Министерство образования Российской Федерации
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского

"УТВЕРЖДАЮ"
Декан радиофизического факультета
профессор ___________ С.Н.Гурбатов

УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА
курса
"ВВЕДЕНИЕ В РАДИОАСТРОНОМИЮ"
для направления подготовки 511500 - Радиофизика
(радиофизический блок магистерской подготовки)
Н.Новгород - 2001

 1. Организационно-методический раздел.

    Программа предназначена для подготовки магистров радиофизики. Курс "Введение в радиоастрономию" читается в 10 семестре. Курс базируется на знаниях студентов, приобретенных в курсах электродинамики, распространения радиоволн, квантовой радиофизики, электроники, теоретической радиотехники, общей физики и математического анализа.
    Возникновение радиоастрономии стало возможным, прежде всего, благодаря прогрессу радиофизики и радиотехники, приведшему к созданию высокочувствительных приемных устройств. Являясь на первых порах более частью радиофизики, чем астрономии, радиоастрономия стала со временем важнейшей составляющей астрономии, которая в свою очередь превратилась далее во всеволновую. Вместе с тем радиоастрономия безусловно сохранила свою радиофизическую специфику. В связи с этим вполне оправдана подготовка по меньшей мере части радиоастрономов на радиофизических факультетах университетов.
    Цель курса - сформировать у учащихся магистратуры представление о задачах, методах и инструментах современной радиоастрономии и о ее месте в современной всеволновой астрономии и радиофизике, показать, что космические объекты являются уникальными физическими лабораториями с такими значениями различных физических величин, которые часто недостижимы в земных условиях. Кроме того в ходе лабораторной работы, выполняемой учащимися на радиоастрономической обсерватории НИРФИ "Старая Пустынь" в конце курса, приобретаются некоторые практические навыки работы на радиотелескопе.

    В процессе изучения курса студенты должны изучить: историю зарождения и первые шаги радиоастрономии, предмет радиоастрономии, инструменты и методы радиоастрономии, основные результаты и перспективы радиоастрономии. Приобрести некоторые навыки работы на радиотелескопе в ходе выполнения лабораторной работы в радиоастрономической обсерватории НИРФИ "Старая Пустынь".

2. Содержание курса.

I. ВВЕДЕНИЕ.

    Предмет радиоастрономии. История зарождения радиоастрономии. Первые открытия в радиоастрономии. Радиоастрономия в нашей стране и в Нижнем Новгороде (Горьком). Место радиоастрономии в современной всеволновой астрономии и радиофизике. Радиоастрономия и астрофизика. Космические объекты как уникальные природные физические лаборатории.

II. РАДИОТЕЛЕСКОП - ИНСТРУМЕНТ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ РАДИОАСТРОНОМИИ.

    Типы антенн, применяющихся в радиоастрономии. Диаграмма направленности антенны по полю и по мощности. Ширина главного луча и телесный угол диаграммы направленности, коэффициент направленного действия, коэффициент рассеяния. Связь диаграммы направленности по полю с распределением поля на раскрыве антенны. Теоремы подобия, смещения, свертки, решетки и автокорреляции. Антенна как фильтр пространственных частот. Пространственная частотная характеристика антенны и ее связь с распределением поля по раскрыву антенны. Угловое разрешение. Основные типы радиометров в радиоастрономии.

III. ПОЛУЧЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ В РАДИОАСТРОНОМИИ. РАДИОТЕЛЕСКОП И РАДИОИЗОБРАЖЕНИЕ.

    Радиояркостная температура небосвода. Эффективная температура космического объекта. Антенная температура и ее связь с распределением радиояркостной температуры по объекту и диаграммой направленности антенны. Эффективная площадь радиотелескопа. Антенная температура радиотелескопа от радиоизлучения дискретного объекта. Получение изображения протяженного объекта путем его сканирования лучом радиотелескопа. Спектр пространственных частот распределения радиояркости по объекту. Двухэлементный аддитивный и мультипликативный интерферометр. Системы апертурного синтеза в том числе на основе радиоинтерферометрии с независимым приемом. Синтез спектра пространственных частот объекта путем последовательного или параллельного синтеза. Восстановление радиоизображения объекта по спектру его пространственных частот. Сопоставление двух способов получения радиоизображения в радиоастрономии, радиофизические аналогии. Поляризационные наблюдения в радиоастрономии. Параметры Стокса. Матрица Мюллера радиотелескопа.

IV. ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ РАДИОТЕЛЕСКОПА И ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА РАДИОАСТРОНОМИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ.

    Шумовая температура радиотелескопа и ее составляющие. Радиоизлучение земной поверхности. Коэффициенты Френеля. Влияние тропосферы и ионосферы на радиоастрономические наблюдения: поглощение, рефракция, фарадеевское вращение, мерцания и другие эффекты. Эффект путаницы в радиоастрономии. Определение чувствительности радиотелескопа.

V. РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЦА И ПЛАНЕТ.

    Радиоизлучение спокойного Солнца. Радиоизлучение активного Солнца. Солнечно-земные связи. Радиоизлучение планет, их спутников и малых тел Солнечной системы. Соотношение космических исследований тел Солнечной системы с радиоастрономическими.

VI. ДИФФУЗНОЕ РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ НАШЕЙ ГАЛАКТИКИ. РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ ГАЛАКТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.

    Синхротронное радиоизлучение в радиоастрономии. Поглощение, фарадеевское вращение и деполяризация радиоизлучения в межзвездной среде Галактики. Спектр, угловое распределение и поляризация диффузного галактического радиоизлучения. Магнитное поле Галактики. Радиоизлучение остатков сверхновых. Эволюция радиоизлучения остатков сверхновых. Остатки сверхновых и радиосверхновые в других галактиках. Пульсары. Радиоизлучение областей ионизованного водорода. Радиоизлучение звезд. Радиоизлучение в спектральных линиях. Мазерное излучение галактических объектов. Понятие об астрохимии.

 VII. РАДИОИЗЛУЧЕНИЕ ВНЕГАЛАКТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.

    Радиоизлучение нормальных галактик. Радиоизлучение активных галактик и квазаров. Радиоизлучение, сопровождающее мощные всплески гамма излучения. Радиоизлучение Вселенной в целом (реликтовое излучение). Эволюция Вселенной.

VIII. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

"Измерение параметров радиотелескопа и инструментальной поляризации по радиоизлучению Солнца".

3. Распределение часов курса по темам и видам работ.

4. Формы текущего, промежуточного и итогового контроля.

Итоговый контроль: экзамен и зачет по лабораторной работе в конце 10-го семестра.

5.1 Рекомендуемая литература (основная).

1. Кисляков А.Г., Разин В.А., Цейтлин Н.М. Введение в радиоастрономию. Часть 1. Основы радиоастрономии. Н.Новгород: Нижегородский ун-т, 1995, стр. 212.
2. Кисляков А.Г., Разин В.А., Цейтлин Н.М. Введение в радиоастрономию. Часть 2. Техника радиоастрономии. Н.Новгород: Нижегородский ун-т, 1996, стр. 195.
3. Железняков В.В. Излучение в астрофизической плазме. М: Янус-К, 1997, стр.528.
4. Виняйкин Е.Н., Разин В.А., Теплых А.И. Измерение параметров радиотелескопа и инструментальной поляризации по радиоизлучению Солнца. Н.Новгород. Препринт НИРФИ ?461, 2000, стр.19.

5.2. Рекомендуемая литература (дополнительная).

1. Краус Д.К. Радиоастрономия. М.: Сов. радио, 1973, стр.456.
2. Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. Радиотелескопы и радиометры. М.: Наука, 1973, стр.415.
3. Смит Ф.Г. Пульсары. М.: Мир, 1979, стр.267.
4. Лозинская Т.А. Сверхновые звезды. М.: Наука, 1986, стр.304.
5. Гинзбург В.Л. Теоретическая физика и астрофизика. Дополнительные главы. М.: Наука, 1987, стр.486.
6. Христиансен У., Хегбом И. Радиотелескопы. М.: Мир, 1988, стр.303.
7. Рузмайкин А.А., Соколов Д.Д., Шукуров А.М. Магнитные поля галактик. М.: Наука, 1988, стр.278.
8. Бакулин П.И., Кононович Э.В., Мороз В.И. Курс общей астрономии. М.: Наука, 1983, стр.560.

Составитель программы
к.ф.-м.н. Е.Н. Виняйкин

Зав. кафедрой РА и РРВ
Профессор В.Г. Гавриленко