Radiotélescopes et interférométrie
Les radiotélescopes et l'interférométrie détectent et combinent les émissions du cosmos dans les longueurs d'onde radio, en utilisant de grandes antennes et des réseaux pour atteindre des sensibilités et des résolutions angulaires bien supérieures à celles d'une antenne unique.
Definition
L'instrumentation en radioastronomie comprend les antennes, les récepteurs et les systèmes de combinaison de signaux utilisés pour observer le rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde varie approximativement d'un centimètre à plusieurs dizaines de mètres, y compris les interféromètres qui synthétisent le pouvoir de résolution d'une ouverture beaucoup plus grande.
Scope
Ce domaine couvre les antennes et les réflecteurs qui collectent les ondes radio, les récepteurs à faible bruit qui amplifient et détectent les signaux faibles, les principes de la synthèse d'ouverture par lesquels les réseaux d'antennes forment des images à haute résolution, et l'interférométrie à très longue base qui relie des antennes à travers les continents pour obtenir les images les plus nettes en astronomie.
Sub-topics
Core questions
- Comment les signaux radio faibles sont-ils collectés et amplifiés au-delà du bruit du récepteur ?
- Comment la combinaison des signaux d'antennes séparées améliore-t-elle la résolution angulaire ?
- Qu'est-ce que la synthèse d'ouverture et comment forme-t-elle une image ?
- Comment des antennes réparties à travers le globe peuvent-elles agir comme un télescope unique ?
Key theories
- Interférométrie et le théorème de van Cittert-Zernike
- La corrélation des signaux provenant d'une paire d'antennes mesure une composante de Fourier de la luminosité du ciel ; ainsi, un réseau échantillonnant de nombreuses lignes de base peut reconstruire une image, une relation formalisée par le théorème de van Cittert-Zernike.
- Synthèse d'ouverture
- En utilisant la rotation de la Terre et de nombreuses paires d'antennes pour remplir le plan des fréquences spatiales, un réseau synthétise la résolution d'une ouverture aussi grande que sa plus longue ligne de base.
- Température du système et sensibilité
- La sensibilité radio est régie par la température du système, la bande passante et le temps d'intégration, ce qui motive l'utilisation de récepteurs refroidis à faible bruit et de grandes surfaces de collecte.
Clinical relevance
L'instrumentation radio a ouvert une fenêtre sur les pulsars, le fond diffus cosmologique, les masers, les noyaux galactiques actifs et le gaz froid des galaxies ; les réseaux interférométriques fournissent désormais des images à la milliseconde d'arc qui résolvent les environnements des trous noirs.
History
Jansky a détecté l'émission radio cosmique en 1932 et Reber a construit la première antenne dédiée, mais le domaine a été transformé par le développement de la synthèse d'ouverture par Ryle dans les années 1950 et 1960. Des réseaux tels que le Very Large Array, ALMA et les réseaux mondiaux à très longue base dominent désormais, ces derniers ayant produit les premières images des ombres de trous noirs.
Key figures
- Karl Jansky
- Grote Reber
- Martin Ryle
Related topics
Seminal works
- thompson2017
- wilson2013
- burke2019
Frequently asked questions
- Pourquoi les radiotélescopes sont-ils tellement plus grands que les télescopes optiques ?
- La résolution angulaire dépend de la taille de l'ouverture mesurée en longueurs d'onde, et les ondes radio sont beaucoup plus longues que les ondes lumineuses. Par conséquent, une antenne radio doit être énorme pour égaler même un télescope optique modeste. L'interférométrie contourne ce problème en combinant de nombreuses antennes séparées pour agir comme une seule et vaste ouverture.
- Comment un interféromètre produit-il une image sans un seul grand miroir ?
- Chaque paire d'antennes mesure une composante de fréquence spatiale du ciel. En utilisant de nombreuses paires d'antennes et en laissant la rotation de la Terre balayer les lignes de base, le réseau échantillonne suffisamment de composantes pour qu'une transformée de Fourier reconstruise l'image, une technique appelée synthèse d'ouverture.