業餘愛好者能否接收到脈衝星的射電信號?

托FAST的福,脈衝星的話題熱起來了。FAST的大鍋天線由業界金字招牌中電五十四所匠心打造,反射面位置可控,構成300米的超大天線口徑,大約57dBi的誇張增益。高頻頭據說進口自澳洲?性能肯定不在話下,整個一超級收音機。要動用這種頂配神器,尋找接收脈衝星射電信號究竟有多難?

業餘條件下,為了收到脈衝星的信號,問題分解為以下幾個部分:

1、自然科學/天文學部分:
最強的脈衝星是哪一顆?它在天空中哪個位置?
它的射電輻射到達地面時功率密度是多少?(400MHz波長太大,相同增益天線尺寸大;6GHz以上低噪放成本迅速上升;故主要1~2GHz中世界電聯ITU劃分的頻率波段)

2、信號處理:
現有的信號處理方法,為了獲得有意義的結果,如測量出此脈衝星的周期,或者更進一步,分析色散,至少需要多高的接收機輸出信噪比?

3、天線和接收機性能分析
已知本底雜訊水平,為了達到第2部分要求的信噪比,需要至少多少的天線增益和低噪放雜訊係數?天線增益換算成拋物面天線口徑是多少。

4、成本估算。估計兩個資金消耗巨頭:天線和低噪放的價格,就知道業餘愛好者/業餘團體能不能這樣玩了。

其中第三和第四步驟我會算,求助前兩部分的答案。


1、北天最亮的射電脈衝星是B0329+54,其部分參數如下:

---------------------------------------------------------------------
#NAME RAJ DECJ P0 DM W50 S1400
(hms) (dms) (s) (cm^-3 pc) (ms) (mJy)
---------------------------------------------------------------------
B0329+54 03:32:59.368 +54:34:43.57 0.714519699726 26.7641 6.6 203
---------------------------------------------------------------------

數據來源:The ATNF Pulsar Database
其中RAJ,DECJ為J2000曆元下的赤經赤緯坐標值;P0為周期;DM為色散值;W50為脈衝半功率全寬;S1400為脈衝星在1400MHz頻率處的平均流量密度(將脈衝能量平均到整個脈衝周期中)。

2、你第2點問的,其實是脈衝星搜尋的知識點了。
對數據進行處理,以搜尋脈衝星信號的時候,一般先做DM嘗試,即使用多個不同DM值對數據進行消色散處理,然後頻率疊加,分別得到對應DM下的時間序列數據。接著對每個時間序列數據進行傅立葉變換,以尋找其中的周期信號。為了提高搜尋信噪比,一般會疊加倍頻信號來提高探測能力。
所以,當你找到一顆脈衝星的時候,DM 和 P0 都會得到,沒有「進一步得到色散量」的說法。

你問的能不能測到脈衝星信號,這個可以通過計算你天線靈敏度來估算。
你能探測到的最小流量密度值可以用一下公式估算:
Smin = a/(Np*f*t)^0.5*(W/(P-W))^0.5*Tsys/G (Andrew Lyne Francis Graham-Smith, Pulsar Astronomy, 2012)
其中a為探測閥值(S/N),Np為極化信號數量(1或2),f為觀測帶寬,t為積分時間,W為脈衝寬度,P為脈衝周期,Tsys為望遠鏡系統雜訊溫度,G為望遠鏡增益(單位:Jy/K)

剩下的你自己算算吧~
Good luck :)


推薦閱讀:

如何看待 Andre Maeder 在 ApJ 上發表的論文稱暗物質和暗能量在宇宙模型中並非必要?
有哪些基本的天文學常識是非專業人士需要了解的?
為什麼太陽直射北回歸線的時候不是最熱的?
假設地球是某個氣體行星的衛星,人類的世界觀會怎樣?

TAG:天文學 | 無線電 | 射電天文學 |