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如何用锅形电视卫星天线自制射电望远镜?

【满炽的回答(113票)】:

先简单说下吧~ 有时间再补充更新。

======= 关于一些规章制度上的问题 =======

评论有人关心会不会被有关部门拆了,于是还是先说说这里的问题吧~

违法的事咱们是不干的!大家要玩本项目记得依法申请!否则后果自负啊!

1)关于买个电视锅的事:

国家在2013年的时候放开了国务院令第129号《卫星电视广播地面接收设施管理规定》对电视锅生产的限制,所以你买电视锅这事应该不会被说是购买违法物品的。说到这个国务院129号令,里面第九条规定“个人不得安装和使用卫星地面接收设施”,所以,你要私自买个电视锅回去看电视,还真是违法的。不过还好,咱不是看电视用的,理论上不受国务院129号令的限制。

2)依法建设台站

虽然不受国务院129号令限制,但对于我们这种情况,还是受到国家其他一些法律法规的约束。这种个人架设台站的情况属于业余无线电台,需要依照 中华人民共和国无线电管理条例 和 业余无线电台管理办法(工业和信息化部令第22号) 到当地无线电管理委员会那里提交申请。鉴于我们只是接收,估计不会有啥大问题。

========= 下面是正文 =============

首先明确下射电望远镜和雷达的区别。

射电望远镜只接收无线电信号;

雷达会主动发射无线电信号,也会接收无线电信号(一般好像都是收的发射信号的回波)。感谢 @兰斯塔古 提醒,雷达也有只接收的,就是所谓被动雷达。之前回答的时候我把“雷达”全默认为“主动雷达”了。原则上射电望远镜也算是被动雷达,只不过由于观测目标不同,设计参数也就不尽相同。

如果题主是要弄主动雷达的话,得弄个发射装置出来才行。然而发射信号这功能对接收来自宇宙的无线电波并没有什么帮助,于是我们还是不要吃力不讨好了。另外因为我不清楚被动雷达相比于射电望远镜会不会有啥其他要求,所以以下讨论不涉及被动雷达,仅仅是说射电望远镜。

====== 我们聊聊怎么改电视锅好了 =========

一、简单方案

香港梁振声博士在2012年的时候做过一个算是公众科普项目的小项目,直接利用电视锅的锅和接收器(馈源喇叭,高频头)外接一个数据记录器(data logger)来探测太阳射电辐射和银心射电辐射。

利用电视锅+放大器(看着是个电流表)组成的“射电望远镜”测量手机辐射。(图片来源:利用电视锅+放大器(看着是个电流表)组成的“射电望远镜”测量手机辐射。(图片来源:手提射電望遠鏡的制作暨射電輻射機制和觀測總結)

梁博士他们用到的data logger。(图片来源:梁博士他们用到的data logger。(图片来源:如何利用 Data logger 於手提射電望遠鏡?)

梁博士的这个方案恐怕是最好实现的,不管是在香港还是内地。电视锅这东西很好卖,数据记录器这东西,在某宝上搜索“RTL”或“USB软件无线电”什么的就能找到,相应的软件也可以使用软件无线电的软件代替。

不过电视锅的接收器对于天文观测来说并不好用。

卫星锅的接收器一般是接收C波段或Ku波段信号,并且只接收这两波段里面很窄(相对于正常天文观测来说很窄)的一个通道。一般来说,C波段接收的3.4-4.2GHz信号,Ku波段接收的10.75-12.75GHz信号,通过高频头混频降低到950-2150MHz。不管是C还是Ku,银河的射电辐射都比较弱,况且这两频段既然被用来作为卫星信号频段了,肯定不是受保护频率,会有比较多的人造干扰。Ku波段还有一个问题,因为其频率比较高,受水汽影响比较严重,本来电视锅就不太能收到天体的信号了,来朵云什么的就妥妥看不见信号了。所以,如果能力允许的话,建议可以把坑挖大点,自己做个接收器,也就是我准备说的进阶版方案。

二、进阶版方案(MIT Small Radio Telescope 方案)

麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT)搞了一个小型射电望远镜(Small Radio Telescope, SRT)项目。这个小玩意儿啊~ 亦可赛艇!

这项目最主要的是使用“简易”的方案制作一个1400-1440MHz接收机。该简易方案,一是选择了一个干净的、有意思的频率范围,二是在设计的时候尽量压低了接收机噪声温度(这样会提高望远镜探测灵敏度,也就是能测到更弱的信号。)

为啥说1400-1440MHz这个频率范围干净、有意思?

答:

天文上有一条重要的谱线,叫做中性氢21厘米谱线。顾名思义,这条谱线就是中性氢(氢原子)发射出来的波长为21厘米的谱线,对应的频率大概是1420MHz。这条谱线为啥重要呢?因为宇宙中的中性氢很多,通过观测这条谱线,我们可以得到银河系、河外星系,乃至整个宇宙(注意,一般来说,距离我们很远的那些中性氢由于红移的关系,其21里面谱线波长都变得大于21厘米了。)的很多信息。为了保证天文学家对这条谱线进行较好的观测,无线电管理委员会吧1420MHz附近一小段频率设置成了“禁止任何形式发射”的保护频率,也就是说理论上这一小段频率内不会有人为干扰。

在1400-1440MHz这个范围内,可以较好地观测银河系中性氢21厘米谱线。通过测量银河系不同区域的中性氢21厘米谱线的频率,可以测量出银河系的自转。想想还是挺好玩的呢~

说回到SRT这个方案,MIT放出了详细的制作说明,详见:mit.edu 的页面 或者这个网页 SRT Wiki Home

里面用到的材料,国内都可以买到,不过所用的放大器、滤波器估计得直接跟国内代理买,某宝是买不到的。SRT总的造价我记得自己之前估算过是在 3w RMB左右。嗯,真是个花自己钱把自己坑死的差事。。。

放一张SRT的照片~

SRT(图片来源:SRT(图片来源:可觀自然教育中心暨天文館)

MIT用单个SRT做了一些太阳射电和银河射电的观测,也用多个SRT做了干涉观测。所以题主要是有钱有精力有恒心有... 的话,大可以照着SRT的项目玩出很多花样出来。

====== 以下是废话时间 =============

业余射电天文是个大坑。得会电子电器的知识,得知道些射电天文学基础,得有良好的动手能力(毕竟你买不到现成的射电望远镜),关键还得有钱有时间。

嗯,祝题主玩的愉快~ 玩业余射电天文的极少,题主加油!

===== 看到这里的是好人,彩蛋,关于成像观测 ==========

谁说射电天文不能成像的?谁说成像一定得高分辨率才行的?

银河那么大,弄个银心附近射电图像没啥问题(前提是你望远镜灵敏度不能太差)。

上面说到的两个方案,都是只有一个接收机,也就相当于一个只有一个像素点的相机感光器。

像素点少不要紧,我们可以通过拼接来弄出一张图来。专业的射电天文观测很多也是通过扫描观测来拼成一张射电波段图像的。不过为了扫出一张好图像,题主得给电视锅加驱动装置才行。驱动装置这个坑比较小,电视锅不大,用商业化的光学望远镜跟踪装置就行了。

附上祖师 Grote Reber 自制的射电望远镜及银河射电图:

图片来源:图片来源:nrao.edu 的页面

图片来源:图片来源:Chandra :: Chronicles :: The Discovery of Cygnus A :: January 31, 2001

【六只正在飞的羊的回答(2票)】:

其实 电视的雪花屏 就包含宇宙电波辐射 大概是微波背景辐射吧 这个不太清楚

【六只正在飞的羊的回答(3票)】:

射电望远镜实际上就是个被动雷达,如果想要自制,就用卫星电视那个大锅加上接收器就可以,不过这东西定位精度不高,分辨角有几度就不错了,用计算机成像是别想了。现代射电望远镜都是用长基线干涉仪,甚至用地球公转轨道做基线,才可能获得超过光学望远镜的分辨率。

——————————————我是分割线———————————————————————

拓展阅读:记得点赞哦

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【马宇杰的回答(2票)】:

只收到过几个国外的卡通电视台,还有一次把它拆了,被我爹给训了一顿!他说没有我这儿子!后来就没有再叫过他。

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