Amatorska radioastronomia czyli jak zbudować radioteleskop

Radioastronomia, to stosunkowo młoda dziedzina nauki. Jej początki, to rok 1931, kiedy to inż. Karl Jansky (przez przypadek) zaobserwował i zarejestrował sygnał pozaziemskiego promieniowania radiowego (na częstotliwości 20.5 MHz) pochodzącego z centrum Drogi Mlecznej. Jego odkrycie początkowo zostało szeroko nagłośnione (New York Times; 05.05.1933), jednak nie znalazł wsparcia ani wśród astronomów, ani w Bell Labs gdzie badał zakłócenia w transatlantyckich systemach komunikacji radiowej.

Obecnie radioastronomia jest dziedziną nauki, która wyposażona w potężne anteny i superczułe systemy odbiorcze dokonała wielu fundamentalnych odkryć zmieniających i rozszerzających nasz pogląd Wszechświata i jego ewolucji.

Biorąc pod uwagę powyższe, można odnieść wrażenie, że jest to dziedzina nauki zarezerwowana tylko dla ośrodków wyposażonych w najwyższej klasy sprzęt pomiarowy, kosztujący setki tysięcy/miliony dolarów. Okazuje się, że biorąc pod uwagę pierwsze odkrycia Karla Jansky - blisko 100 lat temu - kiedy technika radiowa raczkowała i to, że obecnie nawet amatorzy mają dostęp do technologii o jakiej Odkrywca nawet nie mógł marzyć, możemy w warunkach domowych podjąć próbę budowy najprostszych instrumentów pozwalających na rejestrację i analizę pozaziemskich sygnałów radiowych. W tym miejscu wyraźnie zaznaczę, że mowa o sygnałach pochodzenia naturalnego, a nie tzw. "inteligencji pozaziemskiej".

To tyle wstępu... blisko 30 lat temu analizując, to co wyżej napisałem, postanowiłem wraz z kolegą Łukaszem zbudować swój pierwszy odbiornik radioastronomiczny. Pierwsze próby zakończyły się fiaskiem (należy pamiętać, że wtedy Internet dopiero raczkował i wymiana doświadczeń była bardzo mocno utrudniona, a biorąc pod uwagę dziedzinę jaką była radioastronomia - praktycznie niemożliwe było uzyskanie wsparcia). Jednak udało nam się skontaktować z profesorem z UMCS w Lublinie, który prowadził regularne obserwację Słońca przy pomocy prostego interferometru zbudowanego w oparciu o mikrowoltomierz selektywny i dwie anteny typu Yagi. Po wielu próbach udało się nam zbudować urządzenie rejestrujące promieniowanie kosmiczne, które wykonane było z... przerobionego odbiornika TV. Analizując wszystkie zdobyte wtedy informacje zorientowałem się, że to właśnie odbiornik telewizyjny, a dokładniej jego część analogowa odpowiedzialna za odbiór wizji, doskonale nadaje się do budowy amatorskiego radiointerferometru. Jako urządzenie rejestrujące początkowo próbowaliśmy wykorzystać lampowy samopis produkcji (byłego) ZSRR, który ostatecznie po stwierdzeniu jego uszkodzenia został zastąpiony zbudowanym przez nas 8-bitowym przetwornikiem A/C oraz komputerem PC. Przetwornik był połączony z komputerem poprzez (dwa!) porty LPT, a oprogramowanie napisane w Turbo Pascal-u (pracujące pod DOS) odpowiedzialne było za prezentację danych w postaci wykresu natężenia odbieranego sygnału w funkcji czasu. Takie też rozwiązanie zostało przedstawione na Ogólnopolskim Seminarium Astronomicznym w Grudziądzu oraz w finale Olimpiady Młodych Naukowców Unii Europejskiej. Projektem zainteresował się (niestety  już nieżyjący) prof. Janusz Gil  z Zielonogórskiego Centrum Astronomii. Wtedy to nasz radioteleskop został zaprezentowany w Telewizji Edukacyjnej w programie red. Wiktora Niedzickiego.

Głodni wiedzy, trafiliśmy do Katedry Radioastronomii UMK w Toruniu, gdzie udzielono nam wsparcia technicznego i naukowego oraz pozwolono nam skorzystać z profesjonalnego sprzętu naukowego, w tym przeprowadzić pierwsze obserwacje RT-3 (15 m radioteleskop). Wtedy też zaprezentowaliśmy (jeszcze jako licealiści) nasz odbiornik. Początkowo pracownicy Katedry odnosili się sceptycznie do naszego urządzenia. Było to zrozumiałe, ponieważ na co dzień obcowali z wysoce zaawansowanym sprzętem do obserwacji radioastronomicznych. Czasy się zmieniały i sam szef KRA w Piwnicach w programie Gwiazdy świecą nocą red. Kanciruka, przedstawił ideę budowy amatorskiego radioteleskopu opartego o odbiornik TV, publikując tam m.in. schematy blokowe naszego odbiornika zgłaszanego do olimpiad astronomicznych. W roku 2005, podczas praktyk studenckich, został zbudowany radiointerferometr do obserwacji Słońca... odbiornikiem był.... telewizor :-))) A dokładniej głowica TV, która po wstępnym wzmocnieniu odbieranego sygnału (przez wzmacniacze antenowe) odpowiadała za największe wzmocnienie sygnału, który następnie podlegał odpowiedniej obróbce komputerowej. Osobiście uważam to za sukces, ponieważ nasz pomysł został ostatecznie przyjęty, przez ludzi zawodowo zajmujących się radioastronomią i rozpropagowany wśród amatorów. Obecnie można spotkać wiele konstrukcji, które wykorzystują podobne rozwiązania: głowice TV, odbiorników satelitarnych, satelitarne konwertery LNB czy tak popularne dzisiaj odbiorniki SDR.

Obecnie, dużo łatwiej jest budować zaawansowane urządzenia elektroniczne, w związku z czym postanowiłem podzielić się doświadczeniami dotyczącymi budowy amatorskiego radioteleskopu, a w zasadzie dwóch: odbiornika typu Dick'e i odbiornika total power. Wiem, że istnieją publikacje rzetelnie przygotowane przez zawodowych radioastronomów (np. tu), jednak osoby rozpoczynające przygodę z radioastronomią prawdopodobnie nie porodzą sobie z budową przedstawionych tam urządzeń. W związku z tym postanowiłem przedstawić kolejne etapy budowy dwóch prostych  odbiorników do prowadzenia obserwacji radiowych. Do budowy i pomiarów użyłem taniego i popularnego sprzętu pomiarowego, który z powodzeniem w naszym przypadku zastąpi sprzęt profesjonalny. Wbrew obiegowej opinii, odbiorniki do amatorskich obserwacji radioastronomicznych nie muszą posiadać parametrów spełniających normy narzucone np. dla sprzętu radiokomunikacyjnego. Rozrzut odbieranych częstotliwości, pasma przenoszenia itd. nie są w tym przypadku krytyczne. Wręcz (np. dla radiointerferometru do obserwacji promieniowania radiowego Słońca)  należy bardziej sugerować się czystością widma, a odbiornik powinien mieć jak najszersze pasmo przenoszenia.

Zawartość tej strony będzie uzupełniana wraz z postępem budowy zaprezentowanych urządzeń, z czasem stając się mini przewodnikiem dla miłośników radioastronomii, chcących spróbować sił w stworzeniu własnego radioteleskopu.

Zapraszam do lektury i kontaktu, życząc sukcesów.