Физика 20 века: ключевые эксперименты - Тригг Дж.
Скачать (прямая ссылка):
стадиях, происходила быстро, как взрывной процесс; поэтому
соответствующая теория называется "теорией большого взрыва".
В 1946 г. Гамов показал, что на ранних стадиях эволюции Вселенной должно
было преобладать излучение типа излучения черного тела, сохранившееся,
по-видимому, в остаточном состоянии до сих пор. При расширении Вселенной
эффективная температура этого излучения должна была понизиться примерно
до 5 К и экспериментальное подтверждение существования реликтового
излучения должно было послужить серьезным аргументом в пользу "теории
большого взрыва" Ч
Измерения основывались на том, что любые элементы электрической схемы при
температуре выше абсолютного нуля генерируют шум, обусловленный, в
частности, тепловым движением электронов проводимости. Мощность шума в
единичной полосе частот прямо пропорциональна эффективной температуре, и
коэффициент пропорциональности известным образом зависит от электрических
свойств элемента. И наоборот, это соотношение позволяет определить
эффективную температуру любого шумящего элемента безотносительно к тому,
имеет ли создаваемый им шум тепловую природу или нет. Поэтому Пензиас и
Вильсон писали2 об "измерении эффективной шумовой температуры антенны,
направленной в зенит". Они обнаружили, что некая составляющая температуры
антенны, по-видимому, обусловлена излучением, принимаемым из космического
пространства.
1 Пензиас и Вильсон, однако, ие были знакомы с работой Га-мова до
публикации своей собственной статьи. Они обсуждали свои результаты с
Диком, Пиблсом, Роллом и Уилкинсоном. Последние независимо пришли к тому
же заключению, что и Гамов, и опубликовали свою работу, внеся изменения с
учетом экспериментальных результатов в том же выпуске журнала, что и
Пензиас и Вильсон.
2 Цитируется из журнала Astrophysical Journal, 142, 1965.
349
Антенна представляла собой 6-метровый отражатель с рупором; она
использовалась ранее в исследованиях по программе "Эхо", связанной с
искусственными спутниками Земли, и была описана в 1961 г. Кроуфордом,
Хоггом и Хантом '.
"Антенна рупорно-отражательного типа представляет собой комбинацию
электромагнитного рупора квадрат-
Рис. 16.1 Схема конструкции антенны с рупором и параболическим
отражателем [Bell Syst. Techti. Journ., 40 (1961), стр 1096, рис. 1].
ного сечения и отражателя, являющегося сектором параболоида вращения, как
показано на рис. [16.1]. Вершина рупора совпадает с фокусом параболоида.
Так как конструкция антенны основана на законах геометрической оптики и
не содержит элементов, свойства которых зависят от частоты, то антенна
чрезвычайно широкополосна, не чувствительна к поляризации и может быть
использована для приема излучения с любой поляризаии-
1 Цитируется из журнала Bell System Technical Journal, 40, 1961.
350
сей... Вследствие экранирующего действия рупора боковые и задний лепестки
диаграммы направленности антенны очень малы.
Благодаря этому, когда антенна направлена в небо, она принимает лишь
незначительную долю шума, идущего от земли. Таким образом, данная антенна
является малошумящим передающим устройством, что позволило
Рис. 16 2 Рупорно-отражательная аьтенна, использованная Пен-зиасом и
Вяльсоном [Bell Syst. Techn Journ., 40 (1961), стр 1097,
рис 2].
использовать в эксперименте малошумящпй мазерный усилитель.
На рис. [16 2] приведена фотография рупорно-отражательной антенны,
установленной на Кроуфордской возвышенности, где находилась
астрономическая станция Холмдельской лаборатории.. Чтобы антенну можно
было направить в любую часть неба, ось рупора устанавливается
горизонтально. Поворот вокруг этой оси позволяет просматривать небо по
углу возвышения, а поворот всей конструкции вокруг вертикальной оси - по
азимуту. Антенна имеет длину приблизительно 15 м, апертуру 6 X 6 м2 и вес
около 18 т Конструкция рассчитана на то, чтобы выдерживать порывы ветра
до 160 км/ч.
Устройство поворота рупора вокруг оси, сам рупор и отражатель изготовлены
из алюминия. Все радиальные нагрузки приходятся на колесо вращения рупора
351
вокруг горизонтальной оси, имеющее 9 м в диаметре, которое поворачивается
на роликах, смонтированных на основании. Все осевые нагрузки падают на
большой шарикоподшипник, расположенный на остром конце рупора. Через этот
подшипник рупор проходит в кабину, где размещено оборудование: переходная
секция, связывающая квадратный и круглый волноводы, подвижное соединение
и собранное на волноводах приемное устройство... Размещение приемного
оборудования непосредственно в вершине рупора позволяет избавиться от
шумов и потерь в линии передачи и является важным достоинством антенны.
Треугольная рама основания изготовлена из стального профиля. Она
поворачивается вокруг центрального упорного шарикоподшипника на колесах,
катящихся по кольцевой дорожке диаметром 9 м. Дорожка собрана из
свободных от напряжений плоских стальных плит, каждая из которых
подогнана так, что дорожка является плоской с точностью 0,25 мм. Боковые
