Radioastronomia 1 OA.R1
Wykład (WYK) Semestr zimowy 2020/2021

Notatki (skrypt) wykładowcy (dostępne na PEGAZie http://pegaz.uj.edu.pl/)

J. D. Kraus, Radio Astronomy

K. Rohlfs T.L. Wilson, Tools of Radio Astronomy

B. F. Burke, An Introduction to Radio Astronomy

Kurs radioastronomii NRAO:

ESSENTIAL RADIO ASTRONOMY J. J. Condon and S. M. Ransom

https://science.nrao.edu/opportunities/courses/era/

Wiedza

Student ma podstawową wiedzę z zakresu radioastronomii (K_W09). Zna historię odkryć radioastronomicznych. Umie opisać promieniowanie radiowe i jego polaryzację. Potrafi przedstawić zastosowania obserwacji spektralnych wodoru neutralnego. Zna zasady budowy anten radioteleskopów, odbiorników radiowych mocy całkowitej, spektrometrów i polarymetrów. Zna zasady prowadzenia obserwacji i redukcji danych z pojedynczych radioteleskopów. Potrafi przedstawić zasady interferometrii radiowej i syntezy apertury. Umie podać zalety i wady pojedynczych anten radiowych i systemów interferometrycznych.

Umiejętności:

Potrafi samodzielnie przygotować, zaplanować oraz przeprowadzić obserwacje radioastronomiczne emisji ciągłej oraz spektroskopowe.

Umie kalibrować sygnał radiowy.

Potrafi dokonać redukcji (opracowania) danych obserwacyjnych, ocenić ich jakość, zastosować ilościowe metody statystyki matematycznej.

Umie interpretować dane radioastronomiczne wykorzystując posiadaną wiedzę.

Kompetencje społeczne:

Student potrafi samodzielnie wyszukiwać potrzebne informacje.

Postępuje etycznie podczas zajęć.

Oceny za ćwiczenia i końcowy egzamin ustny obejmujący swoim zakresem materiał przedstawiony w trakcie zajęć, skonstruowany tak, by sprawdzić przewidziane dla przedmiotu efekty kształcenia.

Kryteria oceny podawane na początku zajęć.

Skala ocen zgodna z Regulaminem Studiów UJ.

Plan wykładów:

1. Historia radioastronomii i początki radioastronomii w Polsce (z uwzględnieniem OAUJ w Krakowie).

2. Wstęp ogólny: zakresy fal radiowych; zależność Plancka; prawo przesunięc Wiena; przybliżenie dla fal radiowych – wzór Rayleigha-Jeansa.

3. Podstawowe pojęcia i wielkości: jasność promieniowania EM; strumień i moc promieniowania; charakterystyka kierunkowa promieniowania anteny; kąt bryłowy anteny, kąt bryłowy listka gł. charakterystyki anteny; współczynnik wykorzystania powierzchni anteny i współczynnik wykorzystania wiązki anteny; temperatura jasnościowa promieniowania; temperatura antenowa; obserwowany strumień promieniowania, splot, funkcja korelacyjna i konwolucyjna; dekonwolucja (rozplatanie); podstawowe związki.

4. Emisja i absorpcja promieniowania: emisja fal EM; absorpcja promieniowania; emisja promieniowania z absorpcją wewnętrzną; promieniowanie zewnętrzne z wewnętrzną emisją i absorpcją promieniowania.

5. Polaryzacja: elipsa polaryzacji; polaryzacja częściowa; parametry Stokesa; stopień polaryzacji; pomiary polaryzacji.

6. Wpływ atmosfery ziemskiej na odbiór fal radiowych: refrakcja; ekstynkcja; scyntylacje.

7. Anteny do detekcji fal radiowych i ich charakterystyki: dipol Hertza; anteny typu Yagi-Uda; podstawowe typy anten stosowanych w radioastronomii; przyklady.

8. Zdolność rozdzielcza anteny i czułość radioteleskopu. Zakres pracy radiometru.

9. Odbiorniki radioastronomiczne: heterodynowy „total-power” - jednokanałowy, wielokanałowy; przełączane typu Dicke'a i Grahama; odbiorniki interferometrów - addytywne, korelacyjne, z przełączaniem faz. Kalibracja odbiorników.

10. Sposoby prowadzenia obserwacji radioastronomicznych: pomiar współrzędnych na niebie i całkowitego strumienia źródła dyskretnego anteną z pojedynczą i z podwójną wiązką.

11. Teoria interferometru: źródła punktowe; funkcja korelacyjna i strumień obserwowany; siatka 2 anten; interferometr z przełączaną fazą; prosty interferometr addytywny; teoria siatki n-źródeł punktowych; przykłady interferometrów.

12. Promieniowanie ciągłej apertury: natężenie pola elektrycznego ciagłej apertury; transformacja Fouriera między rozkładem pola na aperturze a natężeniem pola w dalekiej zonie; przykłady rozkładów pola; własności funkcji E(φ).

13. Synteza apertury: zasady syntezy; zalety i wady syntezy apertury; podstawowe związki; mierzona moc a rozkład jasności; syntetyzowana wiązka układu anten; procedura obserwacji metodą syntezy; metody odtwarzania rozkładu jasności.

14. Obrazowanie radioźródeł: podstawowe składniki mapy radiowej.

15. Promieniowanie wodoru neutralnego: struktura nadsubtelna atomu wodoru; efekt Dopplera; odkrycie emisji wodoru; rotacja i krzywa rotacji Galaktyki; zastosowanie pomiarów HI do badania dynamiki innych galaktyk.

Wykład problemowy.

Metody praktyczne - pokaz.

Ćwiczenia laboratoryjne.

E-learning