Для чего используют радиоинтерферометры кратко
Обновлено: 04.07.2024
Радиотелескоп, в котором наблюдение объекта ведется с помощью двух или нескольких отдельных антенн одновременно. Полученные сигналы поступают в приемник и усиливаются. Корреляция амплитуды и фазы сигналов, полученных от разных антенн, зависит от пространственного распределения радиоизлучения источника. Одно такое измерение не позволяет получить сколько-нибудь важной информации об изучаемом источнике, но если менять расстояние между антеннами и их взаимное расположение, то компьютерный анализ корреляций между получаемыми сигналами позволяет построить карты распределения радиояркости неба. Этот метод используется, в частности, в методах синтеза апертур на основе земного вращения.
Энциклопедический словарь
радиотелескоп с двумя или более антеннами, разнесенными на значительное расстояние и присоединенными к одному приемнику (либо с синхронизированной записью сигналов). Разрешающая способность радиоинтерферометра с базой ~10 км ок. 1?, а радиоинтерферометра со сверхдлинной базой, соизмеримой с диаметром Земли, - до 0,001?.
Большая Советская Энциклопедия
инструмент для радиоастрономических наблюдений, который состоит из двух антенн, разнесённых на расстояния D (база) и связанных между собой кабельной, волноводной или ретрансляционной линией связи. Сигналы, принимаемые антеннами от источника радиоизлучения, подаются по линии связи на вход общего приёмною устройства (рис. 1, детектор), где они анализируются и регистрируются. В зависимости от угла между направлением на источник и нормалью к базе изменяются разность фаз сигналов, приходящих к точке сложения, мощность принимаемого сигнала U, и в результате в пространстве чередуются зоны наличия и отсутствия приёма; т. о., Р. имеет многолепестковую диаграмму направленности. Угловой период лепестков равен q0 = l/D, огибающая определяется конечным размером антенн d, из которых составлен Р., ширина огибающей примерно равна lld (рис. 2). Многолепестковая структура диаграммы направленности определяет применение Р. главным образом для вычисления угловых размеров источников ДО по глубине модуляции лепестков:
или координат источника по фазе лепестков; ½Г½ = 1 в случае точечного источника (Dq Добавить свое значение
- Радиоинтерферометр — инструмент для радиоастрономических наблюдений с высоким угловым разрешением, который состоит, как минимум, из двух антенн, разнесённых на расстоянии и связанных между собой кабельной линией связи.
Радиоинтерферометры используются для измерения тонких угловых деталей в радиоизлучении неба. В частности, с их помощью получают особо точные координаты и угловые размеры астрономических объектов, а также радиоизображения небесных тел с высоким разрешением.
С помощью радиоинтерферометрии достигаются угловые разрешения до ~0,001″. Для сравнения, предельное угловое разрешение одиночных антенн радиотелескопов - ~17″ (диаметра 100 м на длине волны 7 мм), что недостаточно для разрешения структуры далёких радиоисточников. В оптике разрешение больших наземных телескопов (диаметр ~6 м) имеет предел ~1″. Радиоинтерферометрия даёт возможность проводить такие важные для астрономии исследования, как: измерения положений радиоисточников с точностью, позволяющей достигать отождествления с объектами, обнаруженными в оптическом и других диапазонах электромагнитного спектра; измерять и сравнивать с соизмеримым угловым разрешением такие параметры, как яркость, поляризация и частотный спектр деталей объекта исследования в радиодиапазоне и в оптике.
Связанные понятия
Интерферометр — измерительный прибор, действие которого основано на явлении интерференции. Принцип действия интерферометра заключается в следующем: пучок электромагнитного излучения (света, радиоволн и т. п.) с помощью того или иного устройства пространственно разделяется на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из пучков проходит различные оптические пути и направляется на экран, создавая интерференционную картину, по которой можно установить разность фаз интерферирующих пучков в.
Радиотелеско́п — астрономический инструмент для приёма радиоизлучения небесных объектов (в Солнечной системе, Галактике и Метагалактике) и исследования их характеристик, таких как: координаты, пространственная структура, интенсивность излучения, спектр и поляризация.
Радиоастроно́мия — раздел астрономии, изучающий космические объекты путём исследования их электромагнитного излучения в диапазоне радиоволн. Объектами излучения являются практически все космические тела и их комплексы (от тел Солнечной системы до Метагалактики), а также вещество и поля, заполняющие космическое пространство (межпланетная среда, межзвёздный газ, межзвёздная пыль и магнитные поля, космические лучи, реликтовое излучение и т. п.). Метод исследования — регистрация космического радиоизлучения.
Радиово́лны — электромагнитные волны с частотами до 3 ТГц, распространяющиеся в пространстве без искусственного волновода. Радиоволны в электромагнитном спектре располагаются от крайне низких частот вплоть до инфракрасного диапазона. С учетом классификации Международным союзом электросвязи радиоволн по диапазонам, к радиоволнам относят электромагнитные волны с частотами от 0,03 Гц до 3 ТГц, что соответствует длине волны от 10 млн. километров до 0,1 миллиметра.
Радиоастрономия — раздел астрономии, изучающий космические объекты путём исследования их электромагнитного излучения в диапазоне радиоволн (от миллиметровых до километровых).
Астрономические радиоисточники (радиоисточники) — это объекты, находящиеся в космическом пространстве, и имеющие сильное излучение в радиодиапазоне. Такие объекты представляют одни из самых экстремальных и энергетических процессов во вселенной. Радиоисточники исследуются посредством регистрации космического радиоизлучения с помощью радиотелескопов.
Эффе́кт До́плера — изменение частоты и, соответственно, длины волны излучения, воспринимаемое наблюдателем (приёмником), вследствие движения источника излучения и/или движения наблюдателя (приёмника). Эффект назван в честь австрийского физика Кристиана Доплера.
Спектрометр (лат. spectrum от лат. spectare — смотреть и метр от др.-греч. μέτρον — мера, измеритель) — оптический прибор, используемый в спектроскопических исследованиях для накопления спектра, его количественной обработки и последующего анализа с помощью различных аналитических методов. Анализируемый спектр получается путём регистрации флуоресценции после воздействия на исследуемое вещество каким-либо излучением (рентгеновским или лазерным излучением, искровым воздействием и др.). Обычно измеряемыми.
Радиолокацио́нная астроно́мия — один из разделов астрономии, исследования небесных тел с помощью радиолокации. Позволяет определять скорости и расстояние до них, размеры, элементы вращения, свойства поверхности. В отличие от пассивных астрономических наблюдений, когда анализируется собственное или рассеянное излучение, при радиолокации информация получается путём сравнения зондирующего сигнала, параметры которого известны, с эхосигналом. Таким образом реализуется беспрецедентная точность измерений.
Адаптивная оптика — раздел физической оптики, изучающий методы устранения нерегулярных искажений, возникающих при распространении света в неоднородной среде, с помощью управляемых оптических элементов. Основные задачи адаптивной оптики — это повышение предела разрешения наблюдательных приборов, концентрация оптического излучения на приёмнике или мишени и т. п.
Интерферометр Майкельсона — двухлучевой интерферометр, изобретённый Альбертом Майкельсоном. Данный прибор позволил впервые измерить длину волны света. В опыте Майкельсона интерферометр был использован Майкельсоном и Морли для проверки гипотезы о светоносном эфире в 1887 году.
Фото́метр — прибор для измерения каких-либо из фотометрических величин, чаще других — одной или нескольких световых величин.
Этот список космических телескопов (астрономических обсерваторий в космосе), сгруппированный по основным диапазонам частот : Гамма-излучение, Рентгеновское излучение, Ультрафиолетовое излучение, Видимое излучение, Инфракрасное излучение, Микроволновое излучение и Радиоизлучение. Телескопы, работающие в различных частотных диапазонах, включены во всех соответствующих разделах. Космические телескопы, которые собирают частицы, такие как ядра атомов или электроны, а также инструменты, направленные на.
Рентгеновский телескоп (англ. X-ray telescope, XRT) — телескоп, предназначенный для наблюдения удаленных объектов в рентгеновском спектре. Для работы таких телескопов обычно требуется поднять их над атмосферой Земли, непрозрачной для рентгеновских лучей. Поэтому телескопы размещают на высотных ракетах или на искусственных спутниках Земли.
Дете́ктор гравитацио́нных волн (гравитационно-волновой телескоп) — техническое устройство, предназначенное для регистрации гравитационных волн. Согласно ОТО, гравитационные волны, образующиеся, например, в результате слияния двух чёрных дыр где-то во Вселенной, вызывают чрезвычайно слабое периодическое изменение расстояний между пробными частицами вследствие колебаний самого пространства-времени. Эти колебания пробных тел и регистрирует детектор. Кроме того, такие детекторы способны измерять гравитационные.
Радио́метр — общее название ряда приборов, предназначенных для измерения энергетических характеристик того или иного излучения.
Субмиллиметровая астрономия (англ. Submillimetre astronomy) — раздел наблюдательной астрономии, связанный с наблюдениями в субмиллиметровом диапазоне длин волн (терагерцевое излучение). Астрономы помещают субмиллиметровый диапазон между далёким инфракрасным диапазоном и микроволновым диапазоном, то есть в области длин волн от нескольких сотен микрометров до миллиметра. В субмиллиметровой астрономии единицей измерения длин волн зачастую является микрон.
Антенная решётка (АР) — сложная антенна, состоящая из совокупности отдельных антенн (излучающих элементов), расположенных в пространстве особым образом. Антенные решётки применяются для повышения коэффициента направленного действия антенны как системы излучающих элементов по сравнению с одиночным элементом и для получения возможности управления формой диаграммы направленности (в том числе, ориентации в пространстве) с помощью электрических сигналов (электрическое сканирование луча в противовес механическому.
Спектроскоп (спектрометр, спектрограф) (от спектр и др.-греч. σκοπέω — смотрю) — оптический прибор для визуального наблюдения спектра излучения. Используется для быстрого качественного спектрального анализа веществ в химии, металлургии (например, стилоскоп) и т. д. Разложение излучения в спектр осуществляется, например, оптической призмой. С помощью флуоресцентного окуляра визуально наблюдают ультрафиолетовый спектр, с помощью электронно-оптического преобразователя — ближнюю инфракрасную область.
Солнечный телескоп (англ. Solar telescope) — специальный телескоп, предназначенный для наблюдения Солнца. Солнечные телескопы обычно наблюдают в области длин волн вблизи видимой части спектра. Другие названия солнечных телескопов: гелиограф и фотогелиограф.
Фурье-спектрометр — оптический прибор, используемый для количественного и качественного анализа содержания веществ в газовой пробе.
Инфракрасная астрономия — раздел астрономии и астрофизики, исследующий космические объекты, видимые в инфракрасном (ИК) излучении. При этом под инфракрасным излучением подразумевают электромагнитные волны с длиной волны от 0,74 до 2000 мкм. Инфракрасное излучение находится в диапазоне между видимым излучением, длина волны которого колеблется от 380 до 750 нанометров, и субмиллиметровым излучением.
Боло́метр (др.-греч. βολή — луч и μέτρον — мера) — тепловой приёмник излучения, чаще всего оптического (а именно — ИК-диапазона). Был изобретён Самуэлем Пирпонтом Лэнгли в 1878 году.
Миллиметро́вые во́лны (ММВ) — диапазон радиоволн с длиной волны от 10 мм до 1 мм, что соответствует частоте от 30 ГГц до 300 ГГц (крайне высокие частоты, КВЧ, англ. Extremely high frequency, EHF).
Рентгеновская астрономия — раздел астрономии, исследующий космические объекты по их рентгеновскому излучению. Под рентгеновским излучением обычно понимают электромагнитные волны в диапазоне энергии от 0,1 до 100 кэВ (от 100 до 0,1 Å). Энергия рентгеновских фотонов гораздо больше, нежели оптических, поэтому в рентгеновском диапазоне излучает вещество, нагретое до чрезвычайно высоких температур. Источниками рентгеновского излучения являются чёрные дыры, нейтронные звезды, квазары и другие экзотические.
Инфракра́сное излуче́ние — электромагнитное излучение, занимающее спектральную область между красным концом видимого света (с длиной волны λ = 0,74 мкм и частотой 430 ТГц) и микроволновым радиоизлучением (λ ~ 1—2 мм, частота 300 ГГц).
Дифракцио́нный преде́л — это минимальное значение размера пятна (пятно рассеяния), которое можно получить, фокусируя электромагнитное излучение. Меньший размер пятна не позволяет получить явление дифракции электромагнитных волн.
Спектрограф (от спектр и греч. γραφω — пишу) — спектральный прибор, в котором приёмник излучения одновременно регистрирует весь возможный электромагнитный спектр. Приёмниками излучения могут быть фотоматериалы, многоэлементные фотоприёмники (ПЗС-матрицы или линейки), электронно-оптические преобразователи. Диспергирующая система (система, которая разделяет поток излучения в зависимости от длины волны) может быть призмой, дифракционной решеткой др.
Гамма-телескоп (англ. Gamma-ray telescope) — телескоп, предназначенный для наблюдения удаленных объектов в спектре гамма-излучения. Гамма-телескопы используются для поиска и исследования дискретных источников гамма-излучения, измерения энергетических спектров галактического и внегалактического диффузного гамма-излучения, исследования гамма-всплесков и природы тёмной материи. Различают космические гамма-телескопы, детектирующие гамма-кванты непосредственно, и наземные черенковские телескопы, устанавливающие.
Микрово́лновое излучение, сверхвысокочасто́тное излуче́ние (СВЧ-излучение) — электромагнитное излучение, включающее в себя дециметровый, сантиметровый и миллиметровый диапазоны радиоволн, частоты микроволнового излучения изменяются от 300 МГц до 300 ГГц (длина волны от 1 м до 1 мм). Данное определение относит к микроволнам как УВЧ диапазон (дециметровые волны), так и КВЧ диапазон (миллиметровые волны), тогда как в радиолокации микроволновым диапазоном принято обозначать волны с частотами от 1 до.
Гравитационно-волновая астрономия — раздел астрономии, изучающий космические объекты путём исследования их гравитационного излучения при помощи регистрации его прямого воздействия на детекторы гравитационных волн. Представляет собой активно развивающуюся область наблюдательной астрономии, использующую гравитационные волны (малейшие искривления пространства-времени, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна) для сбора данных об объектах, таких как нейтронные звезды и черные дыры, о таких.
Поляриза́ция волн — характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.
Рентгеновский пульсар — космический источник переменного рентгеновского излучения, приходящего на Землю в виде периодически повторяющихся импульсов.
Резона́тор Фабри́ — Перо́ — является основным видом оптического резонатора и представляет собой два соосных, параллельно расположенных и обращенных друг к другу зеркала, между которыми может формироваться резонансная стоячая оптическая волна. В лазерах одно из зеркал делается обычно более пропускающим для преимущественного вывода излучения в этом направлении.
Фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) — электровакуумный прибор, в котором поток электронов, излучаемый фотокатодом под действием оптического излучения (фототок), усиливается в умножительной системе в результате вторичной электронной эмиссии; ток в цепи анода (коллектора вторичных электронов) значительно превышает первоначальный фототок (обычно в 105 раз и выше). Впервые был предложен и разработан советским изобретателем Л. А. Кубецким в 1930—1934 гг.
Астрономический спутник — космический аппарат, сконструированный для проведения астрономических наблюдений из космоса. Потребность в таком виде обсерваторий возникла из-за того, что земная атмосфера задерживает гамма-, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение космических объектов, а также большую часть инфракрасного излучения.
Электромагни́тные во́лны / электромагни́тное излуче́ние — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля.Среди электромагнитных полей, порождённых электрическими зарядами и их движением, принято относить к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.
Поляриметр (полярископ, — только для наблюдения) — прибор, предназначенный для измерения угла вращения плоскости поляризации, вызванной оптической активностью прозрачных сред, растворов (сахарометрия) и жидкостей. В широком смысле поляриметр — это прибор, измеряющий параметры поляризации частично поляризованного излучения (в этом смысле могут измеряться параметры вектора Стокса, степень поляризации, параметры эллипса поляризации частично поляризованного излучения и т.п.).
Магнито́метр — (от гр. μαγνητό — магнит + гр. μετρεω измеряю), прибор для измерения характеристик магнитного поля и магнитных свойств материалов. В зависимости от измеряемой величины различают приборы для измерения напряжённости поля (эрстедметры), направления поля (инклинаторы и деклинаторы), градиента поля (градиентометры), магнитной индукции (тесламетры), магнитного потока (веберметры, или флюксметры), коэрцитивной силы (коэрцитиметры), магнитной проницаемости (мю-метры), магнитной восприимчивости.
Сантиметро́вые во́лны (СМВ) — диапазон радиоволн с длиной волны от 10 см до 1 см, что соответствует частоте от 3 ГГц до 30 ГГц (сверхвысокие частоты, СВЧ, англ. Super high frequency, SHF). Составная часть обширного диапазона радиоволн, получившего в СССР название ультракороткие волны, а также составная часть диапазона микроволнового излучения.
Зерка́льная анте́нна — антенна, у которой электромагнитное поле в раскрыве образуется за счёт отражения электромагнитной волны от металлической поверхности специального зеркала (рефлектора). В качестве источника волны обычно выступает небольшой излучатель, располагаемый в фокусе зеркала. В его роли может быть любая другая антенна с фазовым центром, излучающая сферическую волну. Основная цель зеркальных антенн сводится к преобразованию сферического или цилиндрического фронта волны в плоский фронт.
Радиопульса́р — космический источник импульсного радиоизлучения, приходящего на Землю в виде периодически повторяющихся всплесков (импульсов).
Рупорная антенна — металлическая конструкция, состоящая из волновода переменного (расширяющегося) сечения с открытым излучающим концом. Как правило, рупорную антенну возбуждают волноводом, присоединённым к узкому концу рупора. По форме рупора различают E-секториальные, H-секториальные, пирамидальные и конические рупорные антенны.
- инструмент для радиоастрономич. наблюдений с высоким угловым разрешением, к-рый состоит из двух или неск. антенн, разнесенных на большое расстояние и связанных между собой кабельной или ретрансляц. линией связи.
Угловое разрешение отдельного телескопа определяется диаметром D его зеркала, выраженным в длинах волн (радиан). Длины радиоволн в сотни тысяч и миллионы раз больше длин волн оптич. диапазона, и поэтому угловое разрешение даже самых крупных совр. радиотелескопов не превышает разрешения невооруженного глаза, т.е. 1'. Проблема исследования структуры радиоисточников небольших угловых размеров была решена благодаря созданию Р. Простейший Р. состоит из двух относительно небольших антенн, арзнесенных на большое расстояние друг от друга (рис. 1).
| Рис. 1. Двухэлементный радиоинтерферометр. Сигналы, принятые антеннами А1 и А2, передаются по высокочастотному кабелю и интерферируют между собой. Диаграмма направленности интерферометра состоит из узких лепестков. |
| Рис. 2. Суммарная интерференционная картина имеет конечное число лепестков (а). Ширина интерференционных лепестков зависит от длины волны (б). |
| Рис. 3. Радиоинтерферометр с преобразованием сигналов: 1 - усилитель высокой частоты, 2 - смеситель, 3 - усилитель промежуточной частоты, 4 - усилитель-умножитель, 5 - гетеродин, 6 - коррелятор. |
| Рис. 4. Радиоинтерферометр со сверх длинной базой (независимой регистрацией сигналов): 1 - усилитель высокой частоты, 2 - смеситель, 3 - усилитель видеочастот, 4 - атомный стандарт частоты, 5 - магнитофон. |
Для источников мазерного излучения на волне 1,35 см (радиолиния водяного пара) яркостная температура может достигать 10 16 К и предельное угловое разрешение - 10 -6 секунды дуги.
Лит.:
Матвеенко Л.И., Кардашев Н.С., Шоломицкий Г.Б., О радиоинтерферометре с большой базой, "Изв. высших учебных заведений" , 1965, т. 8, N 4, с. 651; Матвеенко Л.И., Радиоастрономия, М., 1977 (Итоги науки и техники. Сер. Астрономия, т. 13).
- инструмент для измерений с высоким угл. разрешением, состоящий из неск. антенн, разнесённых на большое расстояние и связанных между собой ВЧ-линией связи. Простейший Р. (аналог интерферометра Майкельсона) состоит из двух антенн (двухэлементный Р., рис. 1). Сигналы исследуемого радиоисточника принимаются антеннами, передаются по ВЧ-кабелю и суммируются (существуют также Р., в к-рых принятые сигналы предварительно детектируются, см. Интерферометр интенсивности). Принимаемые антеннами сигналы точечного источника имеют относит. запаздывание т, к-рое определяется относит. положением источника q и длиной базы В, т = Bsinq/c. Относит. запаздывание и, следовательно, разность фаз сигналов изменяются при движении источника по небесной сфере, в результате на выходе Р. возникают интерференц. максимумы и минимумы. Диаграмма направленности одиночной антенны оказывается промодулированной интерференц. лепестками. Ширина интерференц. лепестка соответствует угл.
разрешению Р. Чувствительность Р. определяется эфф. площадью антенн. Длина базы Р. ограничена ВЧ-линией связи, к-рая обычно не превышает неск. км. На больших длинах баз (до десятков км) используют ре-трансляц. линии передач. В радиоастрономии для повышения чувствительности измерений сигналы принимают в возможно большей полосе частот Df. Ширины
и положения интерференц. лепестков на разных частотах различны, что приводит к размытию интерференц.картины. И лишь там, где разность хода лучей равна нулю, интерференц. лепестки совпадают. Кол-во интерференц. лепестков обратно пропорционально ширине полосы, N = f /Df. Поэтому при наблюдении ра-диоисточников на Р. проводят компенсацию разности хода сигналов.
Дальнейшим развитием Р. является радиоин-терферометр со сверхдлинной базой. Сигналы, принятые антеннами, когерентно преобразуются и записываются на магнитофоны. Когерентное преобразование сигналов проводится с помощью квантовых стандартов частоты. С их помощью осуществляется и синхронизация записей. Записи считываются с магн. лент спец. процессором, и выделяется коррелиров. сигнал, соответствующий интерференционной картине. В этом случае линия передачи отсутствует и длины баз могут быть сделаны сколь угодно большими. Для компенсации относит. запаздывания сигналы считываются с соответствующей задержкой. Практически все крупные радиоте ескопы мира объединены в единую глобальную радиоинтерференц. сеть. Угл. разрешение сети достигает предельного (в условиях Земли) значения [~10 -4 секунды дуги (на l - 1 см)].
В отличие от обычного телескопа, Р. регистрирует не изображение объекта Т b (х, b- яркостная температура, х, - угл. координаты на небесной сфере, связанные с источником), а одну из пространственных гармоник этого изображения
где и и v- пространственные частоты, равные проекциям вектора базы В на оси c и у соответственно, выраженные в длинах волн. Чтобы получить изображение объекта Т b (х, необходимо измерить все гармоники этого изображения, т. е. провести наблюдения объекта на Р. с базами разной длины и ориентации. С помощью обратного преобразования Фурье
получают (синтезируют) изображение объекта. Практически наблюдения на Р. проводят в пределах всей видимости источника над горизонтом - при разных проекциях базы на радиоисточник. Проекция вектора базы описывает на небесной сфере эллипс (рис. 2), к-рый соответствует диапазону пространственных частот данного Р. Далее меняют расстояние между антеннами (Р. с базой пе-рем. длины) и повторяют наблюдения. Для ускорения этого процесса одно-врем. используют неск. антенн. Они образуют п(п- 1)/2 двухэлементных Р. ( п- число антенн) и т. о. существенно сокращают время наблюдений. Инструментами этого типа являются система апертурного синтеза (VLA) в Нью-Мексико (США), глобальная сеть Р. и др. (см. Антенна радиотелескопа).
Радиоинтерференц. метод применяется не только для решения астр. задач, но и в геодезии, космич. навигации, для измерений подвижек земных платформ, движения полюсов Земли и т. д.
Лит. см. при ст. Антенна радиотелескопа, Апертурный синтез. Л. И. Матвеенко..
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия . Главный редактор А. М. Прохоров . 1988 .
Читайте также: