射電干涉儀是一種基于波干涉原理的天文儀器,通常由多個天線組成,通過電纜相連。這種技術大大增強了從背景噪聲中提取有用信號的能力。甚長基線干涉儀(VLBI)的應用,使得射電波段的分辨率顯著提升,超越了其他波段。綜合孔徑技術的發展,使得射電望遠鏡擁有了類似于照相機的成像能力。
發展歷史
射電干涉儀最早出現在二十世紀四十年代末至五十年代初,當時是為了提高對射電源的定位精度和分辨細小的射電源。到了七十年代,科學家已經能夠分辨出角徑僅為0.0002的射電源。盡管單個射電望遠鏡的分辨率較低,但由于射電波段的波長較長,因此需要非常大的天線孔徑才能達到與小型光學望遠鏡相當的分辨率。然而,實際建造如此大型的天線是不可行的。目前,全球最大的全可轉拋物面天線直徑僅有100米,而地面固定的球面天線最大直徑也只有500米。
工作原理
射電干涉儀采用了與光學干涉儀相同的原理,能夠在射電源的定位和角徑測量中發揮重要作用。最基本的干涉儀由兩臺相隔一定距離的天線組成。干涉儀的分辨率取決于天線之間的距離,而“接收面積”則取決于天線的尺寸。這些參數可以根據觀測需求獨立調整,從而實現了資源的有效利用。相比之下,連續孔徑望遠鏡的分辨率和接收面積并非獨立變量。
分類
相關干涉儀
相關干涉儀是射電干涉儀的重要類型之一,由兩個分離的天線和一個能夠執行乘法運算的接收機(稱作相關接收機)組成。相關接收機的輸出僅對同時被兩個天線接收的信號產生影響,且輸出信號正比于兩個天線輸出電壓的乘積平均值。這一特性使得相關接收機能夠有效抑制接收機噪聲和其他僅作用于單一天線的干擾。
多天線干涉儀
多天線干涉儀常用于觀測類似太陽的面狀射電源。這類干涉儀的天線等間隔排列,干涉瓣的主瓣半寬和相鄰干涉瓣之間的角距均可通過調整天線數量和間距來控制。最少重復的干涉儀則是指去掉了重復的天線對,但仍保持了必要的分辨率和避免混淆的能力。
十字天線
十字天線的設計能夠直接提供二維的高分辨率,最初主要用于觀測太陽。除了十字形排列,還有Y形、T形和環形排列,都能在兩個方向上提供較高的分辨率。
長基線干涉儀
甚長基線干涉儀(VLBI)克服了傳統干涉儀中天線之間電纜連接的技術難題,通過微波接力的方式實現了天線之間的通信,使得基線長度可達數百公里,分辨率達到了亞弧秒級別。VLBI還允許天線分布在地球的不同位置,甚至是太空中的衛星或月球上,從而進一步延長基線長度。
參考資料 >
【科普時間到】—人眼的延伸——如何看清世間萬物?.中國科學院西安光學精密機械研究所.2024-11-04
射電干涉儀.EEPW百科.2024-11-04
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