Nablyudeniya linii cianoacetilena (HCzN) na radioteleskope RT-22 PRAO AKC FIAN s vysokim spektral'nym razresheniem
<< 1. Cianoacetilen (HC3N) ... | Oglavlenie | 3. Razrabotka i realizaciya ... >>
2. Trebovaniya k nablyudatel'noi apparature
V silu togo, chto raznye spektral'nye linii razlichnyh atomov i molekul imeyut sushestvenno razlichnye harakteristiki intensivnost', shirinu, nalichie uzkih detalei v profile, ponyatie vysokogo spektral'nogo razresheniya imeet smysl lish' primenitel'no k konkretnym spektral'nym liniyam molekul v opredelennyh istochnikah. Sootnoshenie signal/shum zavisit i ot parametrov linii, i ot harakteristik radioteleskopa. Dlya yarkih linii vysokaya shumovaya temperatura sistemy teleskopa mozhet byt' priemlema, a dlya slabyh net.
Avtory reshali zadachu opredeleniya trebovanii k nablyudatel'noi apparature primenitel'no k tripletu spektral'nyh linii HC3N, na chastote, blizkoi k 36,392 GGc i radioteleskopu RT-22 PRAO AKC FIAN. Dlya etogo bylo provedeno modelirovanie spektrov sootvetstvuyushih linii s cel'yu vyyasneniya neobhodimyh parametrov nablyudenii spektral'nogo razresheniya i dlitel'nosti, opredelyayushei rezul'tiruyushee otnoshenie signal/shum.
Teoreticheskii raschet byl proveden v sleduyushih predpolozheniyah:
- Mikroturbulentnye dvizheniya v temnyh molekulyarnyh oblakah slaby nastol'ko, chto ne okazyvayut skol'-nibud' znachimogo vliyaniya na shiriny spektral'nyh linii;
- V istochnike sushestvuet ustanovivsheesya lokal'noe termodinamicheskoe ravnovesie;
- V istochnike otsutstvuyut sil'nye elektricheskie i magnitnye polya;
- Raspredelenie skorostei chastic v ob'ekte maksvellovskoe.
Pri etih usloviyah spektral'nye linii dolzhny imet' gaussovy profili, opisyvaemye sleduyushim sootnosheniem:
 , |
gde I - intensivnost' izlucheniya na chastote v, I0 intensivnost' v centre spektral'noi linii (yarkost' linii), v0 polozhenie centra linii, vd polushirina linii. Spektr takoi linii priveden na ris. 1.
 |
| Ris. 1. |
V nashem sluchae imeetsya ne odinochnaya liniya, a triplet komponent sverhtonkogo rasshepleniya perehoda J=4-3, v kotorom bokovye komponenty sdvinuty po skorosti otnositel'no central'noi na 0,769 km/s (F -> F'=3-2) i -0,277 km/s (F -> F'=5-4).
Sledovatel'no, v zavisimosti ot shiriny linii budet nablyudat'sya odna iz treh kartin: blenda iz treh komponent, odna otdel'naya komponenta i blenda iz dvuh drugih, libo budut razdelyat'sya vse tri komponenty.
Doplerovskaya polushirina linii (Vd) opredelyaetsya sleduyushim sootnosheniem:
 , |
gde T kineticheskaya temperatura istochnika, m massa molekuly, Vt skorost' mikroturbulentnyh dvizhenii v oblake, k postoyannaya Bol'cmana.
Temperatury bol'shinstva molekulyarnyh oblakov nahodyatsya v promezhutke ot 10K do 30K, a skorosti mikroturbulentnyh dvizhenii v nih ne prevyshayut 0,01 km/s. Sledovatel'no, shiriny spektral'nyh linii okazyvayutsya v promezhutke ot 0,05 km/s do 0,3 km/s. Pri etom vidno, chto mikroturbulentnye dvizheniya ne okazyvayut znachimogo vliyaniya na shiriny linii.
Predpolagalos', chto kineticheskaya temperatura istochnika sostavlyaet 20K, shirina komponent sverhtonkogo rasshepleniya v etom sluchae okolo 0,16 km/s. Togda budet nablyudat'sya spektr v vide odnoi blendy i odnoi otdel'noi (razreshennoi na spektre) komponenty:
 |
| Ris. 2. |
Vertikal'naya os' sootvetstvuet intensivnosti (proizvol'nye edinicy), gorizontal'naya skorosti otnositel'no mestnogo standarta pokoya.
Na etom risunke izobrazhen neiskazhennyi spektr, poluchayushiisya soglasno predlozhennoi modeli. Chto my poluchim na vyhode spektral'nogo analizatora, vo mnogom zavisit ot spektral'nogo razresheniya i urovnya shuma sistemy radioteleskopa.
Rassmotrim, kakoe vliyanie okazhet na rezul'tat nablyudenii primenenie razlichnogo spektral'nogo razresheniya.
Standartno primenyayusheesya razreshenie pri nablyudeniyah na RT-22 sostavlyaet 25 kGc/kanal (0.2km/s na kanal). Pri etom poluchaemyi spektr budet vyglyadet' primerno sleduyushim obrazom:
 |
| Ris. 3. |
Na odnu komponentu prihoditsya ne bolee chetyreh kanalov spektral'nogo analizatora. Ochevidno, chto pri takom razreshenii trudno govorit' dazhe o priblizhennom propisyvanii profilya linii, ne govorya uzhe ob issledovanii osobennostei etih profilei.
Uvelichenie spektral'nogo razresheniya do 2 kGc/kanal dast nablyudatelyu sleduyushii rezul'tat:
 |
| Ris. 4. |
Ochevidno, chto takaya spektrogramma neset v sebe gorazdo bol'she informacii, nezheli predydushaya. Analiziruya ee mozhno opredelit' intensivnosti spektral'nyh komponent i vyyavit' osobennosti profilei linii.
Teper' rassmotrim vliyanie shuma sistemy radioteleskopa na poluchayushiisya rezul'tat. Dlya etogo v model'nyi spektr dobavlyaem shum na urovne 3% maksimal'noi intensivnosti linii. Risunok 2, sootvetstvuyushii spektral'nomu razresheniyu 25 kGc/kanal preobrazitsya sleduyushim obrazom:
 |
| Ris. 5. |
Pri uvelichenii spektral'nogo razresheniya v n raz shum vozrastaet v 
raz, to est' pri uvelichenii spektral'nogo razresheniya do 2 kGc/kanal uroven' shuma sostavit uzhe 10,5%. Togda risunok 6 stanet takim:
 |
| Ris. 6. |
Slishkom vysokii uroven' shuma prakticheski svodit na net preimushestva vysokogo spektral'nogo razresheniya, tak kak melkie detali profilei teryayutsya.
Zavisimost' urovnya shuma ot harakteristik teleskopa opredelyaetsya sleduyushim sootnosheniem:
 , |
gde Tsys - shumovaya temperatura sistemy, K; R - shirina spektral'noi polosy nablyudenii, kGc; t vremya integrirovaniya, s. Sledovatel'no, dlya togo, chtoby poluchit' shum na prezhnem urovne, vremya integrirovaniya neobhodimo uvelichit' proporcional'no umen'sheniyu spektral'noi polosy (uvelicheniyu spektral'nogo razresheniya).
Chuvstvitel'nost' priemnoi apparatury opredelyaetsya shumovoi temperaturoi. Uvelichenie temperatury shuma sistemy v n raz privedet k uvelicheniyu vremeni integrirovaniya, trebuemogo dlya polucheniya togo zhe otnosheniya signala k shumu, v n2 raz. V nashem sluchae neobhodimoe vremya integrirovaniya pri provedenii nablyudenii s razresheniem 2 kGc/kanal sostavlyaet poryadka 25 chasov pri shumovoi temperature 250K. Pri temperature bolee 400K vremya integrirovaniya vozrastaet do nepriemlemyh znachenii.
Po razlichiyu chastot komponent sverhtonkogo legko rasschitat', chto shirina polosy priema dolzhna byt' ne men'she 200 kGc, t.e. ispol'zuemyi pri nablyudeniyah spektral'nyi analizator dolzhen imet' ne menee 100 kanalov. Pri vypolnenii vseh perechislennyh uslovii rezul'tiruyushaya spektrogramma dolzhna vyglyadet' podobno privedennoi na risunke 7, chto sootvetstvuet trebovaniyam postavlennoi zadachi.
 |
| Ris. 7. |
Itak, po rezul'tatam modelirovaniya byli polucheny neobhodimye tehnicheskie trebovaniya k apparature dlya provedeniya nablyudenii:
- Priemlemoe spektral'noe razreshenie analizatora sostavlyaet 2 kGc/kanal;
- Spektral'nyi analizator dolzhen imet' summarno ne menee 100 kanalov;
- Shumovaya temperatura radioteleskopa ne dolzhna prevyshat' 400K.
<< 1. Cianoacetilen (HC3N) ... | Oglavlenie | 3. Razrabotka i realizaciya ... >>
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
Radioastronomiya - Radioteleskop - mezhzvezdnye molekuly - Mezhzvezdnaya sreda
Publikacii so slovami: Radioastronomiya - Radioteleskop - mezhzvezdnye molekuly - Mezhzvezdnaya sreda | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
