V-kosmose.com

Телескоп размером с планету. Принципы функционирования и важность интерферометрии для астрономии

Любит ли он меня? Желает ли быть вместе? Гадание онлайн на картах Таро ответит

Когда ученые говорят об оптическом телескопе, то часто упоминают размер его зеркала. Чем больше зеркало, тем острее взгляд в небеса. Это разрешающая способность, осуществляющаяся за счет свойств света – дифракции.

Когда свет проходит сквозь отверстие, то распространяется или рассеивается. Чем меньше отверстие, тем больше света распространяется, из-за чего снимки получаются размытыми. Поэтому крупные телескопы получают более качественные снимки.

Дифракция зависит не только от размера телескопа, но и от длины наблюдаемых волн света. Чем больше длина волны, тем больше света дифрагирует для конкретного размера отверстия. Например, у видимого света малая длина волны – меньше одной миллионной метра. А вот у радио-света она в тысячу раз длиннее.

Чтобы получать четкие изображения, нужно создать радиотелескоп, который будет в тысячу раз больше оптического. К счастью, этого эффекта добиваются за счет метода интерферометрии.

Чтобы создать радиотелескоп с высоким разрешением, нужно раздобыть тарелку с шириной в 10 км. Вот только даже самый большой такой инструмент FAST (китайский телескоп) достигает ширины всего в 500 км. Поэтому ученые создают не одно, а десятки и сотни небольших тарелок, которые функционируют вместе.

Но это не так просто, как собрать много маленьких антенн. В одном телескопе свет от удаленного объекта попадает в телескоп и фокусируется зеркалом или линзой на детектор. Свет, покинувший объект, одновременно падает на детектор, поэтому изображение синхронизируется. При наличии набора радиоприемников, у каждого из них есть собственный детектор, где свет на одном оказывается раньше, чем на другом. Если объединить все данные, то получим хаос, а не четкое изображение. Вот здесь и используют магию интерферометрии.

Каждая антенна в массиве наблюдает один объект и точно отмечает время обзора. Поэтому получаем десятки/сотни потоков данных с уникальными временными метками. За счет этого получается синхронизировать все сведения. Если тарелка В получает 3 микросекунды после тарелки А, то сигнал первой нужно сдвинуть вперед на 3 микросекунды для синхронизации.

Чтобы интерферометрия функционировала, нужно знать разницу во времени между каждым датчиком на тарелках. Для 5 тарелок это 15 пар. У Очень Большого Телескопа есть 26 активных тарелок или 325 пар. ALMA может похвастаться 66 тарелками, что составляет 2145 пар.

И на этом сложности вычисления не заканчиваются, ведь наша планета вращается, а направление объекта смещается относительно антенн, что приходится учитывать в расчетах. Для этого используют специальный суперкомпьютер (коррелятор), предназначенный для столь сложных вычислений.

Пришлось потратить десятки лет, чтобы улучшить радиоинтерферометрию. Зато этот метод стал незаменимым для астрономов. Именно с его помощью удается получать снимки космических объектов и явлений в высоком разрешении.

Более того, техника настолько мощная, что с ее помощью можно объединять телескопы по всей Земле. В 2009 году радиообсерватории по всему миру договорились о совместной работе. С помощью интерферометрии они объединили телескопы, чтобы создать виртуальный прибор размером с планету! Речь идет о телескопе Event Horizon, который в 2019 году предоставил первый снимок горизонта событий черной дыры.