تلسکوپهای رادیویی و تداخلسنجی
تلسکوپهای رادیویی و تداخلسنجی، انتشار امواج رادیویی از کیهان را شناسایی و ترکیب میکنند. این ابزارها با استفاده از آنتنها و آرایههای بزرگ، به حساسیتها و وضوح زاویهای بسیار فراتر از یک دیش منفرد دست مییابند.
Definition
ابزار دقیق نجوم رادیویی شامل آنتنها، گیرندهها و سیستمهای ترکیب سیگنال است که برای مشاهده تابش الکترومغناطیسی با طول موج تقریبی از یک سانتیمتر تا دهها متر استفاده میشود، از جمله تداخلسنجها که قدرت تفکیک یک دیافراگم بسیار بزرگتر را سنتز میکنند.
Scope
این حوزه شامل آنتنها و بازتابندههایی است که امواج رادیویی را جمعآوری میکنند، گیرندههای کمنویز که سیگنالهای ضعیف را تقویت و شناسایی میکنند، اصول سنتز دیافراگم (aperture synthesis) که توسط آن آرایههای آنتن تصاویر با وضوح بالا را تشکیل میدهند، و تداخلسنجی با خط پایه بسیار بلند (very long baseline interferometry) که آنتنها را در سراسر قارهها به هم متصل میکند تا واضحترین تصاویر را در نجوم به دست آورد.
Sub-topics
Core questions
- چگونه سیگنالهای رادیویی ضعیف جمعآوری و بالاتر از نویز گیرنده تقویت میشوند؟
- چگونه ترکیب سیگنالها از آنتنهای جداگانه وضوح زاویهای را بهبود میبخشد؟
- سنتز دیافراگم چیست و چگونه یک تصویر را تشکیل میدهد؟
- چگونه آنتنها در سراسر جهان میتوانند به عنوان یک تلسکوپ واحد عمل کنند؟
Key theories
- تداخلسنجی و قضیه ون سیترت-زرنیکه
- همبستهسازی سیگنالها از یک جفت آنتن، یک مؤلفه فوریه از روشنایی آسمان را اندازهگیری میکند، بنابراین یک آرایه که بسیاری از خطوط پایه را نمونهبرداری میکند، میتواند یک تصویر را بازسازی کند، رابطهای که توسط قضیه ون سیترت-زرنیکه رسمی شده است.
- سنتز دیافراگم
- با استفاده از چرخش زمین و جفتهای آنتن متعدد برای پر کردن صفحه فرکانس فضایی، یک آرایه وضوح یک دیافراگم به بزرگی طولانیترین خط پایه خود را سنتز میکند.
- دمای سیستم و حساسیت
- حساسیت رادیویی توسط دمای سیستم، پهنای باند و زمان انتگرالگیری تعیین میشود، که انگیزهای برای گیرندههای کمنویز خنکشده و مناطق جمعآوری بزرگ است.
Clinical relevance
ابزار دقیق رادیویی پنجرهای را به روی تپاخترها، تابش زمینه کیهانی، میزرها، هستههای فعال کهکشانی و گاز سرد کهکشانها گشود؛ آرایههای تداخلسنجی اکنون تصویربرداری میلیثانیهای را ارائه میدهند که محیط اطراف سیاهچالهها را تفکیک میکند.
History
جانسکی در سال 1932 انتشار امواج رادیویی کیهانی را شناسایی کرد و ربر اولین دیش اختصاصی را ساخت، اما این حوزه با توسعه سنتز دیافراگم توسط رایل در دهههای 1950 و 1960 متحول شد. آرایههایی مانند آرایه بسیار بزرگ (Very Large Array)، آلما (ALMA) و شبکههای جهانی خط پایه بسیار بلند اکنون غالب هستند، که مورد آخر اولین تصاویر از سایههای سیاهچاله را تولید کرده است.
Key figures
- Karl Jansky
- Grote Reber
- Martin Ryle
Related topics
Seminal works
- thompson2017
- wilson2013
- burke2019
Frequently asked questions
- چرا تلسکوپهای رادیویی بسیار بزرگتر از تلسکوپهای نوری هستند؟
- وضوح زاویهای به اندازه دیافراگم اندازهگیری شده بر حسب طول موج بستگی دارد، و امواج رادیویی بسیار طولانیتر از امواج نوری هستند، بنابراین یک دیش رادیویی باید بسیار بزرگ باشد تا حتی با یک تلسکوپ نوری متوسط مطابقت داشته باشد. تداخلسنجی با ترکیب بسیاری از آنتنهای جداگانه برای عمل به عنوان یک دیافراگم وسیع، این مشکل را دور میزند.
- چگونه یک تداخلسنج بدون یک آینه بزرگ منفرد تصویر ایجاد میکند؟
- هر جفت آنتن یک مؤلفه فرکانس فضایی از آسمان را اندازهگیری میکند. با استفاده از جفتهای آنتن متعدد و اجازه دادن به چرخش زمین برای جاروب کردن خطوط پایه، آرایه به اندازه کافی مؤلفه را نمونهبرداری میکند که یک تبدیل فوریه تصویر را بازسازی میکند، تکنیکی که سنتز دیافراگم نامیده میشود.