Obserwowanie nocnego nieba może wydawać się bierną czynnością. Ale to nieprawda. Jesteśmy stale narażeni na niewidzialne sygnały – fale radiowe emitowane przez gwiazdy, galaktyki i obiekty, które są zbyt zimne lub odległe, aby emitować światło widzialne. Ale trudno je złapać. Jedna antena satelitarna to tak, jakby z zamkniętym okiem widzieć znak z odległości mili. Masz mgliste pojęcie o tym, co tam jest, ale brakuje Ci szczegółów. Aby rozwiązać ten problem, astronomowie opracowali technikę, która zamienia wiele niezależnych anten w supersoczewkę wielkości Ziemi.
To jest interferometr radiowy.
Choć brzmi to jak skomplikowany termin techniczny, koncepcja jest zaskakująco prosta. Użyj dwóch lub więcej oddzielnych anten. Skieruj je na ten sam cel w przestrzeni. Następnie podłącz je do tego samego odbiornika. Łącząc sygnały, możliwe jest osiągnięcie rozdzielczości, które nie są możliwe przy użyciu pojedynczej anteny. Anteny nie muszą znajdować się obok siebie. Mogą być rozproszone po polach, kontynentach, a nawet na orbicie. Japoński satelita VSOP w połączeniu z naziemnymi teleskopami tworzy bazę (odległość pomiędzy najdalszymi punktami układu) wynoszącą aż 33 000 kilometrów. To jest bliżej Księżyca niż większość ludzi kiedykolwiek była.
Dlaczego rozmiar ma znaczenie w radioastronomii
Zasada działania interferometru radiowego jest taka sama, jak w przypadku interferometrów optycznych stosowanych w astronomii optycznej. Ale jest jeden problem. Fale radiowe są znacznie dłuższe niż fale świetlne. Fale radiowe mogą być tak duże jak autobus. Fale świetlne są mniejsze niż ziarnko piasku. Ponieważ długość fali jest znacznie dłuższa, instrument musi zostać odpowiednio przeskalowany.
Tutaj zaczyna się interesująca fizyka. Kiedy fale radiowe z odległej gwiazdy docierają do Ziemi, nie docierają do wszystkich anten w tej samej nanosekundowej chwili. Fala najpierw uderza w najbliższą antenę. Aby dotrzeć do kolejnego, podróż po ziemi wymaga czasu. Ta różnica czasu powoduje przesunięcie fazowe. Jeśli po prostu dodasz oryginalne sygnały do siebie, mogą się one wzajemnie znosić lub powodować szum.
Dlatego inżynierowie stosują mechanizm o zmiennym opóźnieniu. Zasadniczo jest to szybki zegar, który opóźnia sygnał z bliższej anteny w oczekiwaniu, aż fala radiowa dotrze do bardziej odległej anteny. Kiedy już zostaną „zsynchronizowane”, system pozwala im na ingerencję. Jest to ten sam efekt interferencji, który obserwuje się po wrzuceniu dwóch kamieni do stawu. Fale przecinają się, tworząc obszary wysokiego poziomu (wzmocnienie) i płaskie powierzchnie (tłumienie).
W niektórych konfiguracjach anteny są stałe. Obrót Ziemi zmienia ich odległość od źródła sygnału, co skutkuje naprzemiennym wzmocnieniem i tłumieniem sygnału. W innych przypadkach anteny można fizycznie przesunąć, aby zmienić odległość między nimi. Odległość wymagana do wystąpienia zakłóceń zależy od długości fali i średnicy źródła. Jeśli znasz długość fali i mierzysz wzór interferencji, możesz obliczyć fizyczny rozmiar obiektu emitującego fale. Jest to sposób na zmierzenie tego, co niezmierzone.
Król Równin: VLA
Jeśli chcesz wiedzieć jak wyglądają najpotężniejsze interferometry radiowe
