Радіоінтерферометрія з наддовгою базою

Тут введено такі позначення: - проекції вектора бази та швидкості на площину, перпендикулярну напрямку випромінювання. При виведенні (2.8) передбачалося, що вісь x системи координат збігається за напрямком з напрямком вектора швидкості, тобто . Для позначення довжини проекції бази і швидкості використовуються наступні позначення: , .

У випадку, коли база інтерферометра має переважне напрямок вздовж швидкості  дрейфу неоднорідностей середовища , спектр потужності описується простим співвідношенням:

                               (2.9)

При довільній відносної  орієнтації векторів бази інтерферометра і швидкості, коли умова порушується, вираз для спектру (2.8) можна привести до наступного вигляду:

          (2.10)

де - гамма-функція, - функція Макдональда.

Вимірюючи частоти екстремумів  експериментальних спектрів, можливо  оцінити значення швидкості дрейфу неоднорідностей через трасу просвічуванняУ разі сильних фазових флуктуацій частотний спектр має вигляд гауссових функції незалежно від вибору виду просторового спектру . Спектр потужності поля сигналу інтерферометра описується співвідношенням:

                                                                 (2.11)

де,

          (2.12)

                                                                                    (2.13)

де  - функція Бесселя нульового порядку, - функція Бесселя 2-го порядку, Z – товщина шару неоднорідностей, - частота прийому, - електронна плазмова частота, c – швидкість світла, N – невозмущенной компонента електронної концентрації, , - проекції бази інтерферометра і швидкості сонячного вітру на площину, перпендикулярну напрямку поширення випромінювання; поперечна проекція базової лінії спрямована вздовж осі X, тобто .

В (2.11)

- напівширина спектральної лінії. Величина являє собою дисперсію флуктуацій частоти інтерференції і пропорційна інтенсивності флуктуацій електронної концентрації. Напівширина спектра лінійно залежить від модуля швидкості. Залежність напівширини від взаємної орієнтації бази інтерферометра і швидкості переносу неоднорідностей визначається множником:                                                                               (2.14)

де a – кут між вектором швидкості і віссю x, вздовж якої орієнтований вектор базової лінії . Напівширина спектра максимальна при орієнтації бази уздовж швидкості дрейфу неоднорідностей, мінімальна в разі взаємно-поперечного розташування і .

У разі сильних фазових  флуктуацій ширина спектра залежить від комбінації параметрів середовища і визначається інтенсивністю впливу турбулентної середовища, отже можлива якісна оцінка стану середовища за відносними уширення спектрів джерел, розташованих на різних кутових відстанях від Сонця і виміряним одночасно на декількох базах.У підсумку, можна сказати, що слабкі неоднорідності приводять до зміни фази інтерферометрична відгуку. За наявності сильних неоднорідностей в просвічує середовищі фазові спотворення відгуку переходять в частотні. Тому по фазовому портрету інтерференційного відгуку можна досліджувати слабкі неоднорідності, спектральний же склад інтерференційного відгуку і його положення в площині взаємних частотно-часових зрушень дають інформацію про характеристики сильних неоднорідностей. При цьому індикаторами стану турбулентної середовища служать ширина і форма спектральної лінії інтерференційного відгуку. При одночасних РНДБ – вимірюваннях з використанням декількох баз різної довжини і орієнтації можна судити також і про форму (анізотропії) неоднорідностей по різниці фазових збурень інтерференційних відгуків на різних базах, знімаючи практично їх «миттєвий» портрет.

 

3. Досягнення та сучасні можливості РНДБ

 

Радіоінтерферометрії  з кутовим дозволом в тисячні  частки секунди дуги «заглянули»  в самі внутрішні області найбільш потужних «радіомаяків» Всесвіту – радіогалактик і квазарів, які випромінюють в радіодіапазоні в десятки мільйонів разів інтенсивніше, ніж звичайні галактики. Вдалося «побачити», як з ядер галактик і квазарів викидаються хмари плазми, виміряти швидкості їх руху, які виявилися близькими до швидкості світла.Багато цікавого було відкрито і в нашій Галактиці. В околицях молодих зірок знайдені джерела мазерного радіовипромінювання (мазер – аналог оптичного лазера, але в радіодіапазоні) в спектральних лініях молекул води, гідроксилу (OH) та метанолу (CH3OH). За космічними масштабами джерела дуже малі – менше Сонячної системи. Окремі яскраві цятки на радіокарту, отриманих інтерферометрами, можуть бути зародками планет.Такі мазери знайдені і в інших галактиках. Зміна положень мазерного плям за декілька років, що спостерігалося в сусідній галактиці M33 в сузір’ї Трикутника, вперше дозволило безпосередньо оцінити швидкість її обертання і переміщення по небу. Виміряні зміщення незначні, їх швидкість у багато тисяч разів менше видимої для земного спостерігача швидкості равлики, що повзе по поверхні Марса. Такий експеримент поки знаходиться далеко за межами можливостей оптичної астрономії: помітити власні рухи окремих об’єктів на міжгалактичних відстанях їй просто не під силу.Нарешті, інтерферометричні спостереження дали нове підтвердження існування надмасивних чорних дір. Навколо ядра активної галактики NGC 4258 були виявлені згустки речовини, які рухаються по орбітах радіусом не більше трьох світлових років, при цьому їх швидкості досягають тисячі кілометрів на секунду. Це означає, що маса центрального тіла галактики – не менше мільярда мас Сонця, і воно не може бути не чим іншим, як чорною дірою.Цілий ряд цікавих результатів отримано методом РНДБ при спостереженнях в Сонячній системі. Почати хоча б з найточнішою на сьогодні кількісної перевірки загальної теорії відносності. Інтерферометр виміряв відхилення радіохвиль в полі тяжіння Сонця з точністю до сотої частки відсотка. Це на два порядки точніше, ніж дозволяють оптичні спостереження.Глобальні радіоінтерферометрії також застосовуються для стеження за рухом космічних апаратів, які вивчають інші планети. Перший раз такий експеримент був проведений в 1985-му, коли радянські апарати «Вега-1» і «-2» скинули в атмосферу Венери аеростати. Спостереження підтвердили швидку циркуляцію атмосфери планети зі швидкістю близько 70 м / с, тобто один оборот навколо планети за 6 діб.Аналогічні спостереження за участю мережі з 18 радіотелескопів на різних континентах супроводжували посадку апарата «Гюйгенс» на супутник Сатурна Титан. З відстані в 1,2 млрд. Км велося стеження за тим, як рухається апарат в атмосфері Титану з точністю до десятка кілометрів! Не надто широко відомо про те, що під час посадки «Гюйгенса» була втрачена практично половина наукової інформації. Зонд ретранслював дані через станцію «Кассіні», яка доставила його до Сатурна. Для надійності передбачалося два дублюються каналу передачі даних. Однак незадовго до посадки було прийнято рішення передавати по них різну інформацію. Але в найвідповідальніший момент через поки ще не з’ясованого збою один з приймачів на «Кассіні» не включився, і половина знімків пропала. А разом з ними зникли і дані про швидкість вітру в атмосфері Титану, які передавалися як раз по відключити каналу. На щастя, в NASA встигли підстрахуватися – спуск «Гюйгенса» спостерігав з Землі глобальний радіоінтерферометра. Це, мабуть, дозволить врятувати зниклі дані про динаміку атмосфери Титана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список літератури :

1. Геодезія / / http://www.krugosvet.ru/articles/19/1001997/1001997a3.htm.

2. І. Є. Молотов, Радіоінтерферометрія  зі надвеликими базами (РНДБ) - історія, стан та апаратура / / http://lfvn.astronomer.ru/report/0000007/ p000007.htm.

3. В. Г. Гавріленко1, М. Б. Нечаева2і ін Результати  теоретичних і експериментальних  досліджень сонячного вітру і  активних ядер галактик на  РНДБ-мережі LFVN з використанням системи реєстрації S2 / / http://astra.prao.psn.ru/Molotov/ Webpage / html / lfvn_paper.html.

4. І.Є. Молотов1, 2, М.Б.  Нечаева3 та ін Розвиток методу  РНДБ-локації в проекті LFVN / / http://lfvn.astronomer.ru/report/0000010/p000010.htm.

5. Нечаєва М. Б., Антипенко  А. А., Дементьєв А. Ф., Дугін  Н. А., Снєгірьов С. Д., Тихомиров  Ю. В. РНДБ - дослідження в науково  - дослідному радіофізичному інституті  / / http:// lfvn.astronomer.ru/report/0000031/index_ru.htm.