Tahmin et, Chang'e-4 bayrak yıldızının arabasını kim ovuşturdu?
21 Mayıs 2018 saat 05: 28'de, Chang'e-4 geçiş yıldızı "Queqiao" başarıyla başlatıldı! Aynı zamanda, iki mikro uydu "Longjiang-1" ve "Longjiang-2", "Queqiao" taşıyan Long March 4 C roketinde, ultra uzun dalga radyo astronomi gözlem deneyleri gerçekleştirmek için ayın yörüngesine girmeyi planlayarak birlikte havalandı.
1. ayın arkası
Chang'e-1, 2 ve 3 ay sondalarını takiben, Ülkemiz bu yıl Chang'e-4'ü yeniden piyasaya sürecek. Önceki tüm ay sondalarının aksine, Chang'e-4 ilk kez ayın arkasına inecek.
Şekil 1. Chang'e serisi dedektörler (şematik diyagram)
charcoa çizimi
Ayın dönüşü ve dönüş döngüsü aynı olduğu için, ay hep aynı şekilde dünyaya bakar ve sırtı yeryüzünde görülemez. 1959 yılına kadar, Sovyet Ay-3 sondası ayın yörüngesine girdiğinde ilk kez ayın arkasının fotoğraflarını çekmişti, ancak şu ana kadar ayın arkasına uzay aracı inmedi. Bu, Çin'in uzay uçuşu tarihinde öncü bir çalışma olacak .
Dünyadan ayın arkasını göremediğimiz için, iniş aracına kontrol komutlarını nasıl gönderebiliriz ve algılama verilerini dünyaya nasıl geri gönderebiliriz? Bu gerektirir Röle uydusu , Ayın arkasından ve dünyanın aynı anda görülebileceği bir yerde görev yapmak ve bilgi vermek . Bu amaçla Çin, Dünya-Ay sisteminin ikinci Lagrangian noktasının (L2) yörüngesinde dönecek olan "Magpie Bridge" uydusunu geliştirdi.
Lagrange noktası, Fransız matematikçi Lagrange'den sonra adlandırılmıştır ve iki cisim kütleçekim sistemindeki denge noktasıdır. L2 noktası, ayın merkezine yaklaşık 60.000 kilometre uzaklıkta, dünya ile ay arasındaki kütle merkezi çizgisinde ayın arka tarafında yer almaktadır. L2 noktasının kendisi ve dünya da ay tarafından engellenir, ancak dünyanın ve ayın yerçekimi Queqiao uydusunu L2 etrafındaki sözde halo yörüngesi boyunca yörüngeye sokabilir, böylece ayın arkası ve dünya tarafından aynı anda görülebilir ve sinyal merkezini gerçekleştirebilir. İletimi takiben.
Şekil 2. Queqiao Röle Uydusu ve Longjiang Uydusunun yörüngelerinin şematik diyagramı
(Ölçekli değildir)
Uzun -4C roketi Queqiao uydusunu bu yörüngeye fırlatır ve gücü fazlasıyla yeterlidir, bu nedenle Çin bu fırsatı iki deneysel mikro uydu daha taşımak için kullanmaya karar verdi. . İki mikrosatellit, Harbin Teknoloji Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi Ulusal Uzay Bilimi Merkezi ve Çin Bilimler Akademisi Ulusal Astronomik Gözlemevi tarafından ortaklaşa geliştirildi. Longjiang-1 ile Longjiang- 2 numara , Queqiao ile birlikte fırlatılacaklar ve ardından her biri ayın etrafında bir uçuş yörüngesine girecekler, Ultra uzun dalga radyo astronomi gözlem deneyini gerçekleştirin .
2. Ultra Uzun Dalga Astronomi
Astronomik gözlem, görünür ışıkla başlar, ancak ışık aslında bir tür elektromanyetik dalgadır. Bunu fark ettikten sonra, doğal olarak soracaksınız, Farklı bantların elektromanyetik dalgaları ile gökyüzüne baktığınızda farklı şeyler görüyor musunuz? Aslında!
Örnek olarak radyo dalgalarını (astronomide radyo olarak adlandırılır) ele alalım: Teorisyenler bir zamanlar bu dalga bandında hiçbir şeyin görülmeyeceğini düşünüyorlardı, çünkü termal radyasyon spektrumuna göre yıldızların radyo radyasyonu çok zayıf. Beklenmedik bir şekilde, Samanyolu radyo dalgası bandında aslında çok parlaktır.Bu kadar güçlü radyo dalgalarını yaymak için termal radyasyon mekanizmasına güvenmek için radyo kaynağının sıcaklığı inanılmaz derecede yüksek olacaktır.
Şekil 3. Radyo bandındaki Samanyolu (408GHz)
Telif Hakkı G. Haslam / MPIfR
İnsanlar bu radyasyonların esas olarak manyetik bir alanda hareket eden kozmik ışın elektronları tarafından yayılan senkrotron radyasyonundan geldiğini sonraya kadar bilmiyordu. O zamandan beri, insanlar radyo bandında art arda kuasarlar (süper kütleli kara delikler), pulsarlar, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu vb. Keşfettiler; X-ışını ikili dosyaları ve gama patlamaları gibi yeni astronomik fenomenler diğer gruplarda keşfedildi. Bu nedenle gökbilimciler, elektromanyetik dalgaların tüm frekans bantlarını sistematik olarak gözlemlemeyi umuyorlar.
ancak, Şimdiye kadar neredeyse boş olan başka bir bant var, bu 30 MHz'in altında bir frekansa sahip ultra uzun dalga bandı. . Radyo iletişimlerinde, 0.3-30MHz, yüksek frekanslı HF ve orta frekanslı MF olarak ikiye ayrılır.Genlik modülasyonu (AM) yayınlarını dinlemek için bir radyo kullanıyorsanız, buna kısa dalga ve orta dalga da denir. Bununla birlikte, astronomide, bu frekans bandı son derece düşük bir frekans olarak kabul edilir.Frekans ne kadar düşükse, dalga boyu o kadar uzun olur, bu yüzden buna ultra uzun dalgalar diyoruz.
Aslında, gök cisimlerinden gelen radyo sinyallerinin ilk insan gözlemi, 1930'larda bu frekans bandında iletişim gürültüsünü test ederken yanlışlıkla Karl Jansky tarafından keşfedildi. Bununla birlikte, dünyanın yüksek irtifa atmosferinde düşük frekanslı radyo dalgalarını emen bir iyonosfer vardır ve emilmeyen kısımlar da güçlü bir şekilde kırılır, bu da iyonosferik türbülanstaki dramatik değişikliklerle sinyalin izlenmesini zorlaştırır. Ayrıca radyonun icadından bu yana insanlar bu düşük frekansları yayıncılık ve haberleşme gibi hizmetleri gerçekleştirmek için kullanmışlardır.Birçok yapay parazit radyo dalgası vardır, bu nedenle bu kanalda astronomik gözlemler yapmak çok zordur. Bu nedenle, astronomik gözlemlerin çoğu yüksek frekanslarda gerçekleştirilir ve bu frekans bandı bir boşluk bırakmıştır.
Şekil 4. Elektromanyetik spektrumun atmosfer tarafından soğurulması
Uzayda ultra uzun dalga astronomik gözlemler yapmak iyonosferin etkisini önleyebilir, ancak dünyanın yakınında bu tür gözlemler yine de dünyanın elektromanyetik dalgaları tarafından büyük ölçüde engellenecektir. Ay, dünyanın elektromanyetik dalgalarını engelleyebilir, bu nedenle ayın arkası bu tür gözlemler için mükemmel bir ortam sağlar.
Longjiang-1 ve 2 mikrosatellitleri ayın yörüngesinde dönecek ve ayın arkasına uçtuklarında verileri gözlemlemeye ve kaydetmeye başlayacaklar; Ayın önüne uçtuklarında verileri dünyaya geri gönderecekler. Bu, ultra uzun dalgaları tespit etmek için mükemmel bir fırsat sağlar.
Ultra uzun dalga bandında, keşfetmemizi bekleyen gök cisimleri veya astronomik fenomenler nelerdir?
Güneş patlamalarını, özellikle Jüpiter'de gezegensel manyetosferik aktiviteyi, Samanyolu galaksisindeki süpernova kalıntılarını, Samanyolu'ndaki iyonize gaz bulutlarını ve radyo galaksisinin merkezindeki büyük kara delik aktivitesiyle üretilen jetleri içermesi gereken yüksek frekanslı yer gözlemlerine dayalı bazı spekülasyonlar yapabiliriz. Bu frekans bandında daha heyecan verici ama daha zorlu bir hedef var: Büyük Patlama'nın sona ermesinden sonraki karanlık çağı ve daha sonra ilk nesil yıldızların oluştuğu evrenin şafağını keşfetmek.
Şekil 5. Evrenin evrimsel tarihi
Telif hakkı NSF
Kısa bir süre önce, ABD EDGES deneyi, 78 MHz'de (yaklaşık 17'lik bir kırmızıya kaymaya karşılık gelen) çok güçlü bir soğurma spektrumu özelliği buldu.Bu, evrenin şafağından kaynaklanıyor olabilir, ancak standart teorik modelden çok farklı, bu yüzden de çok büyük. anlaşmazlık. İyonosferin soğurma ve kırılmasından ve zemin girişiminden etkilenmeyen bir uzayda kesin ve uzun vadeli gözlemler yapabilirsek, sonunda bu sorunu çözebilir.
3. İkili girişim
Her bir Longjiang mikro uydu, aynı anda farklı polarizasyonlardaki radyo dalgalarını ölçebilen, her biri birbirine dik üç adet bir metrelik kırbaç anteninden oluşan iki set anten ile donatılmıştır.
Şekil 6. Havada uçan iki Longjiang mikro uydu (şematik diyagram)
Bununla birlikte, bu metre uzunluğundaki anten, gözlemlenen dalga boyundan (10-300 metre) çok daha kısadır, bu nedenle yönlülük çok zayıftır. Radyo dalgasının çözünürlüğünü nasıl geliştirebilir ve yönünü nasıl belirleyebiliriz? Çözümün prensibi insan kulağına benzer: Bir kulağı tıkar ve tek kulakla dinlersek, sesin yönünü ayırt edemeyiz, ancak iki kulak kullanırsak yönünü yargılamak daha kolaydır. Ses dalgalarının iki kulağa ulaşması için geçen süre biraz farklıdır ve beynimiz bunları otomatik olarak söyleyebilir.
Benzer şekilde, radyo astronomisinde, sinyallerin geliş zamanındaki farkı elde etmek için iki birim tarafından alınan sinyalleri çapraz ilişkilendirmek ve böylece dalganın yönünü belirlemek için bir girişim ölçer kullanılır. Bir dizi oluşturmak için birden fazla anten kullanırsanız, gökyüzünün bir görüntüsünü elde edebilirsiniz. Bu Sentetik açıklık görüntüleme yöntem. Bu yöntem uzun süredir radyo astronomisinde kullanılmaktadır.
Yerde bir girişim dizisi olmasına rağmen, uzaydaki iki uydunun göreceli uzaklığı ve azimutu sürekli değişmekte, hatta iki uydu üzerindeki zaman ve frekans referansları bile farklı olduğundan uzayda girişim gözlemleri yapmak kolay değildir. Şimdiye kadar, uzaydaki iki yıldız arasında herhangi bir girişim gözlemi örneği yok.Sadece Japonya'dan HALCA ve Rusya'dan Spektr-R (RadioAstron) uzay ve yer arasında astronomik girişim gözlemleri gerçekleştirdi.
Şekil 7. Girişim saçakları (şematik diyagram)
Longjiang-1 ve 2, ilk kez uzay müdahalesi gözlemleri yapmaya çalışacak. Bu amaçla, iki mikro uydu, ayın etrafında aynı yörünge boyunca art arda uçacaktır.Uzaklık genellikle 1 ila 10 kilometre arasındadır.Ayın önünü yörüngeye çevirdiklerinde, gözlem verilerini yere gönderecekler ve bu mikrodalga sistemini kullanarak iki Yıldızın menzil ve zaman frekansı senkronize edilir. Ek olarak, B yıldızı LED ışıklarla donatılmıştır ve A yıldızı, göreceli konumu belirlemek için bir gonyometre kamerası ile donatılmıştır.
Bununla birlikte, bu Longjiang uydusu yalnızca bir "yakalama arabası" olduğundan, her biri 46 kg ile sınırlıdır ve büyük bir kısmı itici olduğundan, taşınabilen aletler çok sınırlıdır. Sınırlı itici gaz nedeniyle, uydu yörüngesi nispeten geniştir ve ince ayar yapıldıktan sonra ay yüzeyine daha yakın dairesel bir yörüngeye girmek zordur.Bu büyük bir eliptik yörüngedir. Perigee aydan yaklaşık 300 kilometre ve apoje yaklaşık 9.000 kilometredir. Alınan süre yaklaşık 13 saattir.
Öte yandan, gezegendeki güneş pilleri nispeten küçüktür. Güç sınırlamaları nedeniyle, her izde gözlem için sadece yaklaşık 10 dakika, veri aktarımı için 20 dakika, geri kalanı şarj için kullanılabilir. Ay ile dünya arasındaki mesafe uzundur, uydu üzerindeki küçük antenin iletim gücü düşüktür ve "ağ hızı" çok düşüktür ve verilerin sadece küçük bir kısmı dünyaya geri iletilebilir.
Yukarıdaki nedenlerden dolayı, Longjiang Microsatellite'nin ultra uzun dalga gökyüzü gözleminin hala nispeten ön hazırlık niteliğinde olduğu ve gelecekte daha büyük ölçekli, özel bir ultra uzun dalga gözlem dizisine hazırlanmak için temelde teknik bir doğrulama olduğu söylenmelidir.
Ama her halükarda, bu ayın etrafındaki ultra uzun dalganın astronomik gözleminin ilk adımıdır Longjiang için beklentilerle doluyuz!
