раздел астрономии, в котором тела Солнечной системы исследуются с помощью радиоволн, посланных передатчиком и отражённых этими телами (см. Планетный радиолокатор). Методы Р. а. используются для решения задач астрометрии и астрофизики.

Применение радиолокации дало возможность измерять расстояния до небесных объектов по времени, в течение которого радиосигнал достигает небесного тела и возвращается обратно. Точность этих измерений (< 1 км) значительно превышает точность определения расстояний на основе астрометрических наблюдений, в связи с чем они применяются для уточнения значений фундаментальных астрономических постоянных, параметров движения тел Солнечной системы, их размеров. Радиолокация ближайших планет способствует большей точности выведения космических аппаратов к планетам, посадки их в заданных районах поверхности планет.

Измеренное радиолокационным путём расстояние до ближайшей к Земле точки поверхности планеты О (рис. 1) в сочетании с расстоянием до центра масс планеты С, положение которого определяется законами небесной механики, позволяет вычислить расстояние этой точки от центра планеты и таким образом - высоту её над некоторой средней поверхностью.

При радиолокации планет в периоды их прохождения за Солнцем было обнаружено запаздывание момента прихода эхо-сигнала, обусловленное уменьшением скорости распространения электромагнитных волн в поле тяготения Солнца, в соответствии с теорией тяготения Эйнштейна. Обнаружение этого эффекта послужило одной из экспериментальных проверок общей теории относительности.

Решение многих астрофизических задач в Р. а. базируется на исследовании смещения и расширения спектральной линии эхо-сигнала вследствие Доплера эффекта, обусловленного движением объекта, отражающего радиосигнал, относительно наблюдателя. Этим методом изучается движение метеоров в атмосфере Земли, движение ионизованных образований в солнечной короне, вращение планет. Крупнейшим достижением Р. а. явилось определение периода и направления вращения Венеры и Меркурия.

Высокая проникающая способность радиоволн позволила преодолеть плотный облачный слой Венеры, непрозрачный для оптических лучей, и получить первые сведения о её поверхности. Измерения интенсивности отражённого сигнала, которая зависит от величины коэффициента отражения материала поверхности, показали, что поверхность Венеры по электрическим свойствам близка к скальным породам на силикатной основе, которые широко распространены на Земле. В центре диска Венеры наблюдается яркий блик, а края тонут в тени, как у зеркально гладкой сферы. Это явление имеет место на радиоволнах и у др. планет с твёрдой поверхностью (в видимых лучах это явление не наблюдается). Юпитер и Сатурн, имеющие мощную газовую оболочку, не дают заметного отражения. В то же время кольца Сатурна оказались хорошим отражателем и рассеивают радиоволны подобно тому, как облака рассеивают видимый свет.

В Р. а. разработан метод получения изображения поверхности планет, основанный на выделении из всего отражённого планетой эхо-сигнала частей, соответствующих небольшим участкам поверхности планеты. В основе этого метода лежит анализ распределения интенсивностей эхо-сигнала по времени прихода на приёмную аппаратуру и по доплеровским смещениям частоты: время возвращения сигнала и смещение частоты зависят от расстояния до того или иного участка поверхности планеты и от лучевой скорости этого участка относительно антенны радиолокатора и закономерно изменяются от точки к точке. Точки, лежащие на некоторой окружности 1, плоскость которой перпендикулярна лучу зрения (рис. 1), находятся на одинаковом расстоянии от антенны радиолокатора; эта окружность является линией равных запаздываний эхо-сигнала. Точки, лежащие на окружности 2, плоскость которой параллельна лучу зрения и оси вращения планеты PP', имеют по отношению к антенне радиолокатора одинаковые лучевые скорости; эта окружность является линией равных доплеровских смещений. Рассчитав на основании известного движения планеты запаздывание и доплеровское смещение для точек окружностей 1 и 2, по этим величинам из суммарного эхо-сигнала выделяют сигналы, отражённые участком поверхности вблизи точки В, лежащей на пересечении окружностей, и измеряют их интенсивность. Разделение сигналов, отражённых точками В и B', для которых расстояние и лучевая скорость одинаковы, осуществляется за счёт пространственной избирательности антенны или радиоинтерферометра.

На рис. 2(А) представлено изображение участка Луны, полученное этим методом (Массачусетсский технологический институт, США). Качество изображения мало уступает фотографическому снимку, сделанному с Земли с помощью оптического телескопа. Отражённый сигнал принимался одновременно двумя антеннами, что позволило измерить по разности фаз принятых сигналов отклонение лунной поверхности в каждой точке от некоторой средней поверхности. Измеренное отклонение высот показано на рис. 2(В), причём тёмным изображены более низкие места, а светлым - возвышенные. Применение этого метода особенно перспективно для Венеры, поверхность которой недоступна прямому фотографированию. К 1974 получено изображение небольшого участка поверхности Венеры, на котором заметны кратеры.

Если при радиолокации планет и Луны изучаются радиоволны, отражённые их твёрдой поверхностью, то при исследовании Солнца принимается эхо-сигнал, отражённый ионизованным газом солнечной короны. С помощью радиолокации в солнечной короне обнаружены образования, движущиеся со скоростями до 200 км/сек как к периферии, так и к центру Солнца. При радиолокации метеоров радиосигнал отражается протяжённым ионизованным следом, возникающим при входе частиц в земную атмосферу.

Радиолокация метеоров и Луны была начата в 40-х гг. 20 в. Первые эхо-сигналы от солнечной короны были получены в 1959 (США), а от Венеры в 1961 (СССР, США, Великобритания). Основная трудность радиолокационных наблюдений состоит в том, что интенсивность принимаемых сигналов убывает пропорционально расстоянию до исследуемого объекта в четвёртой степени. Это ограничивает возможности радиолокации пределами Солнечной системы.

Лит.: Котельников В. А. [и др.], Успехи планетной радиолокации, "Природа", 1964, № 9; Шапиро И., Радиолокационные наблюдения планет, пер. с англ., "Успехи физических наук", 1969, т. 99, в. 2; Дубинский Б. А., Слыш В. И., Радиоастрономия, М., 1973; Radar astronomy, ed. by J. V. Evans, N. Y. [a. o.], [1968].

Б. А. Нубийский, О. Н. Ржига.

Рис. 2. А - изображение участка Луны с кратерами Птолемей, Альфонс, Арзахель, полученное радиолокационным методом. В - карта высот, полученная в тех же измерениях. Переход от черного к светлому соответствует изменению высоты на 6 км.

Рис. 1. Линии равных запаздываний ( 1 ) и равных доплеровских смещений ( 2 ) на поверхности планеты; PP' - ось вращения, О - центр диска, С - центр масс, B и B' - выделяемые участки поверхности планеты.

раздел астрономии, изучающий небесные тела путем посылки к ним зондирующего радиосигнала и анализа отраженного радиоэха. Система из передатчика, антенны и приемника - радиолокатор (радар) - может располагаться как на Земле, так и на космическом аппарате. Радиолокационная астрономия, в отличие от радиоастрономии, изучает не собственное радиоизлучение небесных тел, а отраженные от них сигналы.

Удобство радиолокации состоит в том, что, измеряя время прохождения сигнала туда и обратно, можно с высокой точностью определять расстояние до объекта, а по изменению частоты сигнала - скорость объекта (принцип Доплера). Но поскольку мощность отраженного сигнала быстро убывает с расстоянием, пока радиолокационным исследованиям доступны лишь тела Солнечной системы.

Историческая справка. В 1930-е годы возникло подозрение, что радиосигналы иногда отражаются от ионизованных метеорных следов в атмосфере; окончательно это подтвердили Ч.Лал и К.Венкатараман в Индии в 1941. Первое радиоэхо от метеоров с помощью специальных радаров получили Дж.Хей и Г.Стюарт в Англии в 1946. В том же году радиолокацию Луны осуществили Дж.ДеВитт в США и З.Бэй в Венгрии. По существу, это стало первыми экспериментами в астрономии; до тех пор астрономы только наблюдали за небесными телами, никак не воздействуя на них.

Специалисты Англии, СССР и США почти одновременно в 1961 предприняли локацию Венеры для измерения расстояния до нее, а повторив эксперимент в 1964, довели точность измерения до нескольких километров. С помощью современных радаров проводят также локацию Солнца, Меркурия, Марса, Юпитера и его галилеевых спутников, Сатурна, его колец и спутника Титана, астероидов и ядер комет. Вслед за радиолокацией началось активное исследование небесных тел с помощью космических зондов. Но и локация осталась очень полезным методом в астрономии. К радиолокации добавилась лазерная локация Луны с использованием доставленных на ее поверхность отражателей оптических импульсов. Этот метод позволяет регулярно измерять расстояние между Землей и Луной с точностью до 1 см, что очень важно для изучения сложного относительного движения этих двух небесных тел.

Аппаратура для регистрации отраженного сигнала. Чтобы сигнал наземного передатчика прошел сквозь ионосферу Земли, его излучение должно быть достаточно коротковолновым - короче 20 м. При прохождении сигнала от передатчика до объекта плотность его мощности уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. Часть импульса отражается от объекта, и по пути к Земле его мощность вновь уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния. В итоге энергия принятого радиоэха обратно пропорциональна четвертой степени расстояния до объекта. Вот почему радарные методы применимы лишь для ближайших тел Солнечной системы, но и при этом требуются очень мощные передатчики, гигантские антенны и сверхчувствительные приемники.

Учитывая, что время пути сигнала до планет велико, используют длинные импульсы, а полосу пропускания приемников делают широкой, поскольку из-за эффекта Доплера частотный диапазон отраженного сигнала оказывается сдвинутым за счет движения объекта и расширенным за счет его вращения (разные части вращающегося объекта движутся с разными лучевыми скоростями).

Метеоры. Для исследования метеоров используются стандартные авиационные радары, но на более длинной волне. Двигаясь с высокой скоростью в атмосфере, метеорные частицы оставляют за собой ионизованный след, от которого отражаются радиоволны. Обычно этот след возникает на высоте 80-110 км и сохраняется от одной до нескольких секунд. По характеру отраженных импульсов можно судить о размере, скорости и направлении полета частицы, а также о строении атмосферы на этих высотах.

Луна. До полетов на Луну ее радиолокация дала много полезных сведений. Используя волны разной длины - от 8 мм до 20 м, - по характеру их взаимодействия с лунной поверхностью узнали ее диэлектрическую постоянную, что позволило приблизительно определить состав грунта. По величине рассеяния волн определили степень неровности лунной поверхности. Оказалось, что поверхность материковых и морских районов Луны заметно различается.

Планеты. Планеты от нас значительно дальше Луны, поэтому для их локации требуется гораздо более мощное оборудование. Например, сигнал, отраженный от Венеры, в 10 млн. раз слабее, чем от Луны. Полеты к планетам требуют точного знания расстояния до них, поэтому в начале 1960-х годов с помощью значительно более мощных радиолокаторов было точно измерено расстояние до Венеры, уточнившее и все прочие расстояния в Солнечной системе. См. также НЕБЕСНАЯ МЕХАНИКА; СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА.

Результаты локации позволили уточнить орбиты планет, их диаметры и скорость вращения. О вращении Венеры, покрытой облаками, до этих экспериментов вообще ничего не было известно. Локация показала, что ее сутки в 243 раза дольше земных, т.е. на 18 дней дольше венерианского года. Локация Венеры с Земли позволила также впервые "взглянуть" на ее поверхность. С помощью метода "запаздывание-смещение", суть которого поясняется ниже рисунком, были получены (с разрешением 3 км) карты Венеры двух типов: на одних показана степень отражения радиоволн от различных участков поверхности, а на других - перепады высот между ними. Вместе они позволяют изучать топографию Венеры, ее горы, кратеры и долины, а также судить о структуре ее поверхности. Значительно более подробными оказались карты Венеры, полученные радарами с борта межпланетных зондов "Пионер-Венера-1" (1978), "Венера-15, -16" (1983) и "Магеллан" (1990), ставших спутниками Венеры: на лучших из них различимы детали поверхности размером до 100 м.

Радиолокация Меркурия показала, что период его вращения вокруг оси составляет около 59 земных суток и не совпадает с орбитальным периодом длительностью 88 сут, как считалось до этого. Поэтому Солнце освещает оба полушария планеты, а не одно, как думали раньше.

Локация Марса выявила на его поверхности большие перепады высот - до 15 км. Позже наблюдения с околомарсианской орбиты подтвердили, что на Марсе действительно есть горы такой высоты. Методом радиолокации изучали также кольца Сатурна, спутники Юпитера, астероиды и ядра комет.

Солнце. Огромный размер Солнца делает его (как и близкую Луну) привлекательным объектом для радиолокации. Однако к Солнцу нужно посылать очень мощный импульс, чтобы отраженный сигнал был различим на фоне собственного радиоизлучения Солнца. Наилучший результат дает использование длинных волн (5-15 м), поскольку короткие поглощаются в солнечной атмосфере. Радарные исследования Солнца дают информацию о структуре его короны и облаках заряженных частиц, которые Солнце выбрасывает в периоды высокой активности. См. также СОЛНЦЕ
.