雷达天文学
雷达天文学是利用目标物体反射微波，借由分析反射波以观察近地天体的技术，这项研究已经进行了60年。雷达天文学与电波天文学的区别在于，后者是被动的观察，而前者是主动的。雷达的传输可以是连续的或脉冲的，该系统已经广泛的用于研究太阳系。
雷达回波信号的强度与距离的四次方成反比。设备的升级、增加收发器的功率改进了仪器，增加了更多观测的机会。
雷达技术提供了其它手段无法取代的资讯，例如过雷达观测验证了一般相对论对水星轨道的论述[1]，和为天文单位提供精确的数值[2]。雷达影像提供被观测物体有关形状和固体表面的性质，这是其它地面技术无法取得的资讯。
地面的雷达依靠高能量（达到百万瓦[3]），但雷达天文学可以提供非常准确的关于结构、组成和太阳系物体运动的天文测量资讯[4]。这有助于小行星-地球撞击的长期预测，例如图示的小行星(99942) Apophis。尤其是，光学可以观测出现在天空的物体，但却不能很准确地测量距离（当物体很小或是亮度不足时，依靠视差会变得更加困难）。另一方面，雷达可以直接测量物体的距离（无论其速度变化有多快）。结合雷达和光学的观测，通常可以预测未来数十年，甚至几个世纪的轨道。
优点 编辑
- 可控制的信号[也就是波型的时间/频率调制和极化]属性；
- 可解析物体的空间；
- 延迟多普勒测量的精度高；
- 突破光学的不透明性；
- 对金属和冰有高度的敏感性。
缺点 编辑
可观测的最大范围非常有限，被局限在太阳系。这是因为信号到目标的强度对距离的衰变非常陡峭，只有极少的通量会被目标反射，以及传送器的功率有限[5]。由于回波的强度，雷达可以探测的物体与其大小的平方根成正比，与距离的四次方成反比。雷达可以探测距离1天文单位，直径大约1公里大小的碎片，但在8-10天文单位的距离上，像是土星的距离，目标就至少要数百公里宽。它还需要一个相对较好的星历表以确定要观测的目标。
历史 编辑
在雷达技术发明不久之后，在1946年就对比较接近和容易观测的月球使用雷达检测[6][7]，测量项目包括表面粗糙度，稍后还有两极附近的阴影区域描绘。
下一个较容易的目标是金星。这是有着重要科学价值的目标，因为它提供明确的方法来测量天文单位的大小，而这是新的行星际太空船所必需的。此外，这种技术的实力也有公共关系的价值，可以为机构提供优秀的示范。从众多的噪声中筛检出微弱的讯号有着相当大的困难，要经由重重的处理，找出预期的结果值，并做出科学的评价。这导致了早期的主张（从林肯实验室、焦德雷尔班克天文台、前苏联的伏拉迪米尔A.卡特尔），当时众所周知的天文单位值，在现在知道是不正确的[2]。
喷射推进实验室在1961年3月10日第一次毫不含糊的检测出金星，接着很快就测出正确的天文单位数值。一旦知道正确的值，其它单位也在它们存档的资料中找到回波，并同意其结果[2]。
下面是通过这种方式观测得知行星结构的清单：
- 火星 – 阿雷西博天文台得到粗糙的表影像。火星快车号任务携带探地雷达。
- 水星 – 改进了从地球观测的距离（广义相对论的测试）；自转周期、天秤动、表面绘制，特别是极地地区。
- 金星 – 1961年首度进行雷达探测：自转周期和粗略的表面性质。麦哲伦任务使用雷达高度计描绘整个行星。
- 木星系统 - 伽利略卫星
- 土星系统 – 从阿雷西博天文台观察环和泰坦；从卡西尼太空船描绘泰坦的表面和观察其他的卫星。
- 地球 – 基于各种目的。许多机载和太空船的雷达已经描绘整颗行星。一个例子是航天飞机雷达地形任务，描绘整个地球的分辨率达到30米。
小行星和彗星 编辑
包括施瓦斯曼-瓦赫曼3号彗星（73P/Schwassmann-Wachmann），只有16颗彗星曾经使用雷达研究[8]；雷达观测过的小行星有394颗近地小行星和133颗主带小行星[8]。
相关条目 编辑
- 阿雷西博天文台
- 金石深太空通讯网（Goldstone Deep Space Communications Complex）
- RT-70
- Pluton
- 深空网络
- 雷达
- 雷达影像
- (6489) Golevka
- (4179) 杜塔提斯（4179 Toutatis）
参考资料 编辑
- ^ 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) 9 (2). Sydney, Australia: Astronomical Society of Australia: 324. July 1990 [2015-12-03]. Bibcode:1991PASAu...9..324A. ISSN 0066-9997. （原始内容存档于2018-11-18）.
- ^ 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）.
- ^ Arecibo Radar Status. [22 December 2012]. （原始内容存档于2016-03-03）.
- ^ Ostro, Steven. Asteroid Radar Research Page. JPL. 1997 [22 December 2012]. （原始内容存档于2021-03-20）.
- ^ Hey, J. S. The Evolution of Radio Astronomy. Histories of Science Series 1. Paul Elek (Scientific Books). 1973.
- ^ J. Mofensen, Radar echoes from the moon 互联网档案馆的存档，存档日期2008-10-29., Electronics, vol. 19, pp. 92-98; April, 1946
- ^ Z. Bay, "Reflection of microwaves from the moon," Hung. Acta Phys., vol. 1, pp. 1-22; April, 1946.
- ^ 8.0 8.1 Radar-Detected Asteroids and Comets. NASA/JPL Asteroid Radar Research. [2011-10-30]. （原始内容存档于2012-05-25）.
外部链接 编辑
- How radio telescopes get images of asteroids （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- Planetary Radar at Arecibo Observatory. NAIC. [2008-05-15]. （原始内容存档于2008-05-14）.
- Goldstone Solar System Radar. JPL. [2010-09-28]. （原始内容存档于2010-10-21）.
- Dr. Steven J. Ostro & Dr. Lance A. M. Benner. JPL Asteroid Radar Research. Caltech. 2007 [2008-05-15]. （原始内容存档于2007-12-07）.
- Radar Astronomy and Space Radio Science. [2008-05-15]. （原始内容存档于2008-05-23）.
- Dr. Jean-Luc Margot. Introduction to Asteroid Radar Astronomy. UCLA. [2013-08-02]. （原始内容存档于2013-09-25）.
- BINARY AND TERNARY NEAR-EARTH ASTEROIDS DETECTED BY RADAR （页面存档备份，存于互联网档案馆）