導入
超長基線干渉法( VLBI ) は電波天文学で使用される天文干渉法プロセスであり、アレイ内の各アンテナから受信したデータに正確な時刻が付けられ、通常はローカルの原子時計によって提供され、磁気テープまたはハードウェアに記録されます。ディスク。次に、各アンテナからの記録が収集され、関連付けられて、結果の画像が生成されます。
干渉計で達成できる分解能は、ネットワークから最も遠いアンテナ間の距離と観測される周波数に比例します。 VLBI 観測の再構成は延期され、移送されるため、アンテナを同軸ケーブル、導波管、光ファイバー、またはその他の種類の伝送路で物理的に接続する必要がある従来の技術よりもはるかに長い基線長が可能になります。 1950 年代にロジャー ジェニソンによって開発された位相閉鎖イメージング技術のおかげで、望遠鏡の巨大な分離が可能となり、より高い解像度が可能になります。 VLBI ネットワークは通常、電波で動作します。しかし、この技術は最近光学分野にも持ち込まれています。
アプリケーション
非常に長い基線干渉法は、遠方の電波源の観測、宇宙船の追跡、および天文測定におけるさまざまな用途で有名です。さらに、この技術は、異なるアンテナへの電波の到達の時間的差異の測定に基づいているため、逆にアンテナ ネットワークの構成を正確に評価し、地球やプレートの回転を研究するために使用することもできます。テクトニクス(ミリメートル精度)、およびその他のタイプの測地学。 VLBI をこのように使用するには、アンテナのグローバル ネットワークによる、遠方のソース (クェーサーなど) の長時間かつ多数の観測が必要です。
VLBI により、次の分野で科学の進歩が可能になりました。
- ブラック ホールから放出される超相対論的粒子の観察(クエーサーを参照)。
- 無線領域での近くの星の表面の観察 (干渉法を参照) — 同様の技術により、赤外線や光学でもこれを行うことが可能になりました。
- 天体および地球の基準系の定義。
- 構造プレートの動き。
- 隆起と沈下の地域的な変形。
- 陸地の向きと日の長さの変化。
- 太陽または月が地球とその内部構造に及ぼす重力の測定。
- 大気モデルが改善されました。
- 重力の速度を測定します。
- タイタンの大気圏へのホイヘンス探査機の降下を監視し、そこで風速を測定できるようにします。
VLBI の仕組み
非常に長い基線の干渉法では、データは通常、各望遠鏡で記録されます (以前は幅広の磁気テープに記録されていましたが、現在ではメディアは RAID 内のハードディスクです)。天文信号の測定と合わせて、ローカル原子時計の極めて正確な時刻が記録されます。その後、各望遠鏡から情報が収集されます。 e-VLBIの場合、ローカル記録はなく、すべての観測/年代測定は光ファイバー(GÉANT ネットワーク経由) で送信され、ライブで処理されるため、プロセス観測が大幅に簡素化され、高速化されます。高いデータ速度にもかかわらず、インターネット接続を介して送信できます。
集合場所で、相関者は観察結果を読み直します。ソース間の時間オフセットは、記録されたクロック信号に従って同期され、異なる望遠鏡での信号の到着時間の推定値に基づいて調整されます。したがって、正しい値が見つかるまで、数ナノ秒の範囲でいくつかのシフトがテストされます。
各アンテナは無線ソースから異なる距離にあり、古典的な干渉計と同様に、アンテナの追加距離に起因する遅延を、このアンテナからの信号に人為的に導入する必要があります。この遅延は、ベースの形状に基づいておおよそ計算できます。信号の再生は、原子時計からの結合情報のリズムによって同期されます。アンテナの位置が十分な精度で分からない場合、または大気の乱れが大きい場合は、干渉縞が得られるまで遅延を微調整する必要があります。アンテナ A からの信号が基準として使用される場合、不正確さと遅延により、アンテナ B および C からの信号のそれぞれの位相に誤差ε Bおよびε C が生じます (反対の図を参照)。その結果、複雑な可視性の位相は VLBI 干渉計では測定できません。
複雑な可視性の位相は、光源の輝度分布の対称性に依存します。あらゆる輝度分布は、対称成分と非対称成分の合計に分解できます。分布の対称成分は複素可視性の実数部にのみ寄与し、非対称成分は虚数部にのみ寄与します。 VLBI では測定された複素可視度の位相を知ることができないため、光源の輝度分布からの寄与の対称性も知ることができません。
ロジャー ジェニソンは、大きな遅延誤差が存在する場合に、位相閉包と呼ばれる測定可能な量から複雑な可視情報を取得するための新しい手法を開発しました。位相閉鎖を測定する最初の実験は光学領域で行われましたが、彼はこの技術が無線干渉法においてより大きな可能性を秘めていると感じました。 1958 年に、彼は無線干渉計を使用してその有効性を実証しましたが、彼の技術が普及したのは 1974 年以降の長距離無線基地の状況でのみでした。少なくとも 3 つのアンテナが必要です。この方法は最初の VLBI 実験に使用され、その変形 ( Self-Calibration ) は現在でも使用されています。
