UK 
EnglishТипова
Polski📡 Масив радіотелескопів
Інтерферометрія та синтез апертури: база B дає кутову роздільність θ≈λ/B, а поєднання багатьох баз синтезує гігантську апертуру (VLA, VLBI). Дивіться смуги від різниці ходу та синтезований промінь.
Про цю симуляцію
Цей симулятор моделює радіоінтерферометричну решітку як набір точкоподібних тарілок, розміщених уздовж 1D наземної траси. Плоска хвиля від віддаленого джерела під кутом θ досягає кожної тарілки з фазою 2π/λ·x·sinθ, заданою її позицією x і довжиною хвилі λ = c/f. Сумарний відгук решітки обчислюється підсумовуванням exp(i·2π/λ·x·sinθ) по всіх тарілках, піднесенням модуля цієї комплексної суми до квадрата й множенням на дифракційну огинаючу однієї тарілки sin(u)/u у квадраті — та сама фізика, що лежить в основі реальних решіток, як-от VLA та мереж VLBI. Кутова роздільна здатність θ≈λ/B повністю визначається найдовшою базою B між будь-якими двома тарілками, тож поєднання рознесених малих тарілок синтезує роздільну здатність однієї величезної апертури без потреби її будувати.
Що показано
Вхідні плоскі хвильові фронти рухаються вниз до ряду тарілок на землі, а живий графік знизу креслить сумарний відгук решітки — синтезований промінь — як функцію кутового положення на небі, причому смуги звужуються в гострий пік у міру додавання більшої кількості тарілок і довших баз.
Як користуватися
Тягніть повзунки бази, кількості тарілок, частоти й кута джерела, або оберіть компонування (Лінійне, Y-подібне, Випадкове) та пресет (Одна тарілка, Два елементи, VLA, VLBI), щоб перейти до відомої конфігурації. Стежте за панеллю статистики для живої кутової роздільної здатності, довжини хвилі, інтервалу смуг і виграшу в роздільній здатності порівняно з однією тарілкою.
Чи знали ви?
Телескоп Event Horizon об'єднав радіотарілки на різних континентах в єдину мережу VLBI з базою завширшки з саму Землю, давши йому кутову роздільну здатність, потрібну для зображення тіні надмасивної чорної діри в галактиці M87 — подвиг, якого жодна окрема тарілка, хоч би якою великою, ніколи не могла б досягти.
Поширені запитання
Що визначає кутову роздільну здатність інтерферометра?
Роздільна здатність дорівнює θ≈λ/B, де B — найдовша база (максимальна відстань між будь-якими двома тарілками), а λ — довжина хвилі спостереження, обчислена в цьому симуляторі як c/f з вашого повзунка частоти. Подвоєння бази вдвічі зменшує найменший роздільний кут, тому симулятор дозволяє розтягнути B до 100 км (як у VLBI) для набагато різкішої роздільної здатності, ніж міг би дати діаметр будь-якої окремої тарілки.
Як симулятор обчислює інтерференційну картину та синтезований промінь?
Для кожного кутового положення θ поблизу джерела код підсумовує exp(i·2π/λ·x·sinθ) по позиції x кожної тарілки, бере квадрат модуля цієї комплексної суми й нормує на квадрат кількості тарілок — це інтерференційний відгук решітки. Потім він множиться на огинаючу основного променя однієї тарілки, sin(u)/u у квадраті з u = πD/λ·sinθ, тож накреслена крива є справжнім добутком смуг решітки та дифракції однієї апертури.
Чому дві тарілки дають просту синусоїдальну смугу, а багато тарілок — гострий одиничний пік?
Лише з двома тарілками сума відгуку має тільки одне парне рознесення, тож |сума|² зводиться до звичайної косинус-квадратної смуги з періодом λ/B. Додавання більшої кількості тарілок з різними інтервалами вносить набагато більше доданків з різними періодами, які додаються конструктивно лише дуже близько до справжнього напрямку джерела й деструктивно майже всюди інде, згортаючи широку смугу у вузький синтезований промінь — саме так реальні решітки на кшталт VLA перетворюють багато малих апертур на одну гостру ефективну апертуру.
У чому різниця між компонуваннями Лінійне, Y-подібне та Випадкове?
Лінійне розміщує всі тарілки рівномірно вздовж однієї лінії від −B/2 до +B/2, даючи хорошу роздільну здатність лише в одному напрямку. Y-подібне (за зразком реального Karl G. Jansky VLA) розподіляє тарілки по трьох плечах з інтервалом 120°, спроектованих на наземну трасу, вибірково охоплюючи багато різних довжин і орієнтацій баз для чистішого променя з меншою кількістю бічних пелюсток. Випадкове розкидає тарілки нерегулярно по всій протяжності решітки, що ближче до того, як насправді розподілені мережі VLBI з незалежно розташованих телескопів.
Що представляють пресети Одна тарілка, Два елементи, VLA та VLBI?
Одна тарілка встановлює N=1 з крихітною базою 50 м, тож роздільна здатність повертається до λ/D для однієї 25-метрової тарілки. Два елементи використовує дві тарілки на базі 1 км, щоб показати чисту інтерференційну картину. VLA (Y) встановлює 27 тарілок у Y-компонуванні на базі 36 км на частоті 5 ГГц, відповідаючи конфігурації реального VLA. VLBI використовує 10 випадково розташованих тарілок на базі 100 км на частоті 8 ГГц, ілюструючи дуже довгі бази, що дозволяють мережам на кшталт Event Horizon Telescope досягати мікросекундної роздільної здатності.
Навіщо симулятор взагалі включає огинаючу основного променя однієї тарілки?
Кожна реальна тарілка має скінченний діаметр D і тому дифрагує вхідне світло за власною діаграмою променя, sin(u)/u у квадраті з u = πD/λ·sinθ, що спадає з віддаленням від осі незалежно від того, як розташовані тарілки. Множення інтерференційної картини решітки на цю огинаючу відображає той факт, що інтерферометр не може бачити далі поза віссю, ніж будь-яка з його окремих тарілок — тонкі смуги від бази живуть усередині ширшої огинаючої однієї тарілки, яка обмежує поле зору.
Як кут джерела впливає на те, що малюється на екрані?
Повзунок кута джерела встановлює θ у вхідній плоскій хвилі, що зсуває як лінії видимого хвильового фронту на панелі неба, так і положення піку відгуку на графіку променя — код завжди центрує своє вікно синтезованого променя на поточному куті джерела. Це відображає те, як реальний інтерферометр треба наводити (або фазово коригувати його дані), щоб вказати на напрямок, який він намагається зобразити, оскільки фаза смуги B·sinθ безпосередньо залежить від цього напрямку наведення.