Сверхнизкочастотная астрономия (VLF astronomy)

[dims]

Насколько изучен космос со стороны сверхнизких частот радиодиапазона? Насколько я понимаю, сверхдлинные волны через ионосферу не проходят, поэтому, обнаружить излучение космических объектов в этом диапазоне с Земли невозможно? Существуют ли (существовали ли) какие-либо космически программы на эту тему?

[archetip-z]

Насколько я понимаю, сверхдлинные волны через ионосферу не проходят

Почему? Они даже через воду проходят, в отличии от радиочастот.

[dims]

Они даже через воду проходят

Так это ж скин-эффект.

[archetip-z]

Так это ж скин-эффект.

Скин эффект проявляется на высоких частотах, чем ниже частота, тем незначительней его действие. СДВ в прошлом веке активно использовались для связи с подводными лодками. С тех времён нам в наследство достались многокилометровые антенные поля.
Вопрос конечно интересный, что может фонить и скрипеть на частотах ниже 100 кгц. Да много чего. Разряды молний уж точно, а молнии в космосе - дело обычное, если есть атмосферная среда, даже разреженая, что у нас, что на Юпитере, что на Венере. Но принять их легче на высших гармониках, т. е. на радиочастотах, для этого не нужны чудовищные антенные поля. А высшие гармоники всё равно дадут представление о низших. Вот поэтому наверное и не выгодно мониторить космос на сверхнизких.

[dims]

Вот поэтому наверное и не выгодно мониторить космос на сверхнизких.

Вы хотите сказать, что какая-то из частот для астрономии заведомо бессмысленна?

[Скеп-тик]

Длинна пробега километровых волн не превышает размера Солнечной системы. Чем больше длинна волны, тем эффективнее радиоволны взаимодействуют с межзвездной/межпланетной плазмой.

[archetip-z]

Вы хотите сказать, что какая-то из частот для астрономии заведомо бессмысленна?

Нет конечно. На этих частотах могут быть интересные резонансы тяжёлых и сложных молекул, которых в космосе немного но всё же.
1. Просто, все громоздкие антенны находятся в ведомстве военных, значит надо у них просить милостыню, не всем учёным это нравится.
2. Полная невозможность создать хоть какую то диаграмму направленности. Сигнал идёт, а откуда идёт?
3. Ионосфера несколько экранирует проникновение СДВ из Космоса, на разных частотах по разному.
4. Главная беда - на этих частотах не фонит только ленивый, от электробритвы до шерсти кота. Даже линия ЛЭП-500 и та фонит на этих частотах со страшной силой на много километров. Что уж говорить о металлургическом заводе. Отстроиться от этих помех просто невозможно, они очень широкополосны.
Можно, конечно, увлечься СДВ астрономией, но тогда
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D0%B0%D1%84_%28%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D1%81%D1%82%D0%B0%D0%BD%D1%86%D0%B8%D1%8F%29
такую постройку надо сделать в Космосе и не ближе 500000 км. от Земли.

[библиограф]

 Немного про аппаратуру для связи на сверхнизких частотах - объект "Зевс",  500 кВт, антенны 60 км!
Даже из беглого обзора ясно, сколько удивительных возможностей для геофизики скрывают сверхнизкие
частоты!
www.rit.informost.ru/rit/3-2002/4.pdf
http://www.vlf.it/zevs/zevs.htm
http://www.radioscanner.ru/forum/topic15128.html
Ещё интересный феномен - резонансы Шумана. Стоячие электромагнитные волны между
поверхностью Земли и ионосферой, их предсказал ещё Никола Тесла.
http://www.qth.spb.ru/forum/viewtopic.php?f=47&t=6339
Сайт про мир сверхдлинных радиоволн:
http://www.vlf.it/

[GraY25]

ТС - срочно штудировать курс физики.
Плотность потока энергии пропорциональна ЧЕТВЁРТОЙ степени частоты.
Допустим, несущая частота пульсара (для детектирования которой требуются многометровые антенны) ~80Мгц.
Верхняя граница сверхдлинных волн - 30кГц, что в 2666 раз меньше.
Итого плотность энергии будет меньше в 2666^4 = в 50 517 352 293 136 раз.
Чем собираемся это ловить?

[FRIM@N]

Почему? Они даже через воду проходят, в отличии от радиочастот.

Через воду в какой то степени проходят.

Радиоволны длиной от 1000 до 10000 м называют длинными (частота 300—30 кГц), а радиоволны длиной свыше 10000 м — сверхдлинными (частота менее 30 кГц).

Длинные и особенно сверхдлинные волны мало поглощаются при прохождении в толще суши или моря. Так, волны длиной 20—30 км могут проникать в глубину моря на несколько десятков метров и, следовательно, могут использоваться для связи с погруженными подводными лодками, а также для подземной радиосвязи.

Ионосферой эти радиоволны отражаются, поэтому не могут в значительной степени уйти за пределы Земли в космическое пространство и  их распространение происходит подобно распространению в волноводе, стенками которого служат поверхность Земли и нижняя граница ионосферы.

[archetip-z]

По поводу СДВ "астрономии" я уже высказывался, а насчёт геофизики и моделирования ноосферы  - СДВ инструмент до сих пор незаменимый и малоприменяемый.

[dims]

Итого плотность энергии будет меньше в 2666^4 = в 50 517 352 293 136 раз.

Меньше, чем что? Сколько энергии вогнали в волну в точке излучения, столько она и будет нести в себе, распределяя по сфере, обратно пропорционально квадрату расстояния. Энергия сохраняется, просто так она пропасть она не может. От частоты зависит только "энергоёмкость" волны, то есть, имея единицу энергии, можно получить более сильные поля низкой частоты и более слабые -- высокой. Иными словами, испустить длинноволновое полё той же энергии ЛЕГЧЕ (что и доказывает история радио).

[Okub62]

История радио показывает, что высокочастотная аппаратура куда сложней в изготовлении, чем низкочастотная. И то, что на заре радиосвязи понятия не имели об отражении волн от ионосферы и пренебрегали, поэтому, КВ. Но это довольно быстро удалось "вылечить".

[archetip-z]

то есть, имея единицу энергии, можно получить более сильные поля низкой частоты и более слабые -- высокой.

Это как? Подумайте, что вы несёте?
У меня длина волны километр. Мощность передатчика 1 вт. Антенна - полуволновой вибратор, всю энергию должна отдать в пространство. Это называется согласованная антенна. Её длина 500 метров.
У меня длина волны - 10 см. Антенна тоже полуволновой вибратор 5 см. Идеально согласована. Мощность тоже 1 вт.
ТАК У КАКОЙ АНТЕННЫ НАПРЯЖЁННОСТЬ ПОЛЯ БУДЕТ БОЛЬШЕ?
Думайте, прежде чем писать, или советуйтесь с кем нибудь.

[GraY25]

Меньше, чем что?

Хорошо, я попытаюсь объяснить с другой стороны.
Допустим, излучение этого пульсара современный приёмник может отловить с помощью антенны диаметром 10 метров.
Так вот, чтобы поймать _этим же приёмником излучение СНЧ-диапазона, площадь антенны должна быть больше в те самые 50 517 352 293 136 раз.
Или приёмник должен стать чувствительнее в 50 517 352 293 136 раз.
Или наш гипотетический источник СНЧ волн должен стать мощнее пульсара в 50 517 352 293 136 раз.
Выбирайте.

[Змей Петров]

GraY25, мне тоже непонятно.
Дело не в самой частоте. Вот представим себе источник который излучает поток энергии одинаковой плотности в сантиметровом и километровом диапазонах.
Дальше предположим, что для его обнаружения в сантиметровом требуется ФАР 10*10км. Тогда и для его обнаружения в километровом диапазоне достаточно будет ФАР примерно такого же размера(но с меньшим количеством элементов). Просто потому, что падающий на данные антенны поток энергии примерно одинаков.
Другое дело, что антенна порядка 10м на СДВ будет очень-очень неэффективна.
По моему так.

[Okub62]

Если грубо, представим антенну в виде водопроводного крана, а плотность энергии - в виде напора. Если напор слабый, вода еле капает, даже если запас её огромен. А если хороший, ведро набираем за пару минут. 

[archetip-z]

А ещё правильнее ввести понятия - активная и реактивная мощности. Без этого сложно рассказать как происходит процесс передачи энергии от анода лампы (коллектора транзистора) передатчика в пространство.
 Итак - передатчик - источник волновой энергии, он соединён с антенной кабелем (фидером).
Антенна - устройство, которое осуществляет передачу энергии в пространство - имеет внешнее и внутренне волновое сопротивление. Пространство тоже имеет условное волновое сопротивление - чуть более 300 ом.
Да, не забываем, строго на рабочей частоте нашей волны, другие случаи не рассматриваем.
Что будет, если внешнее волновое сопротивление антенны не равно волновому сопротивлению пространства? Мощность из неё просто не выйдет, она вернётся обратно в фидер. Такую мощность называют реактивной, дальше по фидеру она вернётся обратно в передатчик и будет его банально нагревать. Это, конечно, если волновое сопротивление фидера точно равно выходному сопротивлению передатчика. Короче, все волновые сопротивления внутри антенного тракта должны быть взаимно равны. А выходное сопротивление антенны сопротивлению пространства. Тогда вся мощность из передатчика уйдёт на электромагнитное "раскачивание" пространства, а не на тепло.
 Случай, когда мы 10 см. антенной пытаемся передать 10 км. волну как раз и называется несогласованной антенной. У такой антенны внешнее сопротивление волновое на много отличается от сопротивления пространства, конечно кое что из неё выйдет, но ровно столько, насколько отличаются эти сопротивления - остальная мощность уйдёт обратно в передатчик.
 У антенщиков, в качестве эталона принят полуволновой вибратор. Это самая простейшая антенна, которую уже можно согласовать с пространством. Конечно, существуют более сложные антенны, но у нас не об этом речь.
 Уже само название этой простейшей антенны говорит нам, что для длины волны 10 км. нужен вибратор длиной 5 км. Для других длин волн аналогично. У любых других типов антенн - аналогично, пропорции излучателя - строго полдлины волны. Всё остальное пока не рассматриваем.
 Ну, понятно объяснил?

[FRIM@N]

Дело не в самой частоте.

Дело именно в частоте и соответственно длине волны. Чем короче волна тем выше импульс. Тут приводили уже пример, представьте волну в 100000см  в которую вкачали 1Вт, и 10см с той же мощностью. Импульс будет больше у более короткой волны.
В принципе вся нужная информация при желании ищется в интернете за 5 минут.

[Змей Петров]

А ещё правильнее ввести понятия - активная и реактивная мощности.

При идеально согласованных генераторе, фидере, антенне - вся энергия пойдет на излучение.
В случае приема не так просто, но принцип тот же.

Пространство тоже имеет условное волновое сопротивление - чуть более 300 ом.
Да, не забываем, строго на рабочей частоте нашей волны, другие случаи не рассматриваем.

Вот тут интересно - а какая рабочая частота для волнового сопротивления пространства? 30кГц или 30ГГц?

У антенщиков, в качестве эталона принят полуволновой вибратор. Это самая простейшая антенна, которую уже можно согласовать с пространством.

Ну почему? Четвертьволновой вибратор(он же штырь) вполне себе работает, хоть несколько похуже полуволнового, но вполне себе излучает в пространство.

Конечно, существуют более сложные антенны, но у нас не об этом речь. Уже само название этой простейшей антенны говорит нам, что для длины волны 10 км. нужен вибратор длиной 5 км. Для других длин волн аналогично. У любых других типов антенн - аналогично, пропорции излучателя - строго полдлины волны. Всё остальное пока не рассматриваем. Ну, понятно объяснил?

Если вас смущает размер антенны 10км, то можно взять 100. При чем здесь "согласование с пространством" я так и не понял.