التلسكوبات الراديوية والتداخل الراديوي
تكتشف التلسكوبات الراديوية والتداخل الراديوي الانبعاثات ذات الأطوال الموجية الراديوية من الكون وتجمعها، باستخدام هوائيات ومصفوفات كبيرة للوصول إلى حساسيات ودقة زاوية تتجاوز بكثير ما يمكن أن يحققه طبق واحد.
Definition
تتألف أجهزة الفلك الراديوي من الهوائيات والمستقبلات وأنظمة دمج الإشارات المستخدمة لرصد الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي تتراوح أطواله الموجية تقريبًا من سنتيمتر واحد إلى عشرات الأمتار، بما في ذلك مقاييس التداخل التي تُركّب القدرة التحليلية لفتحة أكبر بكثير.
Scope
يغطي هذا المجال الهوائيات والعاكسات التي تجمع الموجات الراديوية، والمستقبلات منخفضة الضوضاء التي تضخم وتكشف الإشارات الخافتة، ومبادئ تركيب الفتحة (aperture synthesis) التي تشكل بها مصفوفات الهوائيات صورًا عالية الدقة، والتداخل الراديوي ذو الخط الأساسي الطويل جدًا (very long baseline interferometry) الذي يربط الهوائيات عبر القارات لتحقيق أوضح الصور في علم الفلك.
Sub-topics
Core questions
- كيف يتم جمع الإشارات الراديوية الخافتة وتضخيمها فوق ضوضاء المستقبل؟
- كيف يؤدي دمج الإشارات من هوائيات منفصلة إلى تحسين الدقة الزاوية؟
- ما هو تركيب الفتحة (aperture synthesis) وكيف يشكل صورة؟
- كيف يمكن للهوائيات المنتشرة حول العالم أن تعمل كتلسكوب واحد؟
Key theories
- التداخل الراديوي ونظرية فان سيترت-زيرنيكه (van Cittert-Zernike theorem)
- يقيس ربط الإشارات من زوج من الهوائيات مكونًا واحدًا من مكونات فورييه لسطوع السماء، لذا يمكن لمصفوفة تأخذ عينات من العديد من الخطوط الأساسية إعادة بناء صورة، وهي علاقة تم إضفاء الطابع الرسمي عليها بواسطة نظرية فان سيترت-زيرنيكه.
- تركيب الفتحة (Aperture synthesis)
- باستخدام دوران الأرض والعديد من أزواج الهوائيات لملء مستوى التردد المكاني، تُركّب المصفوفة دقة فتحة بحجم أطول خط أساس لها.
- درجة حرارة النظام والحساسية
- تتحكم درجة حرارة النظام، وعرض النطاق الترددي، ووقت التكامل في الحساسية الراديوية، مما يحفز استخدام مستقبلات مبردة منخفضة الضوضاء ومناطق تجميع كبيرة.
Clinical relevance
فتحت الأجهزة الراديوية نافذة على النجوم النابضة، والإشعاع الكوني الميكروي الخلفي، والميزرات، والنوى المجرية النشطة، والغاز البارد في المجرات؛ وتقدم مصفوفات التداخل الآن تصويرًا بدقة المللي ثانية قوسية (milliarcsecond) يحلل بيئات الثقوب السوداء.
History
اكتشف يانسكي الانبعاثات الراديوية الكونية في عام 1932، وبنى ريبر أول طبق مخصص، لكن المجال تحول بفضل تطوير رايل لتركيب الفتحة في الخمسينيات والستينيات. تهيمن الآن مصفوفات مثل مصفوفة التلسكوب الكبير جدًا (Very Large Array)، وألما (ALMA)، وشبكات الخط الأساسي الطويل جدًا العالمية، وقد أنتجت الأخيرة أول صور لظلال الثقوب السوداء.
Key figures
- Karl Jansky
- Grote Reber
- Martin Ryle
Related topics
Seminal works
- thompson2017
- wilson2013
- burke2019
Frequently asked questions
- لماذا التلسكوبات الراديوية أكبر بكثير من التلسكوبات البصرية؟
- تعتمد الدقة الزاوية على حجم الفتحة المقاس بالأطوال الموجية، والموجات الراديوية أطول بكثير من موجات الضوء، لذا يجب أن يكون الطبق الراديوي ضخمًا ليضاهي حتى تلسكوبًا بصريًا متواضعًا. يتجنب التداخل الراديوي ذلك عن طريق دمج العديد من الهوائيات المنفصلة لتعمل كفتحة واحدة واسعة.
- كيف يقوم مقياس التداخل الراديوي بإنشاء صورة بدون مرآة كبيرة واحدة؟
- يقيس كل زوج من الهوائيات مكونًا واحدًا من مكونات التردد المكاني للسماء. باستخدام العديد من أزواج الهوائيات وترك دوران الأرض يمسح الخطوط الأساسية، تأخذ المصفوفة عينات كافية من المكونات بحيث يقوم تحويل فورييه بإعادة بناء الصورة، وهي تقنية تسمى تركيب الفتحة (aperture synthesis).