قياس التداخل طويل المدى

📅 آخر تحديث: ٥ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٥ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 19 صور
الموسوعة الحرة
بعض تلسكوبات راديو مجموعة أتاكاما المليمترية الكبيرة
التلسكوبات الراديوية الثمانية التابعة لمجموعة سميثسونيان الفرعية المليمترية ، الموجودة في مرصد ماونا كيا في هاواي
صورة ضبابية لثقب أسود فائق الكتلة في M87.
تم استخدام VLBI لإنشاء أول صورة لثقب أسود، تم تصويرها بواسطة تلسكوب أفق الحدث ونشرت في أبريل 2019. [1]

التداخل طويل القاعدة جدًا ( VLBI ) هو نوع من أنواع التداخل الفلكي المستخدم في علم الفلك الراديوي . في VLBI، يتم جمع إشارة من مصدر راديو فلكي ، مثل الكوازار ، في تلسكوبات راديوية متعددة على الأرض أو في الفضاء. ثم يتم حساب المسافة بين التلسكوبات الراديوية باستخدام فارق الوقت بين وصول الإشارة الراديوية إلى تلسكوبات مختلفة. وهذا يسمح بدمج ملاحظات جسم ما يتم إجراؤها في وقت واحد بواسطة العديد من التلسكوبات الراديوية، مما يحاكي تلسكوبًا بحجم يساوي أقصى مسافة بين التلسكوبات.

تتضمن البيانات المستلمة عند كل هوائي في المصفوفة أوقات الوصول من ساعة ذرية محلية ، مثل جهاز مازر الهيدروجين . في وقت لاحق، يتم ربط البيانات ببيانات من هوائيات أخرى سجلت نفس إشارة الراديو، لإنتاج الصورة الناتجة. الدقة التي يمكن تحقيقها باستخدام التداخل تتناسب مع تردد المراقبة. تمكن تقنية VLBI من أن تكون المسافة بين التلسكوبات أكبر بكثير من تلك الممكنة باستخدام التداخل التقليدي ، والذي يتطلب توصيل الهوائيات فعليًا بواسطة كابل محوري أو موجه ضوئي أو ألياف بصرية أو نوع آخر من خطوط النقل . إن الانفصالات التلسكوبية الأكبر ممكنة في VLBI بسبب تطوير تقنية التصوير بمرحلة الإغلاق بواسطة روجر جينيسون في الخمسينيات من القرن الماضي، مما يسمح لـ VLBI بإنتاج صور بدقة فائقة. [2]

تشتهر تقنية VLBI بتصوير مصادر الراديو الكونية البعيدة وتتبع المركبات الفضائية والتطبيقات في علم الفلك . ومع ذلك، نظرًا لأن تقنية VLBI تقيس الفوارق الزمنية بين وصول الموجات الراديوية إلى هوائيات منفصلة، ​​فيمكن أيضًا استخدامها "بالعكس" لإجراء دراسات حول دوران الأرض ورسم خرائط لحركات الصفائح التكتونية بدقة شديدة (في حدود الملليمترات) وإجراء أنواع أخرى من الجيوديسيا . يتطلب استخدام VLBI بهذه الطريقة عددًا كبيرًا من قياسات فروق التوقيت من مصادر بعيدة (مثل الكوازارات ) التي يتم رصدها بشبكة عالمية من الهوائيات على مدى فترة زمنية.

طريقة

تسجيل البيانات في كل تلسكوب في مجموعة VLBI. يتم تسجيل ساعات عالية التردد دقيقة للغاية جنبًا إلى جنب مع البيانات الفلكية للمساعدة في الحصول على المزامنة الصحيحة

في تقنية VLBI، يتم تسجيل بيانات الهوائي الرقمية عادةً في كل تلسكوب (في الماضي كان يتم ذلك على أشرطة مغناطيسية كبيرة، ولكن في الوقت الحاضر يتم ذلك عادةً على مجموعات كبيرة من محركات أقراص الكمبيوتر). يتم أخذ عينات من إشارة الهوائي باستخدام ساعة ذرية دقيقة للغاية ومستقرة (عادةً ما تكون ميزر هيدروجين ) مقفولة أيضًا على معيار وقت GPS. إلى جانب عينات البيانات الفلكية، يتم تسجيل خرج هذه الساعة. ثم يتم نقل الوسائط المسجلة إلى موقع مركزي. أجريت تجارب أحدث [ متى؟ ] باستخدام تقنية VLBI "الإلكترونية" (e-VLBI) حيث يتم إرسال البيانات عبر الألياف الضوئية (على سبيل المثال، مسارات الألياف الضوئية بسرعة 10 جيجابت/ثانية في شبكة أبحاث GEANT2 الأوروبية ) ولا يتم تسجيلها في التلسكوبات، مما يؤدي إلى تسريع وتبسيط عملية المراقبة بشكل كبير. على الرغم من أن معدلات البيانات عالية جدًا، يمكن إرسال البيانات عبر اتصالات الإنترنت العادية والاستفادة من حقيقة أن العديد من شبكات السرعة العالية الدولية لديها سعة احتياطية كبيرة في الوقت الحاضر.

في موقع جهاز الارتباط، يتم تشغيل البيانات. يتم ضبط توقيت التشغيل وفقًا لإشارات الساعة الذرية، والأوقات المقدرة لوصول الإشارة الراديوية إلى كل من التلسكوبات. عادةً ما يتم اختبار نطاق من توقيتات التشغيل على مدى نطاق من النانوثانية حتى يتم العثور على التوقيت الصحيح.

تشغيل البيانات من كل تلسكوب في مجموعة VLBI. يجب توخي الحذر الشديد لمزامنة تشغيل البيانات من تلسكوبات مختلفة. تساعد إشارات الساعة الذرية المسجلة مع البيانات في الحصول على التوقيت الصحيح.

ستكون كل هوائيات على مسافة مختلفة من مصدر الراديو، وكما هو الحال مع مقياس التداخل الراديوي الأساسي القصير ، يجب إضافة التأخيرات التي تحدث بسبب المسافة الإضافية إلى هوائي واحد بشكل مصطنع إلى الإشارات المستقبلة عند كل من الهوائيات الأخرى. يمكن حساب التأخير التقريبي المطلوب من هندسة المشكلة. تتم مزامنة تشغيل الشريط باستخدام الإشارات المسجلة من الساعات الذرية كمراجع زمنية، كما هو موضح في الرسم الموجود على اليمين. إذا لم يكن موضع الهوائيات معروفًا بدقة كافية أو كانت التأثيرات الجوية كبيرة، فيجب إجراء تعديلات دقيقة على التأخيرات حتى يتم اكتشاف هامش التداخل. إذا تم اعتبار الإشارة من الهوائي A كمرجع، فإن عدم الدقة في التأخير سيؤدي إلى أخطاء وفي أطوار الإشارات من الشرائط B و C على التوالي (انظر الرسم الموجود على اليمين). ونتيجة لهذه الأخطاء، لا يمكن قياس طور الرؤية المعقدة باستخدام مقياس تداخل أساسي طويل جدًا.

يمكن أن تؤدي التغيرات في درجات الحرارة في مواقع VLBI إلى تشويه بنية الهوائيات والتأثير على قياسات خط الأساس. [3] [4] يمكن أن يؤدي إهمال تصحيحات الضغط الجوي والحمل الهيدرولوجي على مستوى المراقبة أيضًا إلى تلويث قياسات VLBI من خلال إدخال إشارات سنوية وموسمية، كما هو الحال في سلسلة زمنية لنظام الملاحة العالمي عبر الأقمار الصناعية. [4]

تعتمد مرحلة الرؤية المعقدة على تماثل توزيع سطوع المصدر. يمكن كتابة أي توزيع سطوع كمجموع مكون متماثل ومكون مضاد للتناظر. يساهم المكون المتماثل لتوزيع السطوع فقط في الجزء الحقيقي من الرؤية المعقدة، بينما يساهم المكون المضاد للتناظر فقط في الجزء التخيلي. نظرًا لأنه لا يمكن تحديد مرحلة كل قياس للرؤية المعقدة باستخدام مقياس تداخل خط الأساس الطويل جدًا، فإن تماثل المساهمة المقابلة في توزيعات سطوع المصدر غير معروف.

طور روجر كليفتون جينيسون تقنية جديدة للحصول على معلومات حول مراحل الرؤية عندما تكون أخطاء التأخير موجودة، باستخدام عنصر قابل للملاحظة يسمى مرحلة الإغلاق . على الرغم من أن قياساته المعملية الأولية لمرحلة الإغلاق كانت قد أجريت عند أطوال موجية ضوئية، إلا أنه توقع إمكانات أكبر لتقنيته في قياس التداخل الراديوي. في عام 1958، أثبت فعاليتها باستخدام مقياس التداخل الراديوي، لكنها لم تُستخدم على نطاق واسع لقياس التداخل الراديوي طويل المدى إلا في عام 1974. هناك حاجة إلى ثلاثة هوائيات على الأقل. تم استخدام هذه الطريقة لأول قياسات VLBI، ولا يزال شكل معدّل من هذا النهج ("المعايرة الذاتية") مستخدمًا حتى اليوم.

النتائج العلمية

يشرح عالم الجيوديسيا تشوبو ما بعض الاستخدامات الجيوديسية لـ VLBI.

تتضمن بعض النتائج العلمية المستمدة من VLBI ما يلي:

مصفوفات VLBI

توجد العديد من مجموعات VLBI في أوروبا وكندا والولايات المتحدة وتشيلي وروسيا والصين وكوريا الجنوبية واليابان والمكسيك وأستراليا وتايلاند . مجموعة VLBI الأكثر حساسية في العالم هي شبكة VLBI الأوروبية (EVN ) . وهي مجموعة بدوام جزئي تجمع أكبر التلسكوبات الراديوية الأوروبية وبعض التلسكوبات الأخرى خارج أوروبا لجلسات تستغرق أسبوعًا عادةً، مع معالجة البيانات في المعهد المشترك لـ VLBI في أوروبا ( JIVE). مجموعة Very Long Baseline Array (VLBA)، والتي تستخدم عشرة تلسكوبات مخصصة بطول 25 مترًا تمتد على مسافة 5351 ميلًا عبر الولايات المتحدة، هي أكبر مجموعة VLBI تعمل على مدار العام كأداة فلكية وجيوديسية . [ 11] يُعرف الجمع بين EVN وVLBA باسم VLBI العالمي. عندما يتم دمج أحد أو كلا الصفيفين مع هوائيات VLBI الفضائية مثل HALCA أو Spektr-R ، فإن الدقة التي تم الحصول عليها تكون أعلى من أي أداة فلكية أخرى، وقادرة على تصوير السماء بمستوى من التفاصيل يقاس بالميكروثانية القوسية . يستفيد VLBI عمومًا من الخطوط الأساسية الأطول التي يوفرها التعاون الدولي، مع مثال مبكر ملحوظ في عام 1976، عندما تم ربط التلسكوبات الراديوية في الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي وأستراليا لمراقبة مصادر الهيدروكسيل - مازر . [12] يتم استخدام هذه التقنية حاليًا بواسطة تلسكوب Event Horizon ، الذي يهدف إلى مراقبة الثقوب السوداء الهائلة الكتلة في مراكز مجرة ​​درب التبانة وميسييه 87. [1] [13] [14]

المسافة إلى محطة مالارغ من المحطات الأخرى في شبكة NASA VLBI

تستخدم شبكة الفضاء العميق التابعة لوكالة ناسا هوائياتها الأكبر (التي تستخدم عادة في اتصالات المركبات الفضائية) في تقنية VLBI، وذلك من أجل بناء إطارات مرجعية لاسلكية لغرض ملاحة المركبات الفضائية. ويضيف إدراج محطة وكالة الفضاء الأوروبية في مالارغ بالأرجنتين خطوطًا أساسية تسمح بتغطية أفضل بكثير لنصف الكرة الجنوبي. [15]

e-VLBI

صورة المصدر IRC +10420 . تم التقاط الصورة ذات الدقة المنخفضة على اليسار باستخدام مجموعة MERLIN بالمملكة المتحدة وتُظهر غلاف انبعاث الميزر الناتج عن غلاف متوسع من الغاز يبلغ قطره حوالي 200 مرة قطر النظام الشمسي . تم إخراج غلاف الغاز من نجم عملاق (10 أضعاف كتلة الشمس) في مركز الانبعاث منذ حوالي 900 عام. تُظهر صورة EVN e-VLBI المقابلة (على اليمين) البنية الدقيقة جدًا للميزرات والتي أصبحت مرئية بدقة أعلى لمجموعة VLBI.

كانت تقنية VLBI تعمل تقليديًا عن طريق تسجيل الإشارة في كل تلسكوب على أشرطة أو أقراص مغناطيسية ، وإرسالها إلى مركز الارتباط لإعادة تشغيلها. في عام 2004 أصبح من الممكن توصيل تلسكوبات الراديو VLBI في وقت قريب من الوقت الحقيقي، مع الاستمرار في استخدام مراجع الوقت المحلية لتقنية VLBI، في تقنية تُعرف باسم e-VLBI. في أوروبا، تم ربط ستة تلسكوبات راديوية من شبكة VLBI الأوروبية (EVN) بروابط جيجابت في الثانية عبر شبكات الأبحاث الوطنية وشبكة الأبحاث الأوروبية GEANT2 ، وتم إجراء التجارب الفلكية الأولى باستخدام هذه التقنية الجديدة بنجاح. [16]

تُظهر الصورة الموجودة على اليمين أول علم أنتجته شبكة VLBI الأوروبية باستخدام e-VLBI. تم توجيه البيانات من كل تلسكوب عبر شبكة GÉANT2 ومن خلال SURFnet لمعالجتها في الوقت الفعلي في مركز معالجة البيانات الأوروبي في JIVE . [16]

الفضاء VLBI

في السعي لتحقيق دقة زاوية أكبر، تم وضع أقمار صناعية مخصصة لـ VLBI في مدار الأرض لتوفير خطوط أساسية ممتدة بشكل كبير. تُسمى التجارب التي تتضمن عناصر صفيف محمولة في الفضاء بـ Space Very Long Baseline Interferometry (SVLBI). تم إجراء أول تجربة لـ SVLBI على محطة Salyut-6 المدارية باستخدام KRT-10، وهو تلسكوب لاسلكي يبلغ قطره 10 أمتار، والذي تم إطلاقه في يوليو 1978. [ بحاجة لمصدر ]

كان أول قمر صناعي مخصص لـ SVLBI هو HALCA ، وهو تلسكوب راديوي بقطر 8 أمتار ، والذي تم إطلاقه في فبراير 1997 وقام بالملاحظات حتى أكتوبر 2003. ونظرًا لصغر حجم الطبق، لم يكن من الممكن ملاحظة سوى مصادر راديو قوية جدًا باستخدام مجموعات SVLBI التي تتضمنه.

تم إطلاق قمر صناعي آخر من نوع SVLBI، وهو تلسكوب راديوي بقطر 10 أمتار Spektr-R ، في يوليو 2011 وأجرى عمليات الرصد حتى يناير 2019. تم وضعه في مدار بيضاوي للغاية، يتراوح من نقطة الحضيض 10652 كم إلى نقطة الأوج 338541 كم، مما يجعل RadioAstron، برنامج SVLBI الذي يضم صفائف الأقمار الصناعية والأرضية، أكبر مقياس تداخل راديوي حتى الآن. وصلت دقة النظام إلى 8 ميكروثانية قوسية .

خدمة VLBI الدولية للجيوديسيا والقياسات الفلكية

خدمة VLBI الدولية للجيوديسيا والقياسات الفلكية ( IVS ) هي تعاون دولي يهدف إلى استخدام مراقبة مصادر الراديو الفلكية باستخدام VLBI لتحديد معلمات اتجاه الأرض (EOP) وإطارات المرجع السماوية (CRF) وإطارات المرجع الأرضي (TRF) بدقة. [17] IVS هي خدمة تعمل تحت إشراف الاتحاد الفلكي الدولي (IAU) والرابطة الدولية للجيوديسيا (IAG). [18]

مراجع

  1. ^ abc مشروع تلسكوب أفق الحدث التعاوني (10 أبريل 2019). "نتائج تلسكوب أفق الحدث الأول M87. I. ظل الثقب الأسود الهائل". رسائل مجلة الفيزياء الفلكية . 875 (1): L1. arXiv : 1906.11238 . Bibcode : 2019ApJ...875L...1E. doi : 10.3847/2041-8213/ab0ec7 .
  2. ^ RC Jennison (1958). "تقنية مقياس التداخل الحساس للمرحلة لقياس تحويلات فورييه لتوزيعات السطوع المكاني ذات المدى الزاوي الصغير". الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية . 119 (3): 276-284. رمز Bibcode : 1958MNRAS.118..276J . doi : 10.1093/mnras/118.3.276 .
  3. ^ Wresnik, J.; Haas, R.; Boehm, J.; Schuh, H. (2007). "نمذجة التشوه الحراري لهوائيات VLBI باستخدام نموذج درجة حرارة جديد". مجلة الجيوديسيا . 81 (6-8): 423-431. Bibcode :2007JGeod..81..423W. doi :10.1007/s00190-006-0120-2. S2CID  120880995.
  4. ^ ab Ghaderpour, E. (2020). "تحليل الموجات الأقل مربعًا والموجات المتقاطعة لسلسلة زمنية لطول خط الأساس ودرجة الحرارة VLBI: Fortaleza-Hartrao-Westford-Wettzell". منشورات الجمعية الفلكية في المحيط الهادئ . 133 : 1019. doi : 10.1088/1538-3873/abcc4e . S2CID  234445743.
  5. ^ "ICRF". مركز ICRS التابع لـ IERS . مرصد باريس . تم استرجاعه في 25 ديسمبر 2018 .
  6. ^ "نظام المرجع السماوي الدولي (ICRS)". مرصد البحرية الأمريكية . تم الاسترجاع في 6 سبتمبر 2022 .
  7. ^ شارلوت، ب.؛ جاكوبس، سي إس؛ جوردون، د.؛ لامبرت، س.؛ وآخرون (2020)، "التحقيق الثالث للإطار المرجعي السماوي الدولي من خلال قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا"، علم الفلك والفيزياء الفلكية ، 644 : أ159، أركسيف : 2010.13625 ، رمز Bibcode : 2020A&A...644A.159C، doi : 10.1051/0004-6361/202038368، S2CID  225068756
  8. ^ أوربان، شون إي.؛ سيدلمان، كينيث بي.، محرران (2013). الملحق التوضيحي للتقويم الفلكي، الطبعة الثالثة . ميل فالي، كاليفورنيا: كتب العلوم الجامعية. ص 176-177. رقم ISBN 978-1-891389-85-6.
  9. ^ "علماء الفلك الراديوي يؤكدون دخول هويجنز في الغلاف الجوي لتيتان". وكالة الفضاء الأوروبية . 14 يناير 2005. تم الاسترجاع في 22 مارس 2019 .
  10. ^ كليري، دانييل (10 أبريل 2019). "لأول مرة، يمكنك رؤية شكل الثقب الأسود". العلوم . AAAS . تم الاسترجاع في 10 أبريل 2019 .
  11. ^ "Very Long Baseline Array (VLBA)". المرصد الوطني لعلم الفلك الراديوي . مؤرشف من الأصل في 11 يونيو 2012. تم الاسترجاع في 30 مايو 2012 .
  12. ^ أول تلسكوب راديوي عالمي، مجلة الفلك السوفيتي، أكتوبر 1976
  13. ^ بومان، كاثرين إل .؛ جونسون، مايكل د.؛ زوران، دانيال؛ فيش، فينسينت إل.؛ دوليمان، شيبرد إس.؛ فريمان، ويليام تي. (2016). "التصوير الحاسوبي لإعادة بناء الصور باستخدام تقنية VLBI". مؤتمر معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات لعام 2016 حول الرؤية الحاسوبية والتعرف على الأنماط (CVPR) . ص. 913-922. arXiv : 1512.01413 . doi :10.1109/CVPR.2016.105. hdl :1721.1/103077. ISBN 978-1-4673-8851-1. S2CID  9085016.
  14. ^ ويب، جوناثان (8 يناير 2016). "Event horizon snapshot due in 2017". bbc.com . BBC News . تم الاسترجاع في 2017-10-22 .
  15. ^ Garcia-Mir, C و Sotuela, I و Jacobs, CS و Clark, JE و Naudet, CJ و White, LA و Madde, R و Mercolino, M و Pazos, D و Bourda, G. (2014). إطار المرجع السماوي X/Ka: نحو ربط إطار GAIA. ندوة شبكة VLBI الأوروبية الثانية عشرة واجتماع المستخدمين (EVN 2014). المجلد 3.{{cite conference}}:CS1 maint: أسماء متعددة: قائمة المؤلفين ( الرابط )
  16. ^ ab Diamond, Philip; van Langevelde, Huib; Conway, John (5 أكتوبر 2004). "علماء الفلك يستعرضون تلسكوب الإنترنت العالمي" (بيان صحفي). المعهد المشترك لتلسكوبات الإنترنت ذات النطاق الواسع . تم الاسترجاع في 9 ديسمبر 2022 .
  17. ^ نوثناجيل، أ. أرتز، T.؛ بيرند، د.؛ مالكين، ز. (8 سبتمبر 2016). “خدمة VLBI الدولية للجيوديسيا والقياس الفلكي”. مجلة الجيوديسيا . 91 (7): 711-721. بيب كود :2017JGeod..91..711N. دوى :10.1007/s00190-016-0950-5. S2CID  123256580.
  18. ^ Schuh, H.; Behrend, D. (أكتوبر 2012). "VLBI: تقنية رائعة للجيوديسيا والقياسات الفلكية". مجلة الجيوديناميكيات . 61 : 68–80. Bibcode :2012JGeo...61...68S. doi :10.1016/j.jog.2012.07.007. hdl : 2060/20140005985 .
تحتوي ويكيميديا ​​كومنز على وسائط متعلقة بـ قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا .
  • مجموعة تلسكوبات الراديو المرتبطة بالألياف E-MERLIN المستخدمة في عمليات رصد VLBI
  • خدمة EXPReS Express Production Real-time e-VLBI: مشروع مدته ثلاث سنوات (تم إنشاؤه في مارس 2006) ممول من المفوضية الأوروبية لتطوير أداة e-VLBI بين القارات متاحة للمجتمع العلمي
  • معهد JIVE المشترك لـ VLBI في أوروبا
  • خدمة VLBI الدولية للجيوديسيا والقياسات الفلكية (IVS)
  • IVSOPAR: مركز تحليل VLBI في مرصد باريس
  • "VLBI – دور كندا"
تم الاسترجاع من "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=تداخل-خط-الأساس-طويل_جداً&oldid=1250535118"
Original text
Rate this translation
Your feedback will be used to help improve Google Translate