,存档日期2008-10-29., Electronics, vol. 19, pp. 92-98; April, 1946
  7. ^ Z. Bay, "Reflection of microwaves from the moon," Hung. Acta Phys., vol. 1, pp. 1-22; April, 1946.
  8. ^ 8.0 8.1 Radar-Detected Asteroids and Comets. NASA/JPL Asteroid Radar Research. [2011-10-30]. 

外部連結[编辑]