Na ekranie pojawia się niewielka górka. Dla kogoś przyzwyczajonego do zdjęć galaktyk może wyglądać skromnie, ale właśnie taki wykres potrafi być nagrodą za zbudowanie własnego radioteleskopu. Pokazuje sygnał dochodzący od gazu w Drodze Mlecznej. W opisie doświadczeń Miljenka Čemeljicia z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika PAN można zobaczyć zarówno pierwsze próby, jak i uzyskane widmo wodoru.
Projekt trwa od 2023 roku: pierwszy raport z budowy pochodzi z lipca 2023, polska instrukcja z maja 2025, a stronę projektu zaktualizowano we wrześniu 2025 roku. Powstał z myślą o nauce radioastronomii i obróbki sygnału. W 2024 roku z anteny CAMK korzystali studenci Uniwersytetu Warszawskiego, a w lipcu 2025 roku własne małe anteny budowali i sprawdzali uczestnicy obozu astronomicznego Almukantarat.
Czego szuka antena
Neutralny wodór emituje charakterystyczne promieniowanie o długości fali około 21 cm, czyli częstotliwości około 1420,4 MHz. To właśnie na ten sygnał nastawiony jest zestaw. Promieniowanie powstaje, gdy w atomie wodoru spiny protonu i elektronu zmieniają ułożenie z równoległego na przeciwne. Najsilniejszym źródłem jest płaszczyzna Galaktyki, dlatego antenę wystarczy skierować na pas Drogi Mlecznej z dokładnością około 20°. Pierwszy raz tę linię zarejestrowano 25 marca 1951 roku na Uniwersytecie Harvarda, także anteną tubową.
Program rozkłada odebrany sygnał na częstotliwości i pokazuje jego widmo. Można to porównać do sprawdzania, których dźwięków jest najwięcej w nagraniu, tylko tutaj analizowane są fale radiowe. W udanej obserwacji linia wodoru wyróżnia się ponad otaczającym tłem. W raporcie z budowy pokazano pomiary przed kalibracją i po niej, czyli po uwzględnieniu właściwości samego zestawu pomiarowego.
Tektura też może być anteną
Najbardziej charakterystyczną częścią konstrukcji jest antena tubowa: rozszerzający się ku wylotowi tunel o prostokątnym przekroju. W prostym wariancie jej szkielet powstaje ze sztywnej tektury, a wnętrze pokrywa folia aluminiowa. Folia musi tworzyć elektrycznie połączoną powierzchnię; luźno przyklejone, odizolowane od siebie kawałki nie wystarczą. Najprościej sprawdzić to multimetrem: opór między różnymi miejscami wnętrza ma być mały, do 1 oma.
W środku znajduje się krótki element odbierający sygnał. Polska instrukcja podaje długość 5,25 cm, czyli ćwierć długości fali, i drut o średnicy co najmniej 1 mm. Masa wzmacniacza łączy się z folią, a sam drut musi być od niej odizolowany. Na rysunku w instrukcji wylot tuby ma około 65 × 59 cm, a drut stoi 6,75 cm od tylnej ścianki. Przy fali o długości 21 cm wystarcza dokładność wykonania 1–2 cm. To dobry moment, żeby sięgnąć po polską instrukcję budowy, zamiast dobierać proporcje na oko.
Za anteną pracuje wzmacniacz niskoszumowy, oznaczany skrótem LNA. Wzmacnia słaby sygnał przed odbiornikiem, dodając możliwie mało własnego szumu. Dalej jest SDR, czyli radio, którego znaczną część obróbki sygnału wykonuje oprogramowanie na komputerze. Potrzebny jest odbiornik obsługujący okolice 1420 MHz oraz odpowiedni wzmacniacz i połączenia.
Najwygodniej, gdy odbiornik ma bias tee, czyli podaje przez gniazdo antenowe napięcie zasilające wzmacniacz. Wtedy LNA działa z USB komputera, bez osobnego zasilacza. Polska instrukcja wymienia wzmacniacze Nooelec LaNA i SAWbird+ H1 (ten drugi tylko do linii wodoru) oraz odbiornik Nooelec NESDR SMArTee i szacuje koszt domowego zestawu na mniej niż 100 euro. Ostrzega też przed tanimi klonami tych urządzeń o słabych parametrach.
W CAMK używano odbiorników 8- i 12-bitowych. Tańszy Nooelec wystarczał do wykrycia linii wodoru; 12-bitowy Airspy ułatwiał pracę w miejskim otoczeniu pełnym zakłóceń. Cały sprzęt elektroniczny CAMK kosztował mniej niż 2000 zł, z czego około 250 euro przypadło na sam Airspy. Sprawdzono też inną antenę: niewielką czaszę offsetową 56 × 62 cm z elementem odbiorczym dobranym do tej częstotliwości. Próba z 18 grudnia 2024 roku dała wynik podobny do uzyskanego z tubą.
Komputer pomaga wydobyć sygnał
W projekcie wykorzystano DSPIRA działające w środowisku GNU Radio, które pozwala składać kolejne etapy obróbki sygnału z połączonych bloków. Komputer zbiera pomiary, przetwarza je i wyświetla widmo. Polska instrukcja opisuje czas zbierania sygnału rzędu kilku minut, bez potrzeby precyzyjnego śledzenia ruchu nieba.
Osobna instrukcja instalacji oprogramowania pochodzi z maja 2024 roku i dotyczy Linuksa w wersji Xubuntu 22.04.3 LTS. Przykładowy schemat przetwarzania jest w niej ustawiony pod Airspy, więc przy tańszym odbiorniku RTL-SDR trzeba zmienić źródło sygnału na rtl=0 i obniżyć częstotliwość próbkowania z 10 do 2,4 mln próbek na sekundę. Kroki opisano dla tamtej wersji systemu, więc na nowszych wydaniach mogą wymagać poprawek. Dla Windowsa instrukcja odsyła do innych darmowych programów.
Na początek najlepiej obejrzeć dokumentację i wyniki CAMK, sprawdzić zakres posiadanego odbiornika i wybrać jedną opisaną konstrukcję anteny. Pierwszym celem jest powtarzalne zarejestrowanie linii wodoru. Taki wynik pozwala przejść od oglądania cudzych zdjęć kosmosu do własnego pomiaru.
Artykuł powstał na podstawie dokumentacji projektu CAMK Small Radio Telescope oraz instrukcji Miljenka Čemeljicia; nie jest relacją z własnego testu sprzętu.
