Радиотелескопы и интерферометрия
Радиотелескопы и интерферометрия позволяют обнаруживать и комбинировать радиоизлучение из космоса, используя большие антенны и их массивы для достижения чувствительности и углового разрешения, значительно превосходящих возможности одиночной антенны.
Definition
Инструментарий радиоастрономии включает антенны, приемники и системы комбинирования сигналов, используемые для наблюдения электромагнитного излучения с длиной волны от примерно сантиметра до десятков метров, включая интерферометры, которые синтезируют разрешающую способность значительно большей апертуры.
Scope
Эта область охватывает антенны и рефлекторы, собирающие радиоволны, малошумящие приемники, которые усиливают и детектируют слабые сигналы, принципы апертурного синтеза, с помощью которого массивы антенн формируют изображения высокого разрешения, а также радиоинтерферометрию со сверхдлинными базами, связывающую антенны на разных континентах для получения самых четких изображений в астрономии.
Sub-topics
Core questions
- Как слабые радиосигналы собираются и усиливаются выше уровня шума приемника?
- Как комбинирование сигналов от разнесенных антенн улучшает угловое разрешение?
- Что такое апертурный синтез и как он формирует изображение?
- Как антенны по всему миру могут действовать как единый телескоп?
Key theories
- Интерферометрия и теорема Ван Циттерта-Цернике
- Корреляция сигналов от пары антенн измеряет одну компоненту Фурье яркости неба, поэтому массив, отбирающий множество баз, может реконструировать изображение — это соотношение формализовано теоремой Ван Циттерта-Цернике.
- Апертурный синтез
- Используя вращение Земли и множество пар антенн для заполнения плоскости пространственных частот, массив синтезирует разрешение апертуры, столь же большой, как и его самая длинная база.
- Системная температура и чувствительность
- Радиочувствительность определяется системной температурой, полосой пропускания и временем интегрирования, что обусловливает использование охлаждаемых малошумящих приемников и больших собирающих площадей.
Clinical relevance
Радиоинструментарий открыл окно в мир пульсаров, космического микроволнового фона, мазеров, активных ядер галактик и холодного газа галактик; интерферометрические массивы теперь обеспечивают получение изображений с разрешением в миллиарксекунды, что позволяет исследовать окружение черных дыр.
History
Янски обнаружил космическое радиоизлучение в 1932 году, а Ребер построил первую специализированную антенну, но область была преобразована благодаря разработке Райлом апертурного синтеза в 1950-х и 1960-х годах. В настоящее время доминируют такие массивы, как Very Large Array, ALMA и глобальные сети со сверхдлинными базами, причем последние получили первые изображения теней черных дыр.
Key figures
- Karl Jansky
- Grote Reber
- Martin Ryle
Related topics
Seminal works
- thompson2017
- wilson2013
- burke2019
Frequently asked questions
- Почему радиотелескопы значительно больше оптических телескопов?
- Угловое разрешение зависит от размера апертуры, измеряемого в длинах волн, а радиоволны намного длиннее световых волн, поэтому радиотелескоп должен быть огромным, чтобы соответствовать даже скромному оптическому телескопу. Интерферометрия обходит это, комбинируя множество разнесенных антенн, чтобы они действовали как одна огромная апертура.
- Как интерферометр создает изображение без единого большого зеркала?
- Каждая пара антенн измеряет одну пространственно-частотную компоненту неба. Используя множество пар антенн и позволяя вращению Земли сканировать базы, массив отбирает достаточно компонент, чтобы преобразование Фурье реконструировало изображение — метод, называемый апертурным синтезом.