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LABORATOIRE SCIENTIFIQUE POUR ENFANTS
Au seuil des mondes lointains. Laboratoire scientifique pour enfants
Annuaire / Laboratoire scientifique pour enfants Jusqu'à relativement récemment, il semblait que la radioélectronique et l'astronomie n'avaient et ne pouvaient rien avoir en commun. Cependant, ces jours-ci, cette opinion est désespérément dépassée. Désormais, lors de conférences astronomiques, parallèlement aux questions de l'étude des planètes et des étoiles, ils rendent compte des nouveaux appareils électroniques, discutent non seulement des photographies de la face cachée de la Lune, mais aussi des équipements électroniques qui ont assuré leur transmission ... Ingénieurs radio constituent aujourd'hui une part importante du personnel des observatoires. Cela se comprend : dans les nouveaux grands télescopes, il n'y a pas moins d'électronique que d'optique. Voici quelques-uns des nombreux exemples. Sur la fig. La figure 1 montre un polarimètre électronique automatique développé à l'observatoire astrophysique d'Abastumani de l'Académie des sciences de la RSS de Géorgie. Cet appareil est un appareil électronique de calcul à action non discrète. En mesurant certains paramètres d'un faisceau lumineux, il résout plusieurs équations, qui incluent ces paramètres, et calcule le résultat en 0,01 seconde. Le circuit se compose de 38 tubes à vide et de 35 diodes. Les études de la Lune et des planètes réalisées à l'observatoire à l'aide du nouvel instrument fournissent des données précieuses sur la composition et la structure de leurs surfaces.
Les instruments et méthodes électroniques utilisés en astronomie sont extrêmement intéressants et uniques. On sait que l'œil ne réagit qu'à un très petit intervalle de longueurs d'onde dans la gamme des oscillations électromagnétiques - de 4200 à 7000 angströms, ce qui correspond à des fréquences de 430 à 715 millions de mégahertz. Dans ce domaine, l'astronomie optique s'intéresse à la mesure des flux lumineux - photométrie ; répartition de l'énergie de rayonnement sur la plage - spectrométrie ; détermination du plan dans lequel se trouve le vecteur électrique des oscillations et des relations quantitatives correspondantes - polarimétrie, ainsi qu'un certain nombre d'autres tâches. Tous sont résolus par des méthodes électroniques. Bien sûr, tout appareil électronique doit commencer par un récepteur d'énergie rayonnante qui y répond par l'apparition d'un courant, d'une tension ou d'un changement de résistance. Ces récepteurs se caractérisent principalement par la portée dans laquelle ils doivent fonctionner, et la sensibilité. Le type de récepteur le plus couramment utilisé en astronomie est le tube photomultiplicateur (PMT). Il s'agit d'une combinaison d'une cellule photoélectrique à vide conventionnelle avec un multiplicateur d'électrons. Un tel système peut être plus sensible que la vision la plus nette, mais il a aussi une limite. Tout d'abord, la photocathode a une faible émission thermique. Améliorée des millions de fois, elle devient tangible, et donc il y a un courant à la sortie du PMT en l'absence de lumière. Une autre limitation est imposée par la structure quantique de la lumière : un flux de 1000 quanta par seconde peut être mesuré assez facilement, mais l'arrivée inégale des quanta crée un effet de tir supplémentaire. Les PMT sont fabriqués avec différents types de cathodes, ce qui leur permet d'être utilisés pour toutes les parties de la gamme, à l'exception des régions de l'infrarouge lointain. Les PMT sont généralement des appareils "à canal unique" ; ils ne peuvent pas traduire la répartition de la luminosité sur les points de la photocathode. Sur la fig. La figure 2 montre un schéma d'un photomètre astronomique. Un disque à trous, entraîné en rotation par un moteur synchrone, module le flux lumineux. Un détecteur de phase à grande constante de temps fonctionne en synchronisme avec la modulation, ce qui permet de séparer le signal du bruit même lorsque le rapport signal sur bruit ne dépasse pas 0,001. Un dispositif logiciel spécial effectue des mesures de contrôle, compare puis imprime le résultat. Cet instrument a également été créé à l'Observatoire d'Abastumani.
L'idée d'un dispositif photoélectronique permettant de suivre automatiquement les étoiles avec un télescope (photoguide) est très intéressante. Le PMT y sert de récepteur. Le guide photo (Fig. 3) a été développé à l'Institut d'électromécanique de Leningrad.
Les outils indispensables aux astronomes sont le thermocouple et le bolomètre. Ils peuvent être utilisés dans la gamme allant de la lumière visible aux ondes radio submillimétriques. Il n'y a pas d'autres appareils d'un tel haut débit. Un thermocouple est un thermocouple miniature, généralement placé dans le vide. La jonction de deux fils dissemblables est noircie de telle manière que tout le rayonnement incident sur elle est absorbé, chauffant légèrement la jonction. La fem thermique apparaît. qui peut être mesuré avec un galvanomètre très sensible à faible résistance. L'amplification de cette fem. les circuits de lampe sont difficiles, car ils sont très petits et une faible résistance ne peut pas être utilisée sans convertisseur. L'utilisation de circuits à transistors à faible résistance d'entrée présente ici un grand intérêt, cependant, le bruit du transistor introduit une complication. Le bolomètre est constitué de deux petites plaques métalliques d'une fraction de micron d'épaisseur, elles aussi noircies et mises sous vide. Le flux rayonnant à mesurer est dirigé vers l'un d'eux. Dans le circuit du pont électrique, en raison de la variation de la résistance de cette plaque, provoquée par son échauffement, un déséquilibre apparaît, proportionnel à la quantité d'énergie rayonnante absorbée. Le bolomètre est également inertiel, et le pont a une faible impédance de sortie. Ces appareils, le plus souvent utilisés comme récepteurs de rayons infrarouges, sont monocanaux. Certes, on a récemment développé un écran constitué d'une mosaïque photosensible de type semi-conducteur (photorésistance), qui est un dispositif multicanal. Le seuil de sensibilité des thermoéléments et des bolomètres ne dépasse pas 10-11 W à une constante de temps d'environ 1 seconde. Le seul dispositif "multicanal" de ce type, où le flux électronique transporte en même temps des informations sur l'ensemble de l'image, est un tube intensificateur d'image (IOC). La photocathode semi-transparente, comme dans le PMT, est déposée sur la face interne du fond du flacon. Naturellement, ici la cathode détermine également le but spectral : la cathode antimoine-césium fonctionne bien dans les régions vert-violet et ultraviolet, la cathode bismuth-césium couvre toute la gamme visible, et la cathode oxygène-argent-césium permet la pénétration dans le régions proches de l'infrarouge. Il existe d'autres types de photocathodes. Des lentilles électroniques spéciales, qui sont des champs électriques formés par des électrodes spéciales, dirigent des photoélectrons vers l'anode, similaires aux dispositifs de focalisation de faisceau dans les kinéscopes. Ceci est fait de manière à ce que la structure du flux ne soit pas déformée et que le transfert d'image ne s'accompagne que de sa réduction. L'anode est un écran fluorescent où l'image peut être vue ou photographiée. Le but des tubes intensificateurs d'image est d'augmenter la luminosité de l'image et, si nécessaire, de la convertir de l'invisible, comme l'infrarouge, au visible. L'amélioration de ces dispositifs a conduit à la création de tubes intensificateurs d'image à plusieurs étages, où la luminosité de l'image est constamment augmentée. Le réel pour un tube intensificateur d'image à trois étages est une augmentation de la luminosité de 60 à 120 fois, tandis qu'un intensificateur d'image à un étage donne un gain de 6 à 15 fois. Dans un autre cas, il est devenu possible d'utiliser plus pleinement la lumière de l'écran - l'anode, pour laquelle l'épaisseur du ballon à cet endroit est réduite à des dixièmes de millimètre, et un film photographique est pressé contre lui de l'extérieur ("tube intensificateur d'image par contact" ou "tube photocontact"). Des conceptions ont également été développées où la plaque photographique était placée de l'intérieur à la place de l'anode. Cependant, pour l'obtenir, il fallait casser le flacon. Même avec quelques disques remplacés par un engin ingénieux, c'est trop cher. Plus récemment, des systèmes astronomiques de télévision ont été utilisés. En Union soviétique, les travaux les plus importants dans cette direction ont été menés par N. F. Kuprevich, chercheur principal à l'Observatoire de Pulkovo. Dans l'installation qu'il a créée, on utilise la méthode d'accumulation qui consiste à projeter longtemps une image faible sur la photocathode superorthicone en l'absence de faisceau de balayage. Dans ce cas, la décharge de potentiel "s'accumule" sur les électrodes correspondantes du tube. Ensuite, un seul balayage est activé et une image avec une luminosité considérablement accrue (du même ordre que celle des tubes intensificateurs d'image à plusieurs étages) apparaît sur l'écran de télévision d'un système de télévision en circuit fermé. Un seul balayage élimine les tracas de la photographie. Assez difficile à mettre en place et à faire fonctionner, le système de télévision a un grand potentiel. Ainsi, les petits détails des images d'objets astronomiques sur des plaques photographiques semblent toujours flous. Ceci s'explique par le jitter continu des images. Un phénomène similaire est connu de tous par le scintillement des étoiles. Le système de télévision, en augmentant la luminosité, permet de réduire la durée de l'exposition, et, par conséquent, le "flou" des images. Le système de télévision est essentiellement monocanal, mais grâce à la décomposition ligne par ligne, il est capable de transmettre des images, ce qui le rapproche du tube intensificateur d'image. En termes de sensibilité de seuil, ces deux récepteurs sont inférieurs à un bon PMT. Photoguide pour le suivi automatique d'une étoile par un télescope De tout ce qui a été dit, il ressort que la science moderne a mis à la disposition des astronomes des moyens techniques très puissants. Il semblerait qu'il n'y ait maintenant aucune raison d'être mécontent. Cependant, ce n'est pas le cas. On sait, par exemple, que maintenant certaines observations astronomiques sont déjà effectuées sans participation humaine - à partir de satellites. Le monde entier a vu des photographies de la face cachée de la Lune prises par "l'astronome électronique" - l'AMS soviétique, lancé le 4 octobre 1959. Évidemment, dans ce cas, aucune autre voie n'était possible. Il fallait également envoyer un AMS vers Vénus, car l'orbite de cette planète est à l'intérieur de l'orbite de la Terre et aux moments d'approche de la Terre, elle nous fait face avec un côté sombre, et donc invisible. De nombreux problèmes importants attendent leur solution en retirant les instruments astronomiques de l'atmosphère terrestre. Prenons, par exemple, la planète Mars, notre voisine la plus proche. Le mystère de Mars (ses "canaux" et autres détails) ne hante pas seulement les astronomes. De nombreuses énigmes et autres luminaires; même la lune en a beaucoup. Il semblerait qu'il suffit de regarder à travers un télescope avec un fort grossissement et beaucoup deviendra clair. Mais en réalité ce n'est pas le cas. Au lieu de contours clairs de la planète, vous verrez une boule trembler comme une flamme de bougie dans le vent, avec des taches de brouillard flottant en permanence. C'est l'influence de l'atmosphère terrestre, où des flux d'air de différentes densités créent une réfraction des rayons lumineux en constante évolution. Même avec une atmosphère très calme, il n'est pas possible de distinguer le moindre petit détail des images. Cependant, le tremblement et le scintillement ne sont qu'un aspect du problème. Tout le problème est que la grande majorité de la gamme de rayonnement électromagnétique n'atteint pas la surface de la Terre. Pendant ce temps, l'étude de cette partie particulière de la gamme peut donner à la science rien de moins qu'un aperçu des aveugles. C'est pourquoi le déplacement de l'observatoire au-delà de l'atmosphère - d'abord vers un satellite artificiel, puis vers la Lune - est un besoin urgent. Il n'est pas non plus difficile de comprendre qu'en utilisant un petit télescope, aussi grossi soit-il, il est impossible de distinguer les détails fins sur les planètes. Ceci est également impensable car la soi-disant limite de diffraction a un effet. Par exemple, pour distinguer les détails de la surface de la Lune de 40 m de diamètre, vous avez besoin d'un télescope d'un diamètre d'objectif d'au moins 65 cm, mais les grands télescopes sont si lourds qu'ils se plient sous l'influence de leur poids. Nous devons augmenter la rigidité de la structure, ce qui, à son tour, augmente le poids, etc. Existe-t-il un moyen de sortir de cette situation? Oui j'ai. Cela consiste dans le fait qu'un grand - un télescope installé sur un satellite ne pèsera rien. Sa rigidité pourra être réduite au minimum, tandis que la masse de la structure sera faible et sa mise en orbite ne coûtera pas trop cher. À l'avenir, les télescopes seront apparemment plus rapides à installer sur la Lune, où ils pèseront 6 fois moins que sur Terre. On peut dire sans exagération qu'un tel "observatoire externe", équipé d'équipements électroniques et d'ordinateurs modernes (ils peuvent être situés sur Terre), est capable de résoudre des centaines de problèmes actuels en peu de temps. Il est intéressant de noter que la nuit sur la Lune est 29,5 fois plus longue que sur la Terre, tout comme le jour. Il est donc possible d'y effectuer des observations de jour comme de nuit. Sur la Lune et dans l'espace, il sera possible d'utiliser de nouveaux appareils électroniques ouverts ; après tout, le vide y est tel qu'on n'en a jamais atteint dans aucune lampe. Enfin, il est impossible de ne pas mentionner un autre problème qui passe désormais des pages des romans de science-fiction au laboratoire des scientifiques. On parle d'émission radio cosmique d'origine artificielle. Il sera important non seulement de l'accepter, mais aussi de le déchiffrer. Bien qu'il existe des prédictions sur la longueur d'onde spécifique où ces signaux doivent être recherchés, toute la gamme doit être étudiée. Les réalisations de la science et de la technologie soviétiques, les vols historiques des engins spatiaux de passagers soviétiques, les plus grands succès de notre patrie dans la conquête de l'espace extra-atmosphérique témoignent clairement du succès des rêves séculaires de l'humanité, des plans qui étaient récemment considérés comme des utopies. réalisée en Union soviétique. Nous sommes convaincus que le temps n'est pas loin où les astronomes soviétiques pourront se rendre sur la Lune pour observer et tester des hypothèses. Auteur : L. Xanfomality
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