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阿 おもね 塔 とう 卡玛大型 おおがた 毫米波 は 天 てん 线阵中 なか 的 てき 一些射电望远镜
夏 なつ 威 たけし 夷 えびす 莫纳克 かつ 亚山天文台 てんもんだい 的 てき 八 はち 个次 じ 毫米波 は 阵列望 もち 远镜
甚长基 もと 线干涉 かんしょう 测量 (英 えい 语:V ery-l ong-b aseline i nterferometry , VLBI ),是 ぜ 射 い 电天文学 ぶんがく 中 ちゅう 使用 しよう 的 てき 一 いち 种射电干涉 かんしょう 测量技 わざ 术。这种技 わざ 术将来 しょうらい 自 じ 不同 ふどう 天文 てんもん 望 もち 远镜的 てき 观测信号 しんごう 送 おく 往相 あい 关器 进行联合处理[ 1] ,使 つかい 其组成 なり 一 いち 台 だい 口径 こうけい 相当 そうとう 于多台 だい 望 もち 远镜之 の 间距离的虚 きょ 拟射 い 电望远镜 。[ 2] 通 つう 过对同一 どういつ 深 ふか 空 むなし 射 い 电源 进行测量,可 か 以高精度 せいど 地 ち 确定两台望 もち 远镜之 の 间的距离和 わ 方向 ほうこう 。其中,望 もち 远镜间的距离由 よし 射 しゃ 电信号 ごう 到 いた 达两台 だい 望 もち 远镜中 ちゅう 的 てき 天 てん 线的 てき 时间延 のべ 迟差确定,望 もち 远镜间的方向 ほうこう 则通过其与射 しゃ 电源方向 ほうこう 的 てき 夹角确定。
在 ざい 干涉 かんしょう 测量技 わざ 术中,望 もち 远镜的 てき 角 かく 分 ぶん 辨 べん 率 りつ 与 あずか 其口径 こうけい 的 てき 宽度成 なり 正 せい 比 ひ 。在 ざい 传统的 てき 联线干涉 かんしょう 测量 技 わざ 术中,望 もち 远镜需要 じゅよう 通 どおり 过电缆 、波 なみ 导管和 わ 光 ひかり 纤等 とう 传输方式 ほうしき 进行联接,使 つかい 得 とく 干涉 かんしょう 测量基 もと 线的长度受到限 げん 制 せい 。甚长基 もと 线干涉 かんしょう 测量技 わざ 术通过高精度 せいど 、高 こう 稳定性 せい 的 てき 原子 げんし 钟和 わ 高密度 こうみつど 的 てき 记录设备,将 はた 信号 しんごう 与 あずか 其被接收 せっしゅう 的 てき 时刻 相 あい 关联,并通过事后 きさき 回 かい 放 ひ 的 てき 方式 ほうしき 对观测数据 すえ 进行比 ひ 对,从而使 し 望 もち 远镜之 の 间的距离不 ふ 再 さい 受到联线干涉 かんしょう 测量中 ちゅう 电缆 距离的 てき 限 きり 制 せい 。[ 3] 因 いん 此,组成干涉 かんしょう 测量基 もと 线的望 もち 远镜之 の 间的距离可 か 以跨越 こし 大洲 おおす ,达到数 すう 千甚至上万公里。通 つう 过发射 しゃ 卫星 天 てん 线到太 ふとし 空中 くうちゅう ,干涉 かんしょう 测量基 もと 线的距离还可以超越 ちょうえつ 地球 ちきゅう 的 てき 直径 ちょっけい ,并使对流层 和 わ 电离层 对观测信号 ごう 的 てき 影 かげ 响得以被消 しょう 除 じょ 或 ある 减弱,这一技术又被称为太 ふと 空 むなし 甚长基 もと 线干涉 かんしょう 测量 (英 えい 语:S pace VLBI , SVLBI )技 わざ 术。[ 4]
甚长基 もと 线干涉 かんしょう 测量技 わざ 术可用 よう 于天文 てんもん 测量 ,其高分 ぶん 辨 べん 率 りつ 的 てき 特性 とくせい 使 し 其能获得深 ふか 空 むなし 射 い 电源的 てき 清 きよし 晰图像 ぞう ,并对航 こう 天 てん 器 き 进行精密 せいみつ 的 てき 定位 ていい [ 5] 。而天文 てんもん 测量技 わざ 术也能 のう 用 よう 于大地 だいち 测量 领域,解 かい 决地球 ちきゅう 的 てき 定位 ていい 和 わ 定 てい 向 むかい 问题,建立 こんりゅう 稳定的 てき 参考 さんこう 系 けい 统和 わ 参考 さんこう 框 かまち 架 か ,以毫米 まい 级的精度 せいど 测定板 いた 块 间的运动参 さん 数 すう 等 とう 。
根 ね 据 すえ 瑞 みず 利 り 判 はん 据 すえ ,光学 こうがく 仪器的 てき 角 かく 分 ぶん 辨 べん 率 りつ
θ しーた
{\displaystyle \theta }
与 あずか 入射 にゅうしゃ 电磁波 は 的 てき 波 なみ 长
λ らむだ
{\displaystyle \lambda }
,以及该仪器 き 的 てき 口径 こうけい
a
{\displaystyle a}
的 てき 关系式 しき 为
θ しーた
=
λ らむだ
/
a
{\displaystyle \theta =\lambda /a}
. 即 そく 在 ざい 观测的 てき 电磁波 は 波 なみ 长不变的情 じょう 况下,仪器的 てき 口径 こうけい 越 えつ 大 だい ,其角 きかく 分 ぶん 辨 べん 越 えつ 小 しょう ,分 ふん 辨 べん 能力 のうりょく 越 えつ 高 だか 。对于射 い 电天文学 ぶんがく ,其观测的电磁波 は 波 なみ 段 だん 为无线电波 ,其波长在毫米级 以上 いじょう [ 6] ,比 ひ 波 は 长在亚微 ほろ 米 べい 级的 てき 可 か 见光要 よう 长数千 せん 到 いた 数 すう 十 じゅう 万 まん 倍 ばい 。为达到 いた 与 あずか 光学 こうがく 望 もち 远镜相 あい 同 どう 的 まと 分 ぶん 辨 べん 率 りつ ,早期 そうき 的 てき 射 い 电望远镜只 ただ 能 のう 寻求更 さら 大 だい 的 てき 口径 こうけい ,但 ただし 仍难以满足 あし 天文 てんもん 观测的 てき 需要 じゅよう 。
对于位置 いち 不同 ふどう 的 てき 望 もち 远镜,来 き 自 じ 同一 どういつ 射 い 电源的 てき 光 ひかり 线会在 ざい 不同 ふどう 的 てき 时刻进入望 もち 远镜的 てき 接收 せっしゅう 天 てん 线 ,这两个时刻 こく 的 てき 时间间隔被 ひ 称 しょう 为时间延 のべ 迟差 。时间延 のべ 迟差即 そく 包含 ほうがん 了 りょう 光 こう 在 ざい 传播距离上 じょう 的 てき 差 さ 异(即 そく 两个天 てん 线之间的几何延 のべ 迟差 ),也包含 ほうがん 了 りょう 传播过程中 ちゅう 受地球 ちきゅう 大 だい 气 、天 てん 线的接收 せっしゅう 和 わ 处理装置 そうち ,以及望 もち 远镜所 しょ 使用 しよう 的 てき 原子 げんし 钟的 てき 同 どう 步 ふ 误差等 とう 。因 よし 此,两台望 もち 远镜所 しょ 观测到的 てき ,来 き 自 じ 同 どう 一射电源的信号是不同步的,两者经过相 しょう 关处理 り 后 きさき 能 のう 够得到 いた 干涉 かんしょう 条 じょう 纹 。在 ざい 理想 りそう 状 じょう 态下,时间延 のべ 迟差的 てき 真 ま 实值
τ たう
~
{\displaystyle {\tilde {\tau }}}
、两个天 てん 线所组成的 てき 基 もと 线矢量 りょう
b
→
{\displaystyle {\vec {b}}}
,以及射 しゃ 电源方向 ほうこう 相 しょう 对于基 もと 线的夹角
θ しーた
{\displaystyle \theta }
可 か 组成如下的 てき 观测方 かた 程 ほど :[ 1]
τ たう
~
=
1
c
‖
b
→
‖
cos
θ しーた
{\displaystyle {\tilde {\tau }}={\frac {1}{c}}\lVert {\vec {b}}\rVert \cos {\theta }}
其中,
c
{\displaystyle c}
为光速 こうそく 。由 よし 于射电源与 あずか 地球 ちきゅう 的 てき 距离远大于基线的长度,射 しゃ 电源几乎是 ぜ 平行 へいこう 地 ち 入射 にゅうしゃ 到 いた 两台望 もち 远镜内 ない ,因 いん 此
θ しーた
{\displaystyle \theta }
对于两台望 もち 远镜是 ぜ 几乎相 しょう 同 どう 的 てき 。
甚长基 もと 线干涉 かんしょう 测量系 けい 统主要 よう 由 ゆかり 天 てん 线 、接收 せっしゅう 机 つくえ 、数 かず 据 すえ 记录终端、原子 げんし 钟和 わ 时间同 どう 步 ふ 系 けい 统 以及相 しょう 关处理系 りけい 统等部分 ぶぶん 组成。[ 1] 射 い 电源的 てき 电磁波 は 信号 しんごう 通 どおり 过抛 ほう 物 もの 面 めん 状 じょう 的 てき 反射 はんしゃ 天 てん 线面集中 しゅうちゅう 到 いた 天 てん 线馈源 ,由 ゆかり 馈源转换为高频电信号 ごう 并传输给接收 せっしゅう 机 つくえ 。接收 せっしゅう 机 つくえ 对高频电信号 しんごう 进行放 ひ 大 だい 后 きさき ,混 こん 频到 いた 中 ちゅう 频的 てき 基 もと 带信号 ごう 上 うえ ,使 つかい 信号 しんごう 能 のう 够记录于数 すう 据 すえ 记录终端中 ちゅう 。原子 げんし 钟负责提供 ていきょう 高 だか 频率和 わ 高 だか 稳定度 ど 的 てき 频率基 もと 准 なぞらえ ,为数据 すえ 记录提供 ていきょう 精 せい 确的记录时间,时间同 どう 步 ふ 系 けい 统则负责将 はた 不同 ふどう 来 き 源 げん 的 てき 时间比 ひ 对到统一的 てき 标准时间上 じょう 。相 あい 关处理 り 机 つくえ 则对记录到的 てき 观测信号 しんごう 进行相 あい 关 处理和 わ 分析 ぶんせき ,得 とく 到 いた 干涉 かんしょう 测量图像 、信号 しんごう 间的时间延 のべ 迟差和 わ 时间延 のべ 迟率等 とう 基本 きほん 观测量 りょう 。