home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Space & Astronomy / Space and Astronomy (October 1993).iso / mac / TEXT_ZIP / spacedig / V11_0 / V11_017.ZIP / V11_017
Internet Message Format  |  1991-07-08  |  46KB

  1. Return-path: <ota+space.mail-errors@andrew.cmu.edu>
  2. X-Andrew-Authenticated-as: 7997;andrew.cmu.edu;Ted Anderson
  3. Received: from beak.andrew.cmu.edu via trymail for +dist+/afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/space/space.dl@andrew.cmu.edu (->+dist+/afs/andrew.cmu.edu/usr11/tm2b/space/space.dl) (->ota+space.digests)
  4.           ID </afs/andrew.cmu.edu/usr1/ota/Mailbox/QZoF8e200VcJMBtE4t>;
  5.           Thu,  8 Feb 90 01:31:06 -0500 (EST)
  6. Message-ID: <AZoF8Dy00VcJEBrU4n@andrew.cmu.edu>
  7. Reply-To: space+@Andrew.CMU.EDU
  8. From: space-request+@Andrew.CMU.EDU
  9. To: space+@Andrew.CMU.EDU
  10. Date: Thu,  8 Feb 90 01:30:40 -0500 (EST)
  11. Subject: SPACE Digest V11 #17
  12.  
  13. SPACE Digest                                      Volume 11 : Issue 17
  14.  
  15. Today's Topics:
  16.        Electronic Journal of the ASA, Vol. I, No. VII.
  17. ----------------------------------------------------------------------
  18.  
  19. Date: 7 Feb 90 17:44:36 GMT
  20. From: mailrus!uflorida!mephisto!eedsp!chara!don@tut.cis.ohio-state.edu  (Donald J. Barry)
  21. Subject: Electronic Journal of the ASA, Vol. I, No. VII.
  22.  
  23.  
  24.                         THE ELECTRONIC JOURNAL OF 
  25.                 THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE ATLANTIC
  26.  
  27.                     Volume 1, Number 7 - February 1990
  28.          
  29.                        ###########################        
  30.     
  31.                             TABLE OF CONTENTS
  32.  
  33.                        ###########################
  34.  
  35.          * ASA Membership Information
  36.  
  37.          * Radio Astronomy: A Historical Perspective - David J. Babulski
  38.  
  39.          * Getting Started in Amateur Radio Astronomy - Jeffrey M. Lichtman
  40.  
  41.                        ###########################
  42.  
  43.                        ASA MEMBERSHIP INFORMATION
  44.  
  45.         The Electronic Journal of the Astronomical Society of the 
  46.     Atlantic (EJASA) is published monthly by the Astronomical Society 
  47.     of the Atlantic, Inc.  The ASA is a non-profit organization dedicated 
  48.     to the advancement of amateur and professional astronomy and space
  49.     exploration, and to the social and educational needs of its members. 
  50.  
  51.          Membership application is open to all with an interest in 
  52.     astronomy and space exploration.  Members receive the ASA Journal 
  53.     (hardcopy sent through U.S. Mail), the Astronomical League's REFLECTOR 
  54.     magazine, and may additionally purchase discount subscriptions to 
  55.     SKY & TELESCOPE, ASTRONOMY, DEEP SKY, and TELESCOPE MAKING magazines.  
  56.  
  57.          For information on membership, contact the Society at:
  58.  
  59.           Astronomical Society of the Atlantic (ASA)
  60.           c/o Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA)
  61.           Georgia State University (GSU)
  62.           Atlanta, Georgia 30303  
  63.           U.S.A.
  64.  
  65.          or use the ASA network address at:
  66.  
  67.           asa%chara@gatech.edu   -or-   asa@chara.uucp
  68.  
  69.          or telephone the Society recording at (404) 264-0451
  70.     
  71.          ASA Officers and Council -            
  72.  
  73.          President - Don Barry
  74.          Vice President - Bill Bagnuolo
  75.          Secretary - Ken Poshedly
  76.          Treasurer - Alan Fleming
  77.          Board of Advisors - Bill Hartkopf, Edward Albin, Jim Bitsko
  78.  
  79.          EJASA Editor - Larry Klaes
  80.          Observatory Co-Chairs - Michael Wiggs, Max Mirot
  81.          Observing Coordinator - Eric Greene
  82.          Georgia Star Party Chairman - Patti Provost
  83.          Advertising Committee - Paul Pirillo
  84.          Community Coordinator - Becky Long
  85.          Regional Planetary Society Coordinator - Jim Bitsko
  86.          Society Librarians - Julian Crusselle, Toni Douglas
  87.  
  88.          Telephone the Society Info Line at (404) 264-0451 for the
  89.     latest ASA News and Events.
  90.  
  91.          ARTICLE SUBMISSIONS - 
  92.  
  93.          Article submissions on astronomy and space exploration to 
  94.     the EJASA are most welcome.  Please send your on-line articles to 
  95.     Larry Klaes, EJASA Editor, at the following net addresses:  
  96.     klaes@wrksys.dec.com, or ...!decwrl!wrksys.dec.com!klaes,
  97.     or klaes%wrksys.dec@decwrl.dec.com, or klaes@wrksys.enet.dec.com,
  98.     or klaes%wrksys.enet.dec.com@uunet.uu.net
  99.  
  100.          If you cannot send your articles to Larry, please submit them
  101.     to Don Barry, ASA President, at the following net addresses:
  102.     don%chara@gatech.edu, or chara!don@gatech.edu, or don@chara.UUCP 
  103.  
  104.          You may also use the above net addresses for EJASA backissue
  105.     requests and ASA membership information. 
  106.  
  107.          Please be certain to include either a network or regular mail 
  108.     address where you can be reached, a telephone number, and a brief 
  109.     biographical sketch.
  110.      
  111.          DISCLAIMER - 
  112.  
  113.          Submissions are welcome for consideration.  Articles submitted,
  114.     unless otherwise stated, become the property of the Astronomical
  115.     Society of the Atlantic, and although they will not be used for profit, 
  116.     are subject to editing, abridgment, and other changes.  Copying or 
  117.     reprinting of the EJASA, in part or in whole, is encouraged, provided 
  118.     clear attribution is made to the Astronomical Society of the Atlantic, 
  119.     the Electronic Journal, and the author(s).  This Journal is Copyright 
  120.     (c) 1990 by the Astronomical Society of the Atlantic. 
  121.      
  122.  
  123.                 RADIO ASTRONOMY: A HISTORICAL PERSPECTIVE
  124.  
  125.                           by David J. Babulski
  126.  
  127.         Reprinted with author's permission from HANDBOOK OF RADIO 
  128.     ELECTRONICS.
  129.  
  130.         When you step outside on a clear night and look up at the 
  131.     darkened sky, you see a myriad of stars punctuating the otherwise 
  132.     velvety blackness of the night sky.  However, what you are really 
  133.     seeing in the night sky is energy, emitted from the outer atmospheres 
  134.     of the stars, centered in a narrow band called the "visible" portion 
  135.     of the electromagnetic spectrum.  Human eyes can only respond to 
  136.     this narrow visible band and are blind to energy produced in the 
  137.     remainder of the electromagnetic spectrum. 
  138.  
  139.         For hundreds of years, astronomers have concentrated their
  140.     observations in the visible portion of the electromagnetic spectrum.
  141.     Windows into the Universe, other than the visible window, were
  142.     suspected by astronomers and scientists as early as the Nineteenth
  143.     Century, but remained unobserved until an accidental discovery in
  144.     1932.  During the 1920s and 1930s, transoceanic communications
  145.     was handled largely by powerful shortwave radio transmitters.
  146.     Engineers working for the large communications companies noticed 
  147.     that, at certain times of the year, excessive amounts of static-like
  148.     interference was encountered on the shortwave communication links. 
  149.     One of these large communications companies, Bell Telephone
  150.     Laboratories, assigned a radio engineer named Karl Jansky to
  151.     investigate the source of this periodic radio interference.  Jansky
  152.     put together a large steerable radio antenna tuned to a wavelength
  153.     of 14.6 meters (48 feet). 
  154.  
  155.         Jansky discovered that thunderstorms, both local and at large
  156.     distances, contributed to the interference, but he also noticed a
  157.     steady radiation level that was not caused by his receiver and that
  158.     varied with both direction and time.  Although he knew nothing of
  159.     astronomy when he started, Jansky was able to eliminate the Sun as the
  160.     source of the mysterious radiation.  After having collected several
  161.     months' worth of data, he concluded that the time difference in the
  162.     reception of maximum intensity of the radiation (this was about four
  163.     minutes per day) meant that the radiation had its origin outside the
  164.     solar system.  The radiation was strongest in the direction of the
  165.     constellation Sagittarius.  The center of our Milky Way Galaxy is
  166.     located in the direction of Sagittarius, and Jansky correctly
  167.     concluded that the radiation was coming from the Milky Way Galaxy
  168.     itself.  He also noted that the characteristics of the noise were
  169.     similar to those created when electric current flows through a
  170.     resistor. 
  171.  
  172.         Based on these observations, Jansky suggested that the source
  173.     of the galactic radiation were very hot charged particles in the
  174.     interstellar medium.  Countless radio astronomical observations
  175.     conducted since then have demonstrated that Jansky was correct.  
  176.     As important as Jansky's discovery was, it was not the first radio
  177.     astronomy observation. 
  178.  
  179.         To find these first radio astronomical observations, we must go
  180.     back to the year 1887, when Heinrich Hertz produced and measured James
  181.     C. Maxwell's electromagnetic waves.  In fact, it was Thomas Edison
  182.     who, in 1890, proposed an experiment involving a radio telescope
  183.     weighing in the megaton range!  Edison reasoned that since the Sun was
  184.     seen to produce disturbances in visual light, these disturbances might
  185.     also radiate at radio wavelengths.  He planned to place a loop of
  186.     telephone wires around a huge field of iron ore in New Jersey!  The
  187.     iron ore was magnetite, a mineral that becomes magnetized by induction 
  188.     of electric currents.  Edison thought that electromagnetic disturbances
  189.     from the Sun would magnetize the iron ore.  This in turn would cause
  190.     an induced electric current in the wire coil, which could then be
  191.     recorded or listened to. 
  192.  
  193.         There is no record of the experiment having taken place, which
  194.     is not surprising, as solar radiation would not have been detected.
  195.     Edison's rather large detector would not have been sufficiently
  196.     sensitive, plus the fact that radiation of wavelengths long enough
  197.     to be picked up by this equipment would not have penetrated Earth's
  198.     ionosphere.  Several other scientists also looked for radio radiation
  199.     from the Sun from 1887 to the early 1900s, but without success. 
  200.     Jansky's successful experiment in 1932 provided the spark that was 
  201.     to eventually ignite the science of radio astronomy. 
  202.  
  203.         Little was done in the field of radio astronomy until 1937, when
  204.     an electrical engineer and radio amateur by the name of Grote Reber
  205.     became interested in Jansky's research.  Reber reasoned that Planck's
  206.     Law predicts that for radio waves at any probable temperatures, the
  207.     intensity per unit bandwidth is proportional to the square of the
  208.     frequency.  In addition, he knew that the higher the frequency, the
  209.     better the resolution.  Therefore, a very high frequency (or short
  210.     wavelength) was required.  Using his own money and the occasional 
  211.     help from the village blacksmith, Reber assembled a nine-meter 
  212.     (thirty-foot) parabolic antenna in his backyard in Wheaton, Illinois.  
  213.     Initially, the antenna was designed for operation at a wavelength 
  214.     of nine centimeters (four inches).  After several fruitless months 
  215.     of observations, Reber concluded that Planck's black body law was 
  216.     not valid for celestial radiation. 
  217.  
  218.         Reber moved up to a wavelength of 33 centimeters (thirteen
  219.     inches).  It is interesting to note that this is a wavelength forty
  220.     times smaller than that used by Jansky and a sensitivity several
  221.     hundred times greater.  Again, there was no success after several
  222.     frustrating months of observations.  Reber concluded that "perhaps
  223.     the relationship between intensity and frequency was opposite from
  224.     Planck's Law."  Not being one to give up, Reber moved up again to a
  225.     wavelength of 187 centimeters (75 inches).  This particular wavelength
  226.     was selected because a circular waveguide could be constructed from a
  227.     standard length of aluminum tubing!  At this wavelength, Reber was
  228.     finally successful.  Over a period of years and many painstaking
  229.     observations, Reber was able to construct a radio map of the Milky 
  230.     Way Galaxy at a wavelength of 187 centimeters (75 inches).  This 
  231.     translates to a frequency of about 150 MegaHertz (MHz).  In addition, 
  232.     Reber was also the first scientist to detect radio emission from the 
  233.     Sun. 
  234.  
  235.         Until after the conclusion of World War Two in 1945, Reber
  236.     remained one of the only active radio astronomers.  RADAR (RAdio
  237.     Detecting And Ranging) technology was born as a result of this war. 
  238.     It was also partially responsible for increasing the activity in this
  239.     new subdiscipline of astronomy.  During the war years, J. S. Hey in
  240.     England, working with meter wavelength radar, and Southworth in the
  241.     United States, working at a wavelength of three to ten centimeters
  242.     (one to four inches), discovered that the Sun was a powerful and
  243.     highly variable radio source.  On one particular day in 1942, all
  244.     British radar systems suddenly found themselves severely jammed. 
  245.     The jamming was so complete that some people feared a major attack 
  246.     by the Axis forces.  However, the "enemy" turned out to be the Sun! 
  247.  
  248.         After the war, the field of radio astronomy expanded rapidly.  The
  249.     wartime radio and radar engineers found themselves with laboratories
  250.     full of equipment with no prospective enemy in sight.  Many of these
  251.     scientists and engineers turned their attention to the new science of
  252.     radio astronomy.  In 1946, the University of Manchester in England
  253.     built a 65-meter (218-foot) parabolic dish-type radio telescope. 
  254.     Later, the now well-known fully steerable 75-meter (250-foot) radio
  255.     telescope at Jodrell Bank in England was built.  A great number of
  256.     discoveries were made during the postwar period between 1945 and 1951.
  257.  
  258.         One scientist in particular deserves special mention during this
  259.     period.  He is J. S. Hey, a British wartime radar researcher.  Hey
  260.     discovered and described the radiation emitted from the Sun.  He also
  261.     discovered that meteor trails produce radar echoes and detected new
  262.     streams of meteors in the process; and he was the first to detect a
  263.     small source of radio emission from the extragalactic source named
  264.     Cygnus A.  In addition to Hey, J. W. Phillips and S. J. Parsons in 
  265.     England began in 1946 a detailed survey of the radio sky at a 
  266.     frequency of 250 MHz.  In Australia, the Commonwealth Scientific
  267.     and Industrial Research Organization (CSIRO) switched to peacetime
  268.     research in this field. 
  269.  
  270.         In 1945, J. L. Pawsey and his co-workers started to study the Sun
  271.     at radio wavelengths.  For this research they used a unique instrument
  272.     called a Cliff Interferometer.  An old wartime radar antenna was
  273.     mounted on a cliff overlooking the sea.  This arrangement created a
  274.     Lloyd's Mirror interferometer, which received both the direct rays
  275.     from a rising or setting object, and the rays reflected by the sea
  276.     which traveled a longer path.  This interferometer provided high
  277.     angular resolution, and in 1946, Pawsey was able to locate some strong
  278.     radio disturbances over a huge sunspot.  About this same time in
  279.     Australia, John C. Bolton and Gordon Stanely, after reading about
  280.     Hey's discovery of a radio source (Cygnus A), put their own Cliff
  281.     Interferometer to work.  They found that Cygnus A was less than seven
  282.     minutes of arc in diameter.  These same workers went on to discover
  283.     several other discrete radio sources.  During this period, Martin Ryle
  284.     and his group in England developed the two-element interferometer. 
  285.     Ryle's work is of great importance to radio astronomy, as interfero-
  286.     metry is ultimately the only way that high resolutions can be reached.  
  287.     Another development in radio interferometry during this period was the 
  288.     construction of the Cross Interferometer Radio Telescope, invented by 
  289.     B. T. Mills at Sydney University in Australia. 
  290.  
  291.         At a symposium held in Leiden, The Netherlands, in 1944, H. C. Van
  292.     de Hulst predicted that the spin transition of the neutral hydrogen
  293.     atom should be observable at a wavelength of 21 centimeters (eight
  294.     inches).  This translates to a frequency of 1,420 MHz.  It was not
  295.     until 1951 that Ewen and Purcell at Harvard University, Muller and
  296.     Oort in Holland, and Christianson at Sydney all detected the 21-
  297.     centimeter (eight-inch) line of neutral hydrogen.  This discovery
  298.     opened the door to large-scale investigations of both the structure
  299.     of the Milky Way Galaxy and the subject of cosmology.  It is also
  300.     the wavelength most used by scientists listening for any radio
  301.     signals from extraterrestrial civilizations.
  302.  
  303.         In the United States and Puerto Rico, many professional radio
  304.     telescopes are operated by a number of organizations, which include
  305.     Cornell University, the National Astronomy and Ionospheric Center, the
  306.     National Radio Astronomy Observatory, and the Department of the Navy. 
  307.     The largest radio telescope in the continental United States is the 
  308.     VLA (Very Large Array) interferometer, located in Socorro, New Mexico.  
  309.     This large telescope array actually consists of 27 individual parabolic
  310.     dish antennas arranged along three radial lines forming a Y-shaped
  311.     array.  Two of these arms are 21 kilometers (thirteen miles) long and
  312.     the third is nineteen kilometers (11.6 miles) across.  This large radio
  313.     telescope array is capable of providing the resolution of an optical
  314.     telescope. 
  315.  
  316.         After the VLA, the second largest radio telescope is operated
  317.     by Cornell University, in cooperation with the National Science
  318.     Foundation, and is located in Arecibo on the island of Puerto Rico. 
  319.     This radio telescope is made up of a three hundred-meter (one
  320.     thousand-foot) diameter spherical reflector nestled in a natural
  321.     limestone crater.  The reflective surface is made from over 38,000
  322.     individual aluminum panels and covers an area of over fourteen acres. 
  323.     The receiving antennas are mounted to a cable supported platform,
  324.     which is suspended over the reflective surface by three concrete
  325.     towers.  By moving the platform between the three supporting towers,
  326.     the antenna can effectively be steered to various sectors of the sky.
  327.     Because the antenna structure is fixed to the surface of Earth, the
  328.     rotation of Earth is used to sweep the antenna beam across the sky. 
  329.  
  330.         Another major United States radio telescope is operated under the
  331.     direction of the Naval Research Laboratory of the Department of the
  332.     Navy.  The laboratory now operates the Maryland Point Observatory,
  333.     which consists of a 25.5-meter (85-foot) parabolic dish antenna
  334.     designed for operation at frequencies as high as fifty GigaHertz
  335.     (GHz), and a 25.2-meter (84-foot) antenna designed for frequencies 
  336.     as high as two GHz. 
  337.  
  338.         A number of American universities also have radio telescope
  339.     installations.  In addition the U.S. radio astronomy observatories
  340.     just mentioned, there are many international observatories.  Just 
  341.     about every industrial nation has at least one radio telescope in 
  342.     operation.
  343.  
  344.         Among the larger international radio observatories is the Jodrell
  345.     Bank radio telescope in Great Britain.  This radio telescope was among
  346.     the earliest constructed and has contributed much basic information
  347.     to the discipline.  Another major radio observatory is located in
  348.     Narrabri, Australia.  This observatory is unique in that it is
  349.     designed for solar observations at radio wavelengths.  Another major
  350.     radio telescope is located at the Itopatinga Radio Observatory at Sao
  351.     Paulo in Brazil.  This radio telescope installation is used for a wide
  352.     variety of observations, including ionospheric studies of solar radio
  353.     emissions, and centimeter-wavelength radio observations. 
  354.  
  355.         The following is a summary of some of the major events in the 
  356.     history of radio astronomy:
  357.  
  358.         1932 - Karl Jansky discovers radio emissions from the center of 
  359.                the Milky Way Galaxy. 
  360.  
  361.         1940 - Grote Reber maps the radio sky at 160 MHz. 
  362.  
  363.         1942 - Radio emissions from the Sun are detected in England and 
  364.                the United States. 
  365.  
  366.         1945 - Radio emissions from the Moon are detected. 
  367.  
  368.         1948 - The ten strongest radio sources are known. 
  369.  
  370.         1949 - The Crab Nebula (Messier 1), a supernova remnant, and two  
  371.                galaxies are identified as emitters of radio signals. 
  372.  
  373.         1951 - The 21-centimeter (eight-inch) emission line of neutral   
  374.                hydrogen is detected from interstellar gas. 
  375.  
  376.         1953 - Cygnus A is found to be a double radio source, the 
  377.                archetypical radio galaxy. 
  378.  
  379.         1955 - Radio bursts from the planet Jupiter are detected. 
  380.  
  381.         1960 - Project Ozma, the first radio search for extraterrestrial 
  382.                signals, is begun by Frank Drake.  Two Sol-type stars, 
  383.                Epsilon Eridani and Tau Ceti, are investigated, with 
  384.                negative results.
  385.  
  386.         1963 - Quasars are discovered by the identification of 3C273 
  387.                with a distant starlike object. 
  388.  
  389.         1964 - Microwave background radiation is discovered as a remnant 
  390.                from the beginning of the Universe.
  391.  
  392.         1965 - Radio emission from an interstellar MASER is discovered. 
  393.  
  394.         1967 - Pulsars (rotating neutron stars) are discovered as 
  395.                precisely periodic radio emissions.  The first is found
  396.                in the Crab Nebula.
  397.  
  398.         1973 - The first radio red shift of a distant quasar is measured. 
  399.  
  400.         1974 - The most precise measurement of the bending of 
  401.                electromagnetic waves by the Sun is made with a radio 
  402.                interferometer and gives a new confirmation of Albert
  403.                Einstein's theory of relativity. 
  404.  
  405.         1981 - Completion of the VLA (Very Large Array) in New Mexico.  
  406.                This is the first truly image-forming radio telescope with 
  407.                an angular resolution better than an optical telescope.
  408.  
  409.         1985 - Project META (Megachannel ExtraTerrestrial Assay) is begun 
  410.                in Harvard, Massachusetts using a 25.2-meter (84-foot) 
  411.                radio telescope.  Developed from Project Sentinel by The 
  412.                Planetary Society, META is the most sophisticated SETI 
  413.                (Search for ExtraTerrestrial Intelligence) program yet 
  414.                implemented.
  415.  
  416.         Suggested further reading:
  417.  
  418.         Abell, George O., and D. Morrison, EXPLORATION OF THE UNIVERSE,
  419.     Saunders College Publishing, New York, 1987.
  420.  
  421.         Kraus, J. D., RADIO ASTRONOMY, Penguin Books, Baltimore, 
  422.     Maryland, 1966.
  423.  
  424.         Smith, F. G., RADIO ASTRONOMY, McGraw-Hill, New York 1960.
  425.  
  426.         About the Author - 
  427.    
  428.         David J. Babulski is an amateur astronomer and professional 
  429.     science writer, with particular interest in radio astronomy and 
  430.     rocketry. 
  431.  
  432.  
  433.                  GETTING STARTED IN AMATEUR RADIO ASTRONOMY
  434.  
  435.                    by Jeffrey M. Lichtman, SARA President
  436.  
  437.         The Society of Amateur Radio Astronomers (SARA) regularly surveys
  438.     each of its members regarding their interests in the field of radio
  439.     astronomy, as well as how SARA may address these interests.  Invariably, 
  440.     most every new member asks the question:  "How do I get started?"  It 
  441.     is to these people that this article is addressed.  We will deal with 
  442.     both general and specific information and recommendations. 
  443.  
  444.         Basically, amateur efforts in this discipline fall into two
  445.     general categories: 
  446.  
  447.         1.  Indirect method studies of solar phenomena, meteor infall, and
  448.     Jupiter noise storms, for example.  This type work is usually done at
  449.     the low radio frequencies, with relatively narrow band receivers.  It
  450.     does not involve sharp imaging of the radio noise source.  This work
  451.     is conducted mainly with communications-type receivers, requiring 
  452.     only a minimal need for auxiliary equipment.  The expansion equipment
  453.     usually takes the form of a strip chart recorder or computer as a
  454.     readout instrument, and a suitable DC (Direct Current) amplifier
  455.     required to drive the readout.  This work, of course, does require
  456.     a quiet radio band in the spectrum of interest. 
  457.  
  458.         2.  Imaging radio astronomy.  This work makes up the bulk of
  459.     amateur radio astronomy efforts.  It is, by its very nature, best
  460.     practiced in the VHF, UHF, and EHF radio spectra with receiving
  461.     equipment of relatively broadband design.  The reason for the
  462.     broadband receivers is that all discrete radio objects radiate 
  463.     over a very broad spectrum, and the bandwidth of the receiver 
  464.     equates to the energy received from the object. 
  465.  
  466.         Discrete radio sky objects are very weak emitters.  A power flux
  467.     unit has been adopted for radio astronomy.  It has to do with the tiny
  468.     incremental power falling from the sky upon one square meter of Earth
  469.     surface, per cycle per second.  This unit is called the Jansky, after
  470.     the original radio astronomy pioneer.  By common accord, one Jansky
  471.     is defined as 10-26 watt/(meter2*Hertz), a very small flux indeed. 
  472.     Upon examination, one would think this infinitesimal amount of power
  473.     impossible of detection at all.  Radio astronomy has indeed been
  474.     described as the examination of ripples riding upon waves, above an
  475.     entire sea of noise.  It is estimated that all of the energy which 
  476.     has fallen upon Earth's radio telescopes would not equal the energy 
  477.     in a single snowflake. 
  478.  
  479.         Yet radio astronomers have refined the sensitivity of their
  480.     equipment such that these small powers are not only detected, but 
  481.     also evaluated into information about the Universe which has been 
  482.     both illuminating and exciting.  This, despite the fact that the 
  483.     receivers used to make these measurements typically generate as much 
  484.     as a million times the noise signal as the energy from the desired 
  485.     object.  How is this accomplished?  The assault on the problem is 
  486.     multi-directional and is conducted in the following ways: 
  487.  
  488.         One begins with as large an antenna as can be achieved, in order
  489.     to trap as much energy as is possible from the desired object.  This
  490.     usually involves a radio-quiet location, but does not necessarily
  491.     require huge single antennas.  The problem may be successfully
  492.     addressed with phased antenna arrays. 
  493.  
  494.         The receiver is designed to be of low internal noise, very
  495.     high gain, and of wide bandwidth.  The stability of such receivers
  496.     represents a continual challenge to the radio design engineer. 
  497.  
  498.         Happily, the design of low-noise radio equipment has been made
  499.     easy with the arrival of very low-noise receiving equipment using
  500.     gallium arsenide field effect transistors (GaAsFETs).  The large
  501.     market generated by ham radio operators and television receive-only
  502.     satellite stations has encouraged manufacturers to invest in this type
  503.     of research.  Input noise temperatures of GaAsFET antenna amplifiers
  504.     typically fall to 25 degrees Kelvin at room temperature and without
  505.     any attempt at cryogenic cooling of the devices.  The noise temperature 
  506.     of the input amplifiers pretty well determines the sensitivity of the 
  507.     total instrument.  Mass production of these devices has brought their 
  508.     cost down to well within the budget of the average radio astronomy 
  509.     amateur. 
  510.  
  511.         Additionally, the balance of the radio astronomy receiver is
  512.     designed such that the internal noise is canceled out.  This is
  513.     usually accomplished by converting all the receiver noise, plus the
  514.     desired signal, into a fluctuating DC voltage.  A counter voltage is
  515.     then introduced such that the internal receiver noise is canceled
  516.     out.  The residual desired signal is then amplified to a very high
  517.     level, in order that it may be measured by the readout device.  In
  518.     practice, the cancellation of the receiver noise is accomplished in
  519.     one of two ways: 
  520.  
  521.         1.  In so-called total power receivers, the full power of the
  522.     instrument is delivered to the DC amplifier, and the receiver noise 
  523.     is canceled out by the introduction of a back-biasing voltage at 
  524.     this point.  This permits the DC amplifier to greatly amplify what is 
  525.     left, which is, of course, the desired signal.  This practice works 
  526.     quite well as long as there is no appreciable drift of gain in the 
  527.     receiver.  Long-term observations will inevitably show gain drift of 
  528.     the receiver.  In such cases where the zero reference line deviates, 
  529.     a known calibration signal is introduced at the start, sometimes 
  530.     during, and at the end of the observation. This permits quantitative
  531.     evaluation of the received data. 
  532.  
  533.         2.  There is yet another type receiver which is designed to
  534.     automatically cancel out its own internal noise.  In practice, this 
  535.     is accomplished by circuitry which causes the receiver to alternately
  536.     "look at" the signal plus the noise, then at its own internal noise
  537.     only.  This is usually done with the introduction of a square wave
  538.     generator, which functions as an on-off switch.  In one instant of
  539.     time, the receiver is connected to the antenna system; at another
  540.     instant the receiver input is terminated into a load resistor such
  541.     that only the internal noise is present at the receiver output.  A
  542.     phase-sensitive detector circuit, driven by the same square wave
  543.     generator, is then employed to deliver the difference to the DC
  544.     amplifier used to drive the readout instrumentation.  Here, again,
  545.     this difference represents the desired signal.  This so-called Dicke
  546.     switching method improves the receiver sensitivity by one to two
  547.     orders of magnitude.  Because the receiver only looks at this
  548.     difference, the effects of gain drift are largely erased. 
  549.  
  550.         In consideration of all of the above, it becomes obvious that the
  551.     design of radio astronomy receivers has a great deal to do with just
  552.     what the observer is after in the data.  It therefore follows that 
  553.     each project must be begun with a firm idea of just what the observer 
  554.     has in mind as a project.  The equipment is either acquired or built, 
  555.     and tailored to do the job.  The story of all modern science, regard-
  556.     less of the specific discipline, proceeds as follows: 
  557.    
  558.         1.  Conceive the project.
  559.  
  560.         2.  Build or otherwise acquire the instrumentation to do the work.
  561.  
  562.         3.  Conduct the measuring of observations in a clear-cut and 
  563.             methodical way, giving attention to all observing parameters.
  564.  
  565.         4.  Analyze the data without the introduction of personal bias.
  566.  
  567.         5.  Publish the results.
  568.    
  569.         Are negative observing data useful?  The answer is most assuredly
  570.     yes; if for no other reason than to prevent other observers from
  571.     duplicating effort which is unlikely to bear fruit. 
  572.  
  573.         The purpose of the Society of Amateur Radio Astronomers is to
  574.     provide sufficient technical information to enable amateurs to do this
  575.     kind of work, commensurate with the antenna aperture which may be
  576.     acquired.  This involves the free circulation within the society of
  577.     technical information.  Such information is regularly published in
  578.     SARA's monthly 24-page journal, RADIO ASTRONOMY.  Additional specific
  579.     information is also available from SARA's technical advisors, many of
  580.     whom are radio engineers.  The technical advisory staff is regularly
  581.     published on page two of each journal issue.  In addition to the
  582.     above, SARA also operates a nonprofit laboratory (SARALAB), which
  583.     continually develops state-of-the-art receiving equipment.  The
  584.     services of the lab are offered free of charge to SARA members both
  585.     in an advisory capacity and also for the rendering of assistance in
  586.     helping observers to get their equipment into usable operation. 
  587.  
  588.         For the benefit of those who are still trying to define a
  589.     receiving/observational project which fits the individual's span of
  590.     expertise, the balance of this publication is devoted.  We invite you
  591.     to survey the potential of each radio band, and to evaluate your own
  592.     technical potential.  Specific design information may then be secured
  593.     from the SARA Journal office, or from any of SARA's many technical
  594.     advisors.  Please use the address at the end of this article for 
  595.     obtaining more information on SARA.
  596.    
  597.         The tabled information below is taken from the RADIO ASTRONOMY
  598.     HANDBOOK, 1986, by R. M. Sickels. 
  599.  
  600.         Which Band?  Which Receiver?  Which Observing Program?
  601.    
  602.         At the turn of the Twentieth Century, anyone listening to a modern-
  603.     day all-wave receiver would have heard nothing but natural noises;
  604.     static from lightning, and at very high frequencies the noise of the
  605.     Milky Way Galaxy.  This may have been punctuated by radiation from 
  606.     some man-made machinery, but little else.  Today, however, the world 
  607.     has gone information crazy and the radio spectrum is almost entirely
  608.     filled up with some kind of radio broadcast.  An alien radio astronomer 
  609.     looking at this planet from interstellar space would find it brighter 
  610.     than the Sun in some regions, due to the very high megawatt power of 
  611.     television and radar transmitters operating at about one meter (3.3-
  612.     foot) wavelengths and below.  Add to that the motor brush noise of 
  613.     our appliances, the arcing of power insulators, ignition noise from 
  614.     automobiles, and even the neighbor's lawn mower, and the situation 
  615.     seems hopeless. 
  616.  
  617.         Nevertheless, there are some clear radio bands allocated to radio
  618.     astronomy.  In addition, there are radio bands which are unused in 
  619.     the VHF and UHF TV spectrum.  Anyone operating transmitters in these
  620.     unassigned bands is in violation of federal law. 
  621.    
  622.         Bands Allocated for Radio Astronomy Use:
  623.    
  624.         25.55 - 25.67 MHz
  625.         37.5 - 38.5
  626.         73.00 - 74.60
  627.         406.1 - 410 MHz
  628.         608 - 614
  629.         1400 - 1427 (21 cm hydrogen radiation)
  630.         1660 - 1670 (OH molecule radiation)
  631.         2655 - 2700
  632.         4990 - 5000
  633.         10680 - 10700
  634.         15350 - 15400
  635.         22210 - 22500
  636.         23600 - 24000
  637.         31300 - 31800
  638.         51400 - 54250
  639.         58200 - 59000
  640.         64000 - 65000
  641.         86000 - 92000
  642.         105000 - 116000
  643.    
  644.         Of course, some of these extremely high frequency bands are out of
  645.     the question for the average radio astronomy observer, unless one also
  646.     happens to be a microwave engineer.  Nevertheless, amateurs are now
  647.     beginning to explore the 21 and 23 centimeter radiation bands of
  648.     neutral hydrogen and the oxygen/hydrogen molecule with equipment of
  649.     considerable sophistication. 
  650.  
  651.         Let us now explore the entire spectrum of radio frequencies with
  652.     the idea of just what kind of work can be usefully done, and the type
  653.     of receiving equipment necessary to do the job. 
  654.  
  655.         20-100 kHz
  656.  
  657.         This noisy radio band is useful in observing solar flares.  The
  658.     plan involves simple receivers of very inexpensive design and which
  659.     are usually home-built.  Antennas may be longwires, loops, and in some
  660.     instances amplified whip antennas for those who lack the space for
  661.     more elaborate arrays.  The cost of the basic receiver may range from
  662.     thirty to sixty dollars.  To this must be added the cost of a strip
  663.     recorder, which may be bought quite cheaply at some of the ham radio
  664.     flea markets, but may range from $350-$700 if purchased new.  The
  665.     observing technique involves the continual monitoring of Earth-
  666.     produced atmospheric noise (mainly equatorial lightning discharges) 
  667.     for any enhancements due to solar flares.  This is an indirect method 
  668.     of doing solar studies, but nevertheless a very effective one.  These 
  669.     observations are regularly conducted by a dedicated group loosely 
  670.     affiliated with SARA (the VLF Experimenter's Group), and the data 
  671.     are useful to professional solar observatories and to all others 
  672.     who have an interest in our closest star. 
  673.  
  674.         Another observing technique in this band is to tune up on a
  675.     marginally received radio beacon and to observe any enhancement of 
  676.     the signal due to a solar flare.  Either of these basic methods is 
  677.     equally effective and the results are identical.  The flare is recog-
  678.     nized on strip charts as a sudden enhancement of signal rising to full
  679.     amplitude in seconds and slowly decaying as the effect of the flare
  680.     diminishes and the ionosphere once again reaches its state of equili-
  681.     brium.  This is also very interesting work if conducted as a team
  682.     effort with someone who has an optical telescope coupled to an H-alpha
  683.     red filter.  Here, the effects of the flare may be simultaneously
  684.     observed in the radio as well as the optical window.  Delayed effects
  685.     from large flares are also observed as heavy particles arrive at
  686.     Earth's surface 24 to 36 hours later.  These not only produce radio
  687.     enhancements but also the well-known auroras.  The data are also of
  688.     interest to ham radio broadcasters because the condition of the
  689.     ionosphere determines the distance of received transmissions. 
  690.  
  691.         18-24 mHz:
  692.  
  693.         This band is used by amateur radio astronomers to monitor radio
  694.     noises from the planet Jupiter.  These noises are not always present
  695.     and are sporadic in nature.  It is quite possible that anyone who owns
  696.     a modern day sensitive shortwave receiver has already heard these
  697.     sporadic noises without realizing the source.  When present they have
  698.     a characteristic wavering structure not unlike the rushing of a rapid
  699.     ocean surf.  This is punctuated by a wavering sub-second structure. 
  700.     These noises when present are of very high intensity and may be
  701.     detected with communications type receivers tuned to an inactive
  702.     portion of this band.  Antennas used are identical with any antenna
  703.     system resonant at this frequency.  The noises are so powerful that
  704.     the antenna need not necessarily be resonant.  Most communications
  705.     receivers nowadays have a control to resonate any antenna in use. 
  706.     There are at least four mechanisms proposed for the production of this
  707.     noise.  Three of these involve the effect of the giant planet on its
  708.     innermost Galilean moon, Io.  It is believed that at least some of 
  709.     this noise originates as material ejected from Io's volcanoes interacts
  710.     with Jupiter's very powerful magnetic field.  Data gathering in this
  711.     band may be gathered approximately eight months of the year, when
  712.     Jupiter is not too close to the Sun from our perspective on Earth. 
  713.  
  714.         10-26 mHz and 28-80 mHz
  715.  
  716.         The reader will note that the 27 mHz band has been deleted due 
  717.     to the very high level of Citizen's Band (CB) traffic.  Solar flare 
  718.     monitoring in these bands may be conducted with shortwave communi-
  719.     cations receivers and appropriate antenna systems.  Two methods are 
  720.     in common use.  Enhancements of radio noise may mark an event.  
  721.     Flares also cause fadeouts of shortwave transmissions and therefore 
  722.     monitoring fadeouts is also useful.  The radio receiver used must be 
  723.     operated without automatic gain control or any other filtering which 
  724.     would mask the effect of a flare.  The data are gathered either by 
  725.     strip recorder, computer, or both.  Here again, the data are of 
  726.     interest to professional solar observatories and to hams.  The Sun 
  727.     is continually studied and all of our knowledge has been mainly 
  728.     derived from phenomena occurring on the Sun's surface.  Carefully 
  729.     prepared and evaluated data are always useful and frequently outlive 
  730.     the observer. 
  731.  
  732.         88-108 mHz
  733.  
  734.         This may be recognized as the commercial FM radio band.  There 
  735.     are local portions of this band which are unassigned for transmission.  
  736.     If a simple conversion is made to change a standard FM set to AM
  737.     reception, the receiver, together with a suitable antenna and low
  738.     noise amplifier, may be used for solar flare studies and also crude
  739.     imaging of some of the more powerful discrete radio sources such as
  740.     Cassiopeia A and Cygnus A.  In this work a clear band is sought out
  741.     and no limiters of any kind are used in the receiver.  The antennae
  742.     used are usually Helicals or Yagis (Dishes only become viable at
  743.     frequencies above 400 mHz).  This is a very inexpensive way to get 
  744.     started in radio astronomy with the intelligent modification of a
  745.     cast-off FM receiver.  The cost of suitable recording equipment must
  746.     of course be added to the instrumentation budget. 
  747.  
  748.         The overall gain is boosted by the use of a low-noise antenna
  749.     amplifier and the quality of this device also determines the
  750.     sensitivity of the instrument.  Operation of a converted FM receiver
  751.     as a radio telescope in this band produces typical sky resolution of
  752.     about thirty degrees of arc, a very broad observing beam indeed.
  753.     Nevertheless, the poor resolution is at least partially offset by the
  754.     ease of detection of some of the discrete powerful radio objects.
  755.     Cassiopeia A and Cygnus A are very strong radio emitters at these
  756.     frequencies, and are therefore quite easily detected.  Scintillations
  757.     are also observed as these point sources are disturbed by Earth's
  758.     atmosphere.  The galactic arms and the center of the Milky Way Galaxy
  759.     are very strong and extended sources of radiation which are quite
  760.     easily detected in this radio band.  This project would make an
  761.     inexpensive and thoroughly worthwhile science fair type effort,
  762.     and also provide useful experience in the taking of data. 
  763.  
  764.         75 mHz
  765.  
  766.         This may be recognized as the aircraft beacon band.  If a suitable
  767.     receiver and directional antenna system are tuned up in this band to
  768.     a marginally received aircraft beacon, the arrival of an infalling
  769.     meteor will be recognized as a characteristic "ping" sound after a
  770.     simple conversion to audio output.  This method of meteor detection
  771.     produces tenfold the optical visual count.  It is also useful in the
  772.     daylight hours when optical counts are impossible.  Directional antenna
  773.     systems might permit ranging of a large meteorite's fall to Earth. 
  774.     These objects are of very high monetary and scientific value to
  775.     museums and research institutions, who study them for clues to the
  776.     chemical composition of the early solar system.  The data are also
  777.     of importance to the American Meteor Society (AMS), an organization
  778.     wholly devoted to these phenomena. 
  779.  
  780.         88-890 mHz
  781.  
  782.         The high frequencies, very high frequencies, and ultra high
  783.     frequencies are useful bands for solar burst detection with suitable
  784.     AM receivers.  The bursts are usually most easily detected at the
  785.     lower frequencies.  As the observational frequency becomes higher,
  786.     improved sky resolutions result from the typical amateur antenna
  787.     systems, making possible the imaging of discrete radio sources.  Use 
  788.     of the VHF and UHF bands where they are unoccupied by local broadcast
  789.     allows the saving of money on some components such as I.F. amplifiers
  790.     designed for television sets, because of their low cost in mass
  791.     production.  Antennas used are Yagis and Helicals at the low end of
  792.     the spectrum, and paraboloid dishes at frequencies above about 400
  793.     mHz.  Use of a dish permits the observer to predict his circular 
  794.     beam resolution by a simple formula. 
  795.  
  796.         1-4 gHz
  797.  
  798.         Though not formerly used by amateurs because of equipment cost,
  799.     this band is opening up due to the ready availability of equipment
  800.     designed for TV satellite reception.  Encoding of desirable movie
  801.     channels is causing enough disapproval that amateurs will soon reap
  802.     a bonanza of dishes and low-noise receiving equipment designed for
  803.     satellite TV reception.  This band also encompasses the 1420 and 1660
  804.     mHz spectral line channels.  Amateur and professional SETI (Search 
  805.     for ExtraTerrestrial Intelligence) observations are also conducted 
  806.     in these bands, due to the belief that advanced alien life would 
  807.     choose to announce their presence in the so-called "water hole",
  808.     where galaxy noise is at its minimum.  The sky background noise is
  809.     very low in this "hole".  Antennas used are mainly dishes, although
  810.     arrays of smaller antennae are quite viable.  Reduction of data in
  811.     these bands can keep a computer hacker very busy. 
  812.  
  813.         Very inexpensive analog to digital conversion techniques have
  814.     recently been developed by SARALAB which enable an observer to cheaply
  815.     interface a microcomputer to the radio telescope output.  Discrete
  816.     radio sources, due to the synchrotron mechanism of radiation, become
  817.     weak emitters at the extremely high frequencies, and thus require
  818.     suitable antenna aperture to detect.  This problem is partially offset
  819.     by the increased resolution at these very short wavelengths, with
  820.     the consequent rejection of surround-sky noise.  Thermal radiators
  821.     increase dramatically in radiated power as the observational frequency
  822.     increases.  This makes possible good imaging of the Sun, which is
  823.     observed mainly in its very hot corona.  Interferometry also makes 
  824.     possible sectional imaging of the solar area.
  825.  
  826.         About the Author - 
  827.   
  828.         Jeffrey M. Lichtman, a long-time amateur radio astronomer and
  829.     active Society member, is president of the national Society of 
  830.     Amateur Radio Astronomers (SARA), an organization of nearly 250 
  831.     radio hobbyists.  For more information on SARA, please contact
  832.     Jeffrey at the following address:
  833.  
  834.         1425 Parkmont Drive
  835.         Roswell, Georgia 30076
  836.         Telephone: (404) 992-4959
  837.   
  838.  
  839.      THE ELECTRONIC JOURNAL OF THE ASTRONOMICAL SOCIETY OF THE ATLANTIC 
  840.  
  841.                        February 1990 - Vol. 1, No. 7
  842.  
  843.                          Copyright (c) 1990 - ASA
  844.   
  845.  
  846. -- 
  847. Donald J. Barry       (404) 651-2932         | don%chara@gatech.edu
  848. Center for High Angular Resolution Astronomy | President, Astronomical
  849. Georgia State University, Atlanta, GA 30303  | Society of the Atlantic
  850.  
  851. ------------------------------
  852.  
  853. End of SPACE Digest V11 #17
  854. *******************
  855.