Спостереження за нічним небом може бути пасивним заняттям. Але це негаразд. Ми постійно піддаємося впливу невидимих сигналів — радіохвиль, випромінюваних зірками, галактиками та об’єктами, які надто холодні чи далекі, щоб випромінювати видиме світло. Але їх важко зловити. Одна супутникова антена – це як спроба розглянути знак за милю від вас, заплющивши одне око. Ви отримуєте розмите уявлення про те, що там знаходиться, але упускаєте деталі. Щоб вирішити цю проблему, астрономи розробили прийом, який перетворює безліч незалежних антен на суперлінз розміром із Землю.
Це радіоінтерферометр.
Хоча це звучить як складний технічний термін, концепція напрочуд проста. Використовуйте дві або більше окремих антени. Направте їх на ту саму мету в космосі. Потім підключіть їх до одного приймача. Комбінуючи сигнали, можна досягти роздільної здатності, неможливої для однієї антени. Антени не обов’язково повинні бути поруч один з одним. Вони можуть бути розкидані полями, континентами і навіть перебувати на орбіті. Японський супутник VSOP, разом із наземними телескопами, створює базис (відстань між найвіддаленішими точками масиву) до 33 000 кілометрів. Це ближче до Місяця, ніж будь-коли бували більшість людей.
Чому розмір має значення в радіоастрономії
Принцип роботи радіоінтерферометра такий самий, як у оптичних інтерферометрів, що використовуються в оптичній астрономії. Але є одна проблема. Радіохвилі набагато довші за світлові хвилі. Радіохвилі можуть бути розміром з автобус. Світлові хвилі менше піщинки. Оскільки довжина хвилі значно більша, інструмент необхідно масштабувати, щоб відповідати.
Тут розпочинається цікава фізика. Коли радіохвилі від далекої зірки досягають Землі, вони не потрапляють у всі антени в той самий наносекундний момент. Хвиля спочатку потрапляє до найближчої антени. Щоб досягти наступної, їй потрібен час, щоб пройти через землю. Ця різниця у часі створює фазове зрушення. Якщо просто скласти вихідні сигнали, вони можуть погасити один одного або створити шум.
Тому інженери використовують механізм змінної затримки. По суті, це високошвидкісний таймер, який затримує сигнал від ближчої антени, очікуючи, поки радіохвиля досягне дальшої антени. Як тільки вони синхронізуються, система дозволяє їм інтерферувати. Це той самий ефект інтерференційної картини, який спостерігається при киданні двох каменів у ставок. Хвилі перетинаються, утворюючи області високого рівня (посилення) та плоскі поверхні (придушення).
У деяких конфігураціях антени фіксовано. Обертання Землі змінює їхню відстань щодо джерела сигналу, що призводить до поперемінного посилення та придушення сигналу. В інших випадках антени можна фізично переміщувати, щоб змінити відстань між ними. Відстань, необхідне інтерференції, залежить від довжини хвилі і діаметра джерела. Якщо ви знаєте довжину хвилі та вимірюєте інтерференційну картину, ви можете обчислити фізичний розмір об’єкта, що випромінює хвилі. Це спосіб виміряти незмірне.
Король рівнин: VLA
Якщо ви хочете дізнатися, як виглядають найпотужніші радіоінтерферометри
