Заметки начинающего радиоастронома-любителя

приобретен готовый типа SNA-6000 для телевизионных антенн. По диапазону частот (48 - 862 МГц) он вполне подходит. Коэффициент шума в инструкции указан 1,2 дБ. Наверное, было бы лучше иметь меньший коэффициент шума, но из готовых плат лучшего не нашлось. Сделать МШУ самостоятельно - не было уверенности, что у меня получится лучше заводского. Коструктивно МШУ объединен с петлевым вибратором антенны.

инжектор питания:

 
В одном корпусе размещены два таких каскада. Питание подается через проходной конденсатор. Транзисторы применены ГТ329, у меня обнаружился большой запас таких транзисторов. В усилителе, стоящем ближе всего ко входу приемника, в первом каскаде применены транзисторы КТ399А как имеющие лучшие шумовые характеристики.
Платы радиочастотных модулей: amp_RT.LAY
Вид на модуль сверху:

Между первым и вторым модулями УРЧ установлен переключаемый аттенюатор 0...-3...-10...-20...-30 дБ. Максимальное ослабление -63 дБ. 

В качестве полосовых фильтров в упомянутой статье предлагалось использовать двухконтурный фильтр на элементах с сосредоточенными параметрами. Мне показалось более интересным применить фильтр на связанных спиральных резонаторах, описание которого приведено в книге [2] на странице 113. Позволю себе "цитату" из этой книги:

Добротность резонаторов в моем исполнении получилась не такой высокой, и полосовой фильтр обеспечивал полосу пропускания несколько шире, чем описано в книге, примерно 3-4 МГц. Полосовой фильтр последнего УРЧ выполнен в жестяном корпусе (остальные -  в медном). Его добротность, соответственно, еще ниже и полоса пропускания 5-6 МГц. Размеры отверстия связи не подбирал, поскольку это трудно сделать. В общем изготовил "один в один" по описанию и результат получился неплохим. Фильтры перестраиваются в весьма широких пределах, не менее чем от 130 и до 160 МГц, так что некоторые погрешности в размерах при изготовлении некритичны.
Фотографию внутреннего устройства моих полосовых фильтров я, к сожалению, не сделал, так как поспешил запаять крышки. Однако, чтобы было понятно о чем идет речь, приведу здесь фотографию одиночного спирального резонатора, на основе которого планировалось сделать смеситель (слева виден СВЧ диод смесителя и вход гетеродина с витком связи):

, фильтр-накопитель и усилитель постоянного тока собраны по схеме:

первоначально была сделана по описанию из той самой статьи.

Размеры элементов указаны в долях длины волны. Диаметр элементов 5-10 мм, закрепляются на металлической траверсе.
В моем случае траверса планировалась диэлектрическая, а именно пластиковая элетромонтажная труба диаметром 40 мм. Такие трубы бывают длиной по 2 метра, продаются также муфты-соединители для них. Мне показалось необходимым пересчитать размеры элементов под мои условия (более тонкие элементы, другая траверса), в том числе сделать антенну немного более низкочастотной, чтобы можно было бы использовать ее на любительском диапазоне 144-146 МГц (хотелось послушать метеоры, аврору и Луну). В итоге, рассчитав длины элементов как было указано на схеме, я прибавил "на глаз" по 2 см длины каждому из них. Потов выяснилось, что это было не совсем правильное решение.

Элементы изготовил из алюминиевой трубки диаметром 6.35 мм, такая трубка продается смотанной в плоскую спираль (15 метров) и применяется при монтаже кондиционеров, стоит недорого. Она довольно мягкая, что, с одной стороны, облегчает изготовления петлевого вибратора, с другой - заставляет более бережно обращаться с антенной чтобы не погнуть элементы. За три месяца использования самопроизвольной деформации элементов у меня не было, видимо, крупные птицы избегали моей антенны и не садились на элементы.
Антенна получилась легкой, ее можно держать за конец и направлять двумя руками. Однако такой способ, очевидно, не подходит для многочасовых радиоастрономических наблюдений, поэтому потребовалось закрепить полотно антенны на стойке, обеспечив возможность наведения по азимуту и углу места (элевации).

Модель антенны.
ДН антенны получилась следующая:

Здесь моделируется расположение антенны в свободном пространстве с элевацией 15 градусов. График рассчитан для частоты 145 МГц, где находится резонанс петлевого вибратора. Параметры антенны улучшаются с ростом частоты, достигают оптимума на 150-151 МГц и затем резко ухудшаются, на 153 МГц задний лепесток становится больше основного и диаграмма "разваливается". На графиках видно как меняется ДН от частоты, антенна расположена горизонтально над реальной землей на высоте 2,7 метра.

Настройка приемника.
У приемника прямого усиления рабочая частота определяется полосовыми фильтрами. Необходимо настроить весь тракт в резонанс, всего шесть подстроечных конденсаторов. Так как полосовые фильтры не имеют непосредсвенной связи между собой (между ними есть УРЧ), то каждый ПФ настраивается независимо от остальных. На вход приемника нужно подать сигнал 151,5 МГц. Чтобы можно было настраивать тракт "на слух" желательно чтобы сигнал имел амплитудную модуляцию с частотой около 1 кГц. Можно также измерять постоянную составляющую на выходе детектора стрелочным вольтметром или осциллографом и подстройкой резонаторов ПФ добиться макимума. Таким образом, необходим генератор образцовой частоты.
Если такого генератора нет, то можно настроиться просто по максимуму шума, направив антенну на Солнце или просто в зенит. При этом, однако, не будет известна точная частота настройки системы, она может отличаться от желаемой "радиоастрономической" частоты. С другой стороны, при таком способе может быть учтены приемные свойства антенны. Может быть наилучший коэффициент усиления антенны достигается при настройке несколько в стороне от предпологаемого номинала вследствие погрешностей при ее изготовлении.
Наконец третий и наиболее удобный способ - использование для настройки RTL-SDR  совместно с программой TotalPower. (написать как)
А почему именно 150 МГц? Дело в том, что Регламентом радиосвязи для радиоастрономических наблюдений выделены специальные частотные полосы, в которых запрещена работа на передачу других радиосредств. Соответственно, здесь будет меньше искусственных помех. Привожу таблицу:

Таким образом, настраивать приемник нужно на центральную частоту 151,5 МГц. Как я уже сказал выше, антенна у меня получилась не совсем на эту частоту. Для наблюдений

Эксперименты.
Первым объектом радионаблюдений было Солнце. Монтировка антенны еще не была готова, поэтому наводил антенну, удерживая ее в руках, одновременно слушая шум на выходе приемника. Как ни странно, при наведении антенны на Солнце шум если и возрастал, то совсем незначительно! Примерно такие же изменения происходили при наведении антенны от зенита к горизонту, у горизонта шум был сильнее. Это обескураживало. Я ожидал, что шум Солнца будет очень заметен! Возникли сомнения в правильности формирования диаграммы направленности антенны. Подал сигнал с выхода УНЧ на звуковую карту компьютера и сделал запись, чтобы увидеть как меняется уровень шума при перемещении антенны.

Все таки, похоже, радиотелескоп видит Солнце! Но почему  так слабо? Сигнал увеличивается раза в полтора, а я ожидал, что он вырастет раз в десять. Если так плохо слышно Солнце, то будут ли заметны другие не такие мощные источники космического радиоизлучения? Сомнения и чувство некоторого разочарования.

Через день была готова монтировка, проложен кабель от антенны к дому, можно было начать уже более серьезные наблюдения. Очень полезной функцией программы TotalPower является Noise plot (самописец уровня шума). Здесь же есть возможность масштабирования графика (Zoom), исключая "постоянную составляющую" уровня шума и таким образом вести наблюдения за малыми его изменениями, измеряемыми десятыми долями дБ. Это, кстати, соответствует принципу работы "компенсационного радиометра" имеющего максимально возможную чувствительность.
Для проведения транзитных наблюдений радиоастрономических источников необходимо направить антенну по азимуту на юг и установить элевацию, равную высоте кульминации источника. Естественно, это нужно сделать заранее, до того момента как источник вседствие вращения небесной сферы войдет в "зону видимости" антенны. Можно считать что прием осуществляется в раскрыве ДН по уровню -3 дБ. Для моей антенны это равно примерно 30 градусам. Небесная сфера поворачивается каждый час на 15 градусов (360 / 24 = 15), следовательно, радиоисточник будет пересекать ДН в течении 2 часов. Более точная формула [3]:

 T = 4 / cos(declination) * HPBW
где T - длительность наблюдения источника в минутах,
declination - склонение источника (берется из таблицы источников),
HPBW - ширина ДН по уровню половинной мощности (half power bandwith), градусов.
То есть два часа - это если источник расположен на небесном экваторе. Если же он у полюса мира, то он будет наблюдаться непрерывно (так как никуда не перемещается).

Высота источника над горизонтом в момент его кульминации зависит от широты места наблюдения:
Элевация = 90 - широта + наклонение источника

Например, радиогалактика Лебедь А имеет наклонение (см. таблицу) 40 градусов 36 минут (приблизительно 40,6 градусов). Для широты Москвы (55 градусов 44 минуты = 55,7 ) элевация антенны должна быть равна 90 - 55,7 + 40,6 = 74,9 градуса, то есть весьма высоко над горизонтом, ближе к зениту. Наблюдаться он будет в течение 4 / cos(40,6) * 30 = 158 минут = 2 часа 38 минут.


А какие, собсвенно, источники можно было бы наблюдать? Привожу таблицу из книги:


Очень удобно для расчетов и планирования экспериментов использовать бесплатную программу Stellarium, она существует не только для компьютеров, но и для смартфонов. 

Вернемся к моим наблюдениям.
Первое успешное наблюдение состоялось 22 июля 2024, и это было Солнце на частоте 151 МГц. Полоса приема RTL-SDR установлена 300 кГц.

На графике видна шумовая дорожка, по горизонтальной оси цифры условные (количество записанных отсчетов), в данном случае длительность наблюдения составляла 2ч 9мин 38сек, 23217 отсчетов. Получается  3 отсчета в секунду, несколько больше 10000 отсчетов в час. Шум Солнца был заметен в течение примерно 40 минут. Максимальное превышение составили 1 дБ. Слева и справа  видны резкие скачки уровня шума ("ступеньки"). Этим моментам соответствовало выключение и последующее включение телевизора в доме.

Форма хода шумовой дорожки в момент транзита источника соответствует форме главного лепестка диаграммы направленности антенны. Меня насторожило наличие некоторого провала в середине диаграммы, что усилило мои подозрения относительно качества работы антенны. Не является ли ДН сильно искаженной?

Для проверки сделал запись "сканирования" антенной от зенита через Солнце к горизонту. Полосу обзора RTL-SDR увеличил до 2,4 МГц, что должно заметно повысить чувствительность приема, так как чем шире полоса, тем больше шума от источника будет принято, подъем шумовой дорожки будет заметнее, хотя при расширении полосы возрастет и "постоянная составляющая" мешающих шумов. Так как в районе 149 МГц наблюдалась станционная помеха, пришлось настроиться выше, на 152 МГц. Итак, что дало сканирование?
 
Измерения проводились утром в 09:45 Мск 23 июля. Солнце находилось (можно посмотреть в Стеллариуме) на Юго-Востоке (азимут 120 гр), элевация 42 градуса. Антенну наводил, конечно, вручную, стараясь попасть точно по солнечному диску, для чего пришлось вооружиться темными очками. Как видим, Солнце видно отчетливо! Сказалось расширение полосы приема и, самое главное, антенна не была направлена на главный источник посторонних шумов - дом, который расположен относительно антенны точно на юге.
График соответсвует указанным условиям: от солнечного максимума до горизонта такое же "расстояние" как и ширина ДН, которую мы полагаем равной 30 градусов. Горизонт в сторону востока у меня закрыт на высоту 10 градусов склоном холма, у подножия которого расположены наши дачные участки. Так что фактическое угловое расстояние от солнечного диска до местного горизонта как раз 30...32 градуса. Второй вывод - диаграмма направленности антенны не раздвоена и близка к расчетным значениям. Это важный вывод. Второй важный вывод - похоже, о меридиональных (на юг) транзитных наблюдениях придется забыть - шум от домашней электроники чрезвычайно высок и меняется непредсказуемо, маскируя сигналы от космического источника. Большой уровень мешающего шума производится, как выяснилось, сигналами HDMI телевизора и монитора компьютера. Горизонт (земля) шумит на 2 дБ сильнее зенита.

Тем не менее, в эту же ночь провел транзитное наблюдение радиогалактики Лебедь А.


На фото антенна направлена почти точно на невидимую радиогалактику. Дистанция до нее оценивается в 550-800 миллионов световых лет!

Лебедь А, комбинация видимого и радиоизображений. 

Сама галактика - это точка в центре. Из нее исходят джеты, оканчивающиеся двумя излучающими "радиооблаками".

Между краями облаков расстояние 130 тысяч парсек! Это около 500 тысяч световых лет.
Лебедь А - самый яркий радиоисточник на небосводе, на частоте 144 МГц поток равен 11200 Янских, это очень много.

Первые мои наблюдения получились такими:




Графики содержат шумовые "ступеньки", вызванные помехами от HDMI телевизора в нашем дачном домике. Тем не менее Лебедь А отчетливо виден. Обращает на себя внимание присутствие на обоих записях "выщербленности" рядом с максимумом Лебедя А. Не раздваивается ли диаграмма направленности антенны при ее наведении в зенит? Рядом с антенной находится беседка с металлической крышей, нет ли здесь влияния? Ну и, похоже, придется впредь вести наблюдения в направлении Восток-Запад, перпендикулярно направлению на дом. И антенну захотелось удлинить на пару элементов.

Занимаясь совершенствованием антенны и рассчитывая в MMANA новые элементы я как раз обратил внимание на резкое ухудшение ДН на частотах выше 152 МГц, где происходит катастрофический рост заднего лепестка. Кроме того, резонанс антенны оказался лежащим примерно на 145 МГц, где диаграмма направленности хоть и немного уступает оптимальной, зато ведет себя вполне "устойчиво" и предсказуемо в полосе два-три мегагерца. В общем я решил продолжать наблюдения на частоте 145 МГц.

Получив первые записи Лебедя А, я был очень счастлив: принимаю на самодельные приемник и антенну такой далекий внегалактический источник! Когда радиоволны были излучены, на Земле еще была конец протерозойской - начало палеозойской эры. Еще даже не началось отложение угольных толщ, это будет намного позже, в каменноуголный период палеозоя. Прошло три полных галактических цикла и начался четвертый.
Интересно, что было тогда в том месте, где я сейчас нахожусь? Напомню, мой дачный участок расположен в Калужской области, в десятке километров от Обнинска, QTH-локатор KO85HA.
В свое время я интересовался геологической историей этого места. Приведу выдержку из литературы [5, 6] по геологическому строению Московской и Калужской областей:

То есть здесь в конце протерозоя была окраина моря, однако неясно, было ли это место покрыто водой или это была суша. Судя по отсутствию отложений этого периода, здесь скорее была суша, подвергавшаяся размытию и выветриванию. Затем, в раннем палеозое, начались тектонические движения, активизировались разломы, возникла Калужская кольцевая структура (вулканический кратер).




И все это время радиоволны, излученные могучим Лебедем А, преодолевали космическую бездну, чтобы наконец достигнуть моей самодельной антенны и приемника-стенда с жестяными УРЧ :) и быть записанными в виде небольшого горбика на графике электронного самописца! Интересно слушать космический шум, подключив наушники к УНЧ приемника. Конечно, в основном слышен шум первых каскадов МШУ и фоновые окружающие шумы. Но есть ведь и доля тех самых древних шумов, реализаций шумового процесса, что, возникнув в далекой радиогалактике, неизменными путешествовали через бездну пространства и времени!

Знакомясь с практической радиоастрономией, вначале испытываешь непонимание - а что же собственно я вижу на записях? Когда не знаешь, каков должен быть результат, можно в упор смотреть на него и не понимать этого. Делая записи практически каждый день, постепенно я начал понимать как нужно правильно выполнять наблюдения, что означают те или иные особенности поведения шумовой дорожки на графиках, глаз привык выделять характерные формы, соответствующие более слабым источникам и отделять их от проявления локальных помех.

Наилучшим временем для наблюдений оказались ночные и утренние часы при направлении антенны на Восток. При этом отмечается наименьший уровень местных шумов, радиоисточники один за другим внезапно появляются над горизонтом, что позволяет их легче различать на записях. Обычно, планируя наблюдения, ближе к полуночи я ориентирую антенну и устанавливаю элевацию, соответствующую моменту прохождения исследуемого источника через восточный меридиан. Чтобы узнать элевацию и время транзита источника, я использую Стеллариум. Установив антенну, запускаю запись TotalPower. Затем ближе к утру бывает нужно встать, чтобы сменить элевацию для записи следующего источника. Желательно, чтобы прохождение объекта было записано целиком - начать запись за некоторое время до вхождения источника в "зону видимости" антенны и продолжать пока он "с запасом" не выйдет из поля зрения.
Привожу ночную фотографию восточной стороны небосвода и местного горизонта. Холм закрывает видимость до угла места около 10 градусов.


Бывает полезно видеть карту неба, на которой отмечены радиоисточники:

Большинство из них, за исключением радиогалактики Дева А (Virgo A), лежат в плоскости Галактики.

Привожу наиболее интересные записи, где видны некоторые из этих источников. Сделаю также и некоторые коментарии.

Телец А (Крабовидная туманность).

Остаток от взрыва сверхновой в 1054 г н.э.
В центре туманности - пульсар, период импульсов 33.39 мс
Расстояние 6500 световых лет, поток 1860 Янских.


Помех вида "ступенька" почти нет, есть узкие пики выбросов - это включения радиолюбительских станций. Август, приближаются Персеиды.
Отметим не совсем гладкое начало огибающей Тельца А, нет ли здесь следов более слабого источника?
Интересно, что запись Солнца имеет какой-то изрезанный характер. Впоследствии я нашел этому объяснение.

Вот более длительная запись при разных углах элевации:

Тельцу А предшествует еще более слабый источник, предположительно это 3C123 (поток около 200 Ян). Затем видим Телец А запись которого в конце почему-то резко спадает в виде ровной ступеньки. Затем я вышел переставить элевацию антенны для записи восхода Солнца. Элевация всего 10 градусов, это практически местный горизонт, точнее вершина холма, закрывающего восточное направление, его видно на предыдущем фото. Солнце видно мощно, но опять запись изрезана, длительность этих вторичных лепестков можно оценить как 20-30 минут. Что-то это похоже на картину, которая должна наблюдаться если бы прием велся на две антенны в режиме интерферометра - основной лепесток должен быть заполнен более узкими лепестками и чем они уже, тем больше разнесение антенн - база интерферометра. Похоже, я принимаю два "луча" - один непосредственно от Солнца, второй, несколько ослабленный, отраженный от земли или скорее дефрагировавший на кромке холма. В книге [4] я нашел такие иллюстрации:




Кроме изрезанности, есть и более частая переменная компонента ("бородка") на каждом интерференционном лепестке. Она похожа на показанную на картинке из книги  "переменность ионосферного происхождения". Правда Солнце, в отличие от Лебедя А, источник не точечный. Могут ли быть здесь "радиомерцания"? Или его можно считать точечным при небольшой базе интерферометра?
Во всяком случае интересно наблюдать такие же эффекты, что и на упомянутом "Морском интерферометре" в 1948 году.

Днем позже эксперимент был повторен. Впоследствии я использовал программу Radio-Eyes, чтобы попытаться идентифицировать возможные следы более слабых источников, расположенных в окрестностях Тельца А.


У меня сложилось впечатление, что Телец А наблюдается на фоне шума от рукава Галактики. На графике отмечено предполагаемое наличие источника 3C157, но это уже на грани предположений, плавный подъем на 0,1 дБ. Солнце интерферирует очень характерно: ширина вторичных лепестков со временем уменьшается, так как Солнце поднимается выше и разница путей прямого и отраженного лучей увеличивается. За примерно два часа наблюдается 8 интерференционных лепестков. Средняя длительность лепестка получается 15 минут. Это, по формуле из статьи про самодельный радиотелескоп, дает "базу" интерферометра что-то около 30 метров. После Солнца можно заметить появление радиогалактики Дева А.

Дева А (Virgo A)
Это гигантская древняя эллиптическая галактика, не имеющая спиральных рукавов, расстояние оценивается в 60 миллионов световых лет. В ее центре сверхмассивная черная дыра, "выстреливающая" джет релятивистких частиц. Взаимодействуя с магнитным полем, эти частицы испускают мощное радиоизлучение ("излучение кривизны"). На фото джет виден в голубом свете. Поток на частоте 144 МГц равен 1500 Янских.

Наблюдения я проводил на закате, направив антенну на запад. В той стороне тоже есть холм, поросший лесом, несколько ниже восточного. В период наблюдений Дева А находилась довольно близко к Солнцу. Я надеялся сделать хорошую запись, когда Солнце уйдет за горизонт и перестанет "радиозасвечивать" Деву А.

С этой записью случился казус. Первоначально я не смог идентифицировать довольно заметный "горбик", расположенный рядом с Солнцем. Явно это какой-то источник, но для Девы А слишком рано. Боковой лепесток ДН антенны? Слишком большой, да и Солнце уже скрылось за горизонтом, так что оно не может влиять. Стеллариум показывает в это время прохождение через ДН Венеры, но Венера не является ярким радиоисточником. Что же это?
Обращает на себя внимание сидящая на огибающей характерная "борода". Высокие импульсы - это помехи от включения любительских "метеорных" станций. Я их отлично слышал в радиусе сто километров. А вот мелкая "бородка" это либо интерференция с отраженным от некоторой далекой точки лучом (западный холм от места установки антенны в самом деле находится в несколько раз дальше восточного), либо те самые "ионосферные влияния".
Одно время я думал, что это может быть 3C348 ГеркулесА, но сейчас, во время написания этой статьи, я повторно стал перепроверять наблюдения с помощью программы Radio-Eyes и не нашел совпадения ни с одним радиоисточником. Геркулес А должен быть значительно позже. Вопрос остается открытым...

PS: Небольшое расследование. А не задний ли это лепесток? Проверяю в Стеллариуме, что находится в это время в противоположном направлении (на Востоке)?

Овал в западной части неба - это условное изображение максимума диаграммы направленности антенны, элевация 15 градусов. Солнце уходит за горизонт, приближается Дева А. В это время на Востоке с элевацией 55 градусов находится Лебедь А. Может ли он приниматься задним лепестком ДН? Посмотрим, что дает расчет ДН при элевации 15 градусов над реальной землей.

Форма ДН, конечно, не очень хороша. Интересно, что хотя элевация 15 градусов, максимум ДН простирается в направлении 10 градусов! В направлении 125 градусов, где находится Лебедь А, скорее имеется минимум ДН...

Диаграмма направленности может искажаться расположенной рядом, в данном случае сзади, металлической крышей беседки. Это может привести к подъему задних лепестков. Так что, может быть, принимался Лебедь А, но не очень похоже... Слишком значителен максимум и слишком непродолжителен, всего полчаса. Непонятно...

 
Дождавшись, когда Дева А уйдет за горизонт, я увеличил масштаб записи.

Есть помеха вида "ступенька". Этого следовало ожидать, в западной стороне есть дома соседей и они тоже смотрят ТВ. От сигнала Девы А шумовая дорожка поднялась на  0,5...0,7 дБ, точнее определить трудно из-за включения/выключения локальных помех. Интересно, что помехи не уничтожают сигнал от источника, а как-бы смещают его в верх, оставляя сам характер хода шумовой дорожки неизменным.

Кассиопея А 
Это второй по яркости источник нашего "радионеба". Представляет собой остаток сверхновой, вспыхнувшей в 1667-1680 году. Дистанция 11 тысяч световых лет. Поток сейчас 7200 Янских, постепенно уменьшается. Пульсара в центре, насколько я знаю, нет. Значит после взрыва не образовалась нейтронная звезда, а осталось лишь кислородно-углеродное звездное ядро, нагретое до сотен тысяч градусов - белый карлик. В нем не идут термоядерные реакции. Его дальнейшая судьба, когда остатки оболочки рассеются, - в течение миллиардов лет медленно остывать.

В наших широтах кульминация Кассиопеи А происходит почти в зените:
Элевация = 90 - 58.5 +55.7 = 87,2 градуса в сторону Севера. Это означает, что длительность наблюдения транзита Кассиопеи А через ДН моей антенны составит почти четыре часа, то есть горб будет очень плавным. Это несколько затрудняет наблюдение. Первые записи получились непонятными -  то ли я вижу источник, то ли это просто рост и падение шума с изменением температуры воздуха. Слишком плавно, слишком долго источник находится в ДН антенны.
Более интересные результаты получились если наблюдать не в зените.

Здесь явно видно как меняется шумовая дорожка вместе с движением источника через ДН. Наблюдалось и ступенчатое выпадение фрагмента дорожки. Выключили и потом включили какой-то локальный источник шума.

Впоследствии, чтобы разрешить сомнения, была сделана длинная запись суточного хода шума при направленной в зенит антенне.


 Лебедь А (Cyg A) проходил по краю диаграммы направленности, поэтому хотя и отчетливо виден, но не очень силен. Хорошо видна выпуклость Кассиопеи А (Cas A). Локальные помехи - я косил

траву на участке . Самое интересное - это характерный "глобальный" синусоидальный ход шумовой дорожки, на эту синусоиду накладываются выпуклости от источников. Что же это за синусоида?
В начале записи фон велик, в это время ДН антенны захватывает край галактического диска, затем поворотом небесной сферы мы удаляемся все дальше от плоскости Галактики. Потом плавно приближаемся краем диаграммы к Лебедю А и начинаем "наезжать" на Галактическую плоскость, шум возрастает. Через пару часов Лебедь А больше не виден, зато появляется Кассиопея А, лежащая в галактической плоскости. Несколько часов луч антенны скользит вдоль Галактического рукава, пока вновь к утру не покидает его и картина повторяется.

Здесь на скриншоте антенна точно направлена на Кассиопею А. С ходом времени овал луча антенны скользит по карте влево. Ширина карты 24 часа.

А вот так это выглядело в реальности. Фотография сделана 30 августа 2024 в 23:51 Мск. Снимал на смартфон, выдержка 10 секунд, ISO=1600.

В зените Млечный путь. Правее рефлектора антенны выше траверсы можно найти туманное пятнышко с размытой сердцевиной - это галактика Туманность Андромеды. Ниже траверсы - двойное рассеянное звездное скопление Персея. Кассиопея скрыта за антенной в районе вибратора. Рядом с центром снимка, у конца распорки антенны, находится, если не ошибаюсь, "Гранатовая звезда Гершеля" (Мю Цефея) - пульсирующий красный сверхгигант.

В другой раз сделал еще фото, запечетлена полночь 7 сентября 2024 г.


Настройки камеры ISO=3200, выдержка 10 секунд. В правой части, если продолжить линию третьего директора антенны, Туманность Андромеды. У другого конца директора - скопление Персея.

Антенна направлена на Восток с элевацией 35 градусов. Это была последняя ночь моих наблюдений, хотелось записать побольше объектов, поэтому дважды за время записи менял элевацию.
 
Это шумовая дорожка как она есть, без сглаживания. Ниже со сглаживанием.

Основная цель была записать слабые источники 3C123 и 3C348 (Геркулес А). Моменты, когда они присутствуют в пределах ДН антенны, отмечены на записи (со знаками вопроса). Пожалуй, трудно сказать, что они видны. Утром было много помех от соседского электроинструмента. Солнце наблюдается не в полную силу, так как оно прошло по нижнему краю диаграммы направленности, значительно ниже ее центра. При элевации 35 градусов интерференционные лепестки не особенно заметны.

Анализируя записи и сравнивая их с движением источников по небосводу, в какой-то момент я заметил несоответствие моих наблюдений тому, что я вижу в Стеллариуме. То есть последовательность появления источников и временные промежутки между ними правильные, тут нет сомнения. А вот само время их регистрации на записи запаздывает относительно звездной карты. Осмысление пришло ко мне, к сожалению, ближе к концу периода наблюдений, 24 августа. Дело в следующем. Как я направлял антенну по азимуту? По компасу, у меня есть удобный жидкостной компас туриста. Выставляя на лимбе нужное направление, я прислоняю компас к мачте антенны (мачта плоская и плоскость параллельна направлению траверсы) и вращаю мачту до тех пор, пока стрелка компаса не укажет на Север. Казалось бы все правильно. Потом я понял, что стрелка указывает на магнитный Север, а не на географический. Оказалось, магнитное склонение в наших краях составляет 11 градусов.

Это значит, антенна все время смотрела на 11 градусов южнее и все события происходили на 44 минуты позже (если брать скорость вращения небесной сферы 15 градусов в час). А еще неприятно, что источники при наблюдении их на Востоке, при такой ориентации антенны проходили выше максимума ДН. Например, я ожидаю Телец А с элевацией 27 градусов, именно так он пересекает восточный меридиан. Но моя антенна фактически направлена по азимуту не на 90 градусов, а на 111, и в этом направлении Телец А пересекает меридиан уже с элевацией 35 градусов! Разница 8 градусов приводит к уменьшению полезного сигнала.
PS: проверил как выглядит при этом ДН антенны и обнаружил, что по счастливому стечению обстоятельств влияние земной поверхности вызывает раздваивание луча и истинный максимум смотрит как раз на 35 градусов при элевации антенны 27 градусов. Вдоль оси антенны даже образуется провал.

Счастливое совпадение! Значит мои наблюдения Тельца А не очень пострадали из-за ошибок наведения антенны.

Проверил наличие магнитного склонения, наблюдая визуально Полярную звезду. Так и есть, компас показывает не на звезду, а в сторону, восточнее. Теперь буду знать.  

Отмечалась большая радиолюбительская активность в эфире. Я тоже провел с помощью радиотелескопа, RTL-SDR и программ SDRSharp и WSJT-X (через вертуальный аудио кабель) наблюдения за метеорными радиосвязями. В основном антенна была направлена на Запад. Выяснилось, что я хорошо принимаю прямым лучом станции Москвы и Подмосковья, Калужской области, то есть в радиусе 100-150 км. Некоторые из этих станций шли с интерференционными замираниями переменной длительности, обычно начиная с единиц секунд в начале и до долей секунды в конце периода передачи. Оставлял прием включенным на несколько часов, затем смотрел статистику на сайте pskreporter:

Самый далекий принятый мною корреспондент: DG0NE, свыше полутора тысяч километров.

Метеорные отражения были довольно мощными, но короткими, секунда. Длинных отражений  я в тот момент не наблюдал, впрочем до максимума потока оставалось еще больше недели.

Довелось вечером 4 августа послушать Аврору! Это было пожалуй даже более интересно, чем метеорная связь, так как работа шла "вживую", телеграфом! Ощущалась, если можно так выразиться, атмосфера праздника. Сигналы мощные, шипящие, сильно размытые по частоте.
 
Антенну направил на Север. Станции Подмосковья также были слышны через Аврору, шипящие, без тона. В тональном режиме проходила лишь местная Обнинская станция RO3X, очень мощно, +60 дБ над шумами. Тут мне пришлось воспользоваться аттенюатором радиотелескопа. Принимались также станции SM, OH, UR. В общем очень интересный опыт. А под утро с Севера шел сплошной и довольно сильный шум, отражений не было слышно.

Что не получилось - это принять EME сигналы с Луны. Где-то прочитал фразу: "Луна - суровая хозяйка". Это справедливо, особенно при ручном наведении антенны, так как приходится каждые пять-десять минут выбегать и корректировать ее положение. Одновременно следишь за информацией в лунном кластере, пытаясь обнаружить чьи-нибудь сигналы. В общем ведешь себя лихорадочно.
Справедливости ради надо сказать, несколько декодов в JT65A у меня было. Одна подмосковная станция, конечно, прямым лучом, была прилично слышна. Пятого августа вечером, Луна над горизонтом на Западе. Декодировались RN3QO (принимался на слух) и UR3EE (совершенно не слышно). До последней станции расстояние около 800 км, на такой дальности я как-то раз наблюдал станции в FT8, так что это может быть "тропо" или "спорадик"? Правда, направление туда на Юг, поперек направленности моей антенны. Других далеких станций, чтобы не было сомнений что я слышу Луну, за все время наблюдений я не принял. Должно быть, чувствительности не хватило.

Еще я пытался принять сигналы пульсаров.
По наводке Владимира RU5C прочитал статьи [7, 8], откуда узнал, что прием сигналов от нескольких мощнейших пульсаров в любительских условиях возможен. Решил попробовать.
Первым кандитатом был, конечно, знаменитый пульсар Крабовидной туманности Телец А. Мне казалось, раз уж я неплохо принимаю шумовое излучение Тельца А, то и сигнал пульсара смогу принять при длительном накоплении. Несколько ночей было посвящено записи сигналов пульсара, для чего к выходу УНЧ радиотелескопа подключался небольшой ноутбук и с помощью SpectrumLab по расписанию записывался фрагмент длительностью три часа, соответствующий прохождению пульсара через ДН антенны. В это же время другой компьютер через RTL-SDR осуществлял обычную радиоастрономическую запись шумовой дорожки источника с помощью программы TotalPower.
Для накопления и поиска импульсов пульсара я написал программу PulsarRX. На имитационных записях, в которых искусственно созданный периодический импульсный сигнал был скрыт под шумами, выделение импульсов происходило успешно, с временем накопления 1-2 часа. А вот в реальных записях убедительного результата достичь не удалось, так чтобы видеть устойчивое присутствие накопленных импульсов во время прохождения источника. В записях присутствуют импульсные помехи, которые нужно подавлять, кроме того, периодически слышно, хотя и слабо, включение какой-то телеметрии, что тоже мешает наблюдениям. Вообще, присутствие любых периодических сигналов сразу же вызывает появление ложных максимумов на диаграмме накопителя импульсов. В общем, неудача. Потом я узнал, что пульсар в Крабе на самом деле весьма слаб и почти не доступен любительским наблюдениям.
Второй, уже гораздо более реальный кандидат - пульсар в созвездии Жирафа, PSR B0329+54, склонение 54,58 градуса, что дает элевацию источника почти 90 градусов, в зените. Это позволяет иметь время наблюдения 4 часа. Параметры пульсара: период 714.52 мс, ширина импульса 6.6 мс, поток 1.5 Янских. Как видим, поток от этого пульсара, одного из мощнейших, совсем невелик, в тысячу раз меньше потоков от наблюдавшихся нами ранее источников. Но, может быть, длительное накопление все же поможет нам? Провел два сеанса наблюдений. Привожу пример небольшого фрагмента записи от 01 сентября 2024 года, антенна направлена в зенит, пульсар прямо над нами.
фрагмент записи

Шумовая дорожка изобилует последовательностями игольчатых импульсов, они присутствует на всей четырехчасовой записи и, очевидно, не связаны с пульсаром. Это помехи. Однако их природу и что является их источником я не смог понять. В конце приведенного фрагмента слышно включение какой-то станции.

А вот для сравнения 

Обработка записи, с использованием подавителя импульсных помех, показывает наличие в ней накопленных импульсов, величина которых выходит за пределы "трех сигм", то есть это не случайные шумовые выбросы:

На скриншоте видна работа периодических накопителей, вверху - соответствующий периоду пульсара. Примерно в середине записи, то есть когда пульсар проходит прямо над нами, есть превышение пунктирного порога трех сигм и вершина импульса отмечена зеленым. К сожалению, импульс не долго находится на своем месте; такие максимумы "выскакивают" в случайных временнЫх позициях. Если бы это был сигнал пульсара, он должен был бы стоять неподвижно на одном месте, либо медленно дрейфовать вправо или влево (из-за неточности частоты дискретизации). Но такого не наблюдается.

Показана развертка по времени положений импульса (водопад в вертикальном направлении, чем сильнее сигнал, тем он темнее). Есть отдельные места, где, кажется, есть устойчивые темные трассы от накопленных импульсов, но, к сожалению, их много в разных местах. Наиболее подозрительная трасса обведена. Результат все же неубедительный.
Считаю, что сигналы пульсаров я не принял. Но это весьма интересное направление любительской радиоастрономии. Возможно, более правильным было бы записывать сигнал с помощью RTL-SDR до детектора, в широкой полосе. Это требует записи файла большого объема, десятки Гигабайт. Есть программы для обработки таких записей. Профессиональные программы поиска сигналов пульсаров TEMPO и PRESTO работают на Линуксе, что для меня представляет пока некоторое препятствие. Может быть смогу с этим разобраться в следующий сезон.

Записи Тельца А делались 5 раз. В трех из них присутствует странный сигнал, похожий на прибой. Послушайте его. Его длительность каждый раз была примерно одинаковая, около двух с половиной минут. Сигнал имеет плавную огибающую, будто его источник движется и пересекает диаграмму направленности антенны. В этом случае его угловая скорость равна 10 градусов в минуту, а значит это не может быть космический объект (один орбитальный виток занял бы всего 36 минут вместо обычных полутора часов).


Если развернуть сигнал по горизонтали, увидим интерференционные максимумы и минимумы ("шум прибоя"), их период 1.8 секунды:


Время появления сигнала на записях отличается.

25 августа он наблюдался в 03 часа 14 минут по Мск.
Напомню, это были записи Тельца А, антенна направлена на Восток с углом места 27 градусов.

Есть еще две записи пульсара  B0329+54 в зенитном направлении. В записи 31 августа сигнал обнаруживается в 03:55 Мск, а 01 сентября в 04:01 Мск.
Если все предыдущие записи содержат в себе лишь шум, похожий на прибой, то последняя запись содержит в себе вероятную разгадку источника сигнала.
Послушайте. Слышен голос, повторяющий некоторую фразу, и какие-то металлические удары, чем-то напоминающие как едет поезд. Кто-нибудь сумел понять, что говорится? Позывной, может быть?

Ясно, что это работает какой-то передатчик, может быть в режиме NBFM, а радиотелескоп детектирует его (на выходе амплитудный детектор). Передатчик, возможно, установлен на подвижном объекте, движущемся относительно меня с угловой скоростью 10 градусов в минуту, либо он имеет направленную антенну и поворачивает ее. Объект появляется каждый раз позже, чем в предыдущий день. Присутствует модуляция амплитуды с периодом 1.8 секунды, носящая либо интерференционный характер, либо, если объект вращается, поляризационный (моя антенна имеет линейную поляризацию). В последнем случае скорость вращения равна один оборот в 3.6 секунды. Вероятно есть какое-то простое объяснение.

А здесь кое-что можно "ухватить" телеграфом: есть повторения RDV RKR. Вероятно кто-то проводит QSO. Запись сделана 25 августа в 05:25 Мск.

Другой загадочный сигнал - замечен однажды 31 августа в 07:07 Мск, антенна направлена в зенит. Пачка нерегулярных импульсов, плавно нарастает и затем затихает, длительность полторы минуты.

 
Понятно, что все это имеет, скорее всего, отношение к радиолюбительской активности. Можно объяснить замирания. Но главный вопрос:

почему же все эти сигналы принимаются лишь небольшое время (от минуты до трех), с плавной огибающей, похожей на лепесток диаграммы направленности антенны? Ответа у меня нет...

PS: похоже, нашлось объяснение. Пишу эти строки спустя некоторое время после публикации заметок. Я неправильно предположил, что раз угловая скорость 10 градусов в минуту, то это не может быть космический объект. Эта угловая скорость не относительно центра Земли, а относительно точки на поверхности Земли!

У нас угол А равен 15 градусов, тогда угол B будет меньше примерно в h/(R+h) раз. Так же будут относиться и угловые скорости.
Предположим, что мы наблюдали пролет спутника. Высоты радиолюбительских орбит обычно лежат в интервале от 400 до 1000 км

1. Коган Л.Р. "Самодельный радиотелескоп", "Земля и Вселенная" №№ 1-2/1980
2. Поляков В.Т. "Радиолюбителям о технике прямого преобразования". - М.: Патриот, 1990. - 264 с.
3. Jean Mari Polard F5VLB "Amateur Radio Astronomy. How to start."
4. Томпсон А.Р., Моран Д.М., Свенсон Д.У. "Интерферометрия и синтез в радиоастрономии". - М.: Физматлит, 2003. - 624 с.
5. Петров В.Г. "Геологическое строение Калужской области", Калуга: ИД "Эйдос", 2003. - 440 с.
6. Белая Н.И., Дубинин Е.П., Ушаков С.А. "Геологическое строение Московского региона", М: Изд-во МГУ, 2001. -104 с.
7. Peter East "Small Aperture Pulsar Detection"
   
8. I0NAA, Mario A. Natali "Introduction to Pulsar detection for radio amateurs"
9. Рудницкий Г.М. Конспект лекций по крусу "Радиоастрономия". - Нижний Архыз: "Cygnus", 2001.-208 с.
10. Есепкина Н.А., Корольков Д.В., Парийский Ю.Н. "Радиотелескопы и радиометры", М: Наука, 1973.-416с.
11. Каплан С.А. "Элементарная радиоастрономия", М: Наука, 1966.-276 с.
12. Брауде С.Я., Конторович В.М. "Радиоволны рассказывают о Вселенной", М.: Физматлит, 2011. - 240с.
13. Конникова В.К., Лехт Е.Е., Силатьев Н.А. "Практическая радиоастрономия", М.: Издательство Московского университета, 2011.-304 с.