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天文干涉测量的基本工作原理是什么?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2021-04-22 08:21:27

首先,你不能摆脱衍射。衍射会产生一个点扩展函数也就是孔径的傅里叶变换。在我们进入复杂的二维傅里叶变换之前,我们可能更容易观察一个狭缝和两个狭缝的衍射图形。

天文干涉测量的基本工作原理

在右上方,你可以看到一个狭缝的衍射图案是宽的。下面我们看到两个波在余弦平方衍射图中相互干涉。两个狭缝有一个衍射,它的包络线等于单个狭缝,由于狭缝之间的间距,它有一个余弦平方函数。

现在,有了一条狭缝,就很难分辨比左上角大阴影区域小的任何东西。但是有了两个狭缝,你可以把中央裂片照在某些东西上,看到一些比一个狭缝盒子小得多的东西。

这对于小物体来说很好。但是请注意在一个大的物体上发生了什么。旁瓣意味着你会从旁瓣的东西那里得到光,即使你只想看到中央瓣的光。

天文干涉测量的基本工作原理

现在让我们开始考虑望远镜。让我们从一个射电望远镜阵列开始,这个非常大的阵列位于新墨西哥州的索科洛附近。

射电望远镜阵列

这是该阵列的点扩展函数(衍射图案)的样子:

衍射图案

在中心有一个亮点如果你发现一个明亮的射电源,它不仅会在中心出现一个小亮点,而是一个完整的衍射图案。但如果你正在寻找一颗明亮的恒星,你可以抑制旁瓣,发布一张漂亮的照片,显示中央的光斑。这就是用干涉望远镜阵列拍摄参宿四的结果。

参宿四

参宿四(50毫弧秒0.25毫弧度)

还记得所有的旁瓣吗?它们已经被处理掉了,因为我们知道那里没有真正的光源。

这是三个望远镜组成的干涉阵列的样子。

组合望远镜

三个相当小的望远镜直径“只有”1米左右,相距150米左右。衍射图在右上方,但是很难看到,所以我在右下方放大了它。它大约有60个像素宽,由于每个像素是5纳拉德,这意味着尽管中心光斑只有5纳拉德多一点,如果你看一个扩展源的场景,如月球表面,你真的只有300纳拉德的分辨率。干涉阵列在观测月球方面几乎没有什么优势。但它非常适合寻找参宿四!为什么看月亮不好呢?所有的侧叶。

好,让我们看看我们能否通过增大每个望远镜来改善阵列。我们把望远镜直径设为10米。

组合望远镜

现在你可以再次看到中央裂片仅仅超过5纳拉德,但旁裂片仍然延伸到大约25个像素,也就是大约75纳拉德。这对观察参宿四来说很好,但对从地球上观察阿波罗17号着陆点就不太好了。

所以,我要把望远镜的直径增加到50米。

组合望远镜

现在你可以再次看到中央瓣大约是一个像素宽(5纳米弧度),而旁瓣总共是8或9像素宽或43纳米弧度的分辨率。现在我们可以看到月球土壤上一组模糊的月球车轨迹。

现在,只是为了搞笑,我让每个望远镜的直径都达到150米,这样望远镜就可以互相接触了。

组合望远镜

现在你可以看到,组合望远镜确实有点扩展功能,全孔径大小接近300米。

为什么两个望远镜的组合越多,它们提供的分辨率就越高?

我想你可以从这里看到,更多的望远镜(狭缝)的作用是减少旁瓣的影响。

天文干涉测量的基本工作原理
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