KA1GT -
23cm Radio Sky Temperature На нижних диапазонах EME, 6 м, 2 м и 70 см, эффективная температура неба может быть очень высокой, что приводит к высокому уровню шума неба, который, в свою очередь, затрудняет обнаружение и декодирование слабых сигналов. На 23 см большая часть этого фонового радиошума, но не весь, отсутствует.
Повсюду на небе есть шум. Это реликтовое излучение (CMB), или реликтовое излучение (Cosmic Microwave Background). Это смещенный в красную область радиошум, оставшийся от Большого взрыва, возникшего в результате зарождения нашей Вселенной, который, по-видимому, произошел около 14 миллиардов лет назад. Существует также фоновый шум, в основном от галактических источников, например, состоящий из шума от звезд, газовых облаков и других космических источников. Этот шум в основном ограничен областью неба, где мы видим Млечный Путь, как на карте неба ниже.
Шум неба можно измерить с помощью шумовой температуры. По сути, это эквивалентная температура резистора, который будет создавать ту же мощность шума, что и антенна. Самая низкая шумовая температура неба находится в районе 2,7 К (2,7 градуса выше абсолютного нуля). Антенна действует как источник шума, равный шумовой температуре объекта, на который она направлена. Таким образом, наведение идеальной антенны на небо с температурой 2,7 К приведет к шумовой температуре антенны 2,7 К. Идеальная антенна не будет иметь потерь и боковых лепестков, так что это, очевидно, теоретическая ситуация! Аналогично, антенна, направленная на землю в день с температурой 0°C (273 К), будет иметь шумовую температуру 273 К. Это разница примерно в 20 дБ. Таким образом, если бы у вас была идеальная система приёма без потерь и малошумящий усилитель с коэффициентом шума 0 дБ, вы бы увидели разницу в мощности шума примерно в 20 дБ между небом с температурой 2,7 К и землей с температурой 273 К. Даже с лучшей в мире антенной и лучшим в мире криогенным малошумящим усилителем вы не увидите таких высоких значений.
Какова же температура самой холодной области неба на частоте 1296 МГц?
Температура холодного неба около 1300 МГц складывается из нескольких компонентов.
Реликтовое излучение = около 2,7 К Галактический (возможно, с некоторой долей внегалактического) континуума. С помощью ряда методов он определяется примерно на уровне 1 К Атмосферный шум, вызванный молекулярно-атомным поглощением в атмосфере. Эта температура переменна и зависит от погоды и высоты над уровнем моря, но её можно оценить примерно на уровне 1,5 К.
Итак, мы наблюдаем температуру неба в самой холодной части северного неба, далеко от Млечного Пути, около 5,2 К. Она будет расти по мере приближения к Млечному Пути и наблюдения через плоскость галактического диска, особенно при наблюдении в направлении центра Галактики. Здесь температура неба будет зависеть от ширины диаграммы направленности антенны, поскольку «горячая» область неба довольно мала, поэтому чем больше ширина диаграммы направленности, тем ниже средняя температура. При ширине луча по уровню 3 дБ около 5 градусов (типичная для антенны класса 3 м на частоте 1296 МГц) максимальная средняя температура неба, вероятно, составляет порядка 25 К. При ширине луча в 1 градус небо в направлении центра галактики может выглядеть горячим до 100 К на частоте 1296 МГц и более 2500 К на частоте 432 МГц.
Похоже, что непрерывный галактический шум уменьшается в (f1/f2)^(-2,8) раз, где f1 — более высокая частота, а f2 — более низкая. Это позволяет предположить, что непрерывный галактический шум на частоте 1296 МГц составит всего около 4,5% от наблюдаемого на частоте 432 МГц. На частоте 1296 МГц небо относительно спокойно. Уровень шума приёмника системы определяется суммой шума от многих источников. Одна из них — температура антенны, которая представляет собой комбинацию шума неба, шума земли из-за любых перетоков и проникновений, а также шума, улавливаемого боковыми лепестками, которые касаются земли. Кроме того, есть шум МШУ и шум, создаваемый потерями в соединении между МШУ и антенной (обычно это изолирующее реле с соответствующими кабелями и разъемами). Все эти факторы можно выразить как шумовые температуры. На 23 см коэффициент шума МШУ может составлять 0,25 дБ, что можно выразить как шумовую температуру около 17 К. Потери между входом МШУ и антенной могут составлять 0,05 дБ, что соответствует примерно 3 К. Для типичной сетчатой антенны перетоки и проникновение могут вносить вклад в шум, составляющий от 15 К до 25 К. Таким образом, до добавления температуры шума неба мы, вероятно, уже имеем шумовую температуру около 40 К. Если принять самое холодное небо за 3 К, то шумовая температура системы составит около 43 К. Тогда эта система будет показывать примерно на 8 дБ больше. Шум при наведении антенны на землю (при 0°C) был выше, чем при наведении с неба.
При наблюдении за Луной с помощью антенны с шириной луча, значительно большей, чем у Луны (а это практически все антенны, используемые радиолюбителями на 23 см), антенна будет видеть в основном шум от неба. Хотя Луна также является источником шума, она обычно занимает лишь очень малую часть диаграммы направленности антенны. Даже с антенной диаметром 10 м на 23 см Луна будет занимать лишь около 10% ширины луча по уровню 3 дБ.
Ниже представлена карта температуры неба на частоте 1420 МГц, показывающая только реликтовое излучение и шум континуума (широкополосный шум), без учёта вклада водорода.
Облака (которые не видны на частоте 1296 МГц) и любые другие дискретные источники частот. Это должно быть довольно точной оценкой того, что могла бы увидеть станция EME на 23 см.
Приведённые выше данные из Astrophysical Journal. Белый диск представляет собой диаграмму направленности 5 градусов (~ 3 дБ диаграммы направленности 3-метровой антенны на 23 см).
Цифры обозначают температуру неба в градусах Кельвина. Самая «горячая» часть неба находится в галактической плоскости, которая оптически определяется Млечным Путём на ночном небе. Траектория Луны пересекает эту область. На более длинных волнах шум может быть очень высоким, но на 23 см он, как правило, довольно низок. На большей части неба он менее 10 К, а во многих областях может опускаться до 3–4 К. При этом на 23 см небо, как правило, очень спокойное. Лишь в некоторых областях, например, в созвездиях Лебедя (карта вверху справа) и Стрельца, температура достигает двузначных значений. Самая горячая область — это направление на центр Галактики. Луна пересекает область Стрельца каждый месяц. Это оказывает существенное влияние на работу на диапазонах 6 м, 2 м и 70 см, но не так сильно на 23 см. Фоновый шум на 23 см может увеличиться, возможно, на столько же, на 2 или 3 дБ для больших антенн, что повлияет на декодирование слабого сигнала. Для небольших антенн с большей шириной диаграммы направленности повышение температуры неба меньше, поскольку более горячие области не заполняют диаграмму направленности.
См. Ссылки
Вот несколько соответствующих документов. Следует отметить, что многие измерения в диапазоне L 1400 МГц направлены на поиск излучения H1 (водорода) на частоте 1420,4 МГц (±2 МГц из-за доплеровского сдвига) от облаков водорода, связанных с плоскостью Галактики (Млечный Путь, видимый с Земли). Эта область представляет интерес для радиоастрономов. Некоторые исследования учитывают этот шум, другие — нет. Шум неба на частоте 1296 МГц должен быть очень похож на шум в районе 1400 МГц, если исключить из измерений излучение водорода. * -
Peak sky temperature as a function of beamwidth - NARO * -
An Absolute Measurement of the Cosmic Microwave Background Radiation Temperature at 20 Centimeters * -
L-BASS: a project to produce an absolutely calibrated 1.4 GHz sky map I – Scientific rationale and system overview * - L-BASS: A project to produce an absolutely calibrated 1.4 GHz sky map. II - Technical Description of the System 
