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第十章 干涉仪和综合孔径成图

第十章 干涉仪和综合孔径成图. 郑兴武 （南京大学天文系）. § 10.1 引言. 极限角分辩率为 矛盾在射电波段最突出 射电波长大约是光学的 倍 全波段天文观测中，干涉和综合孔径技术在射 电天文中发展得最好最完美. 星系和恒星喷流. Cyg A 喷流. 年轻恒星喷流. 射电天文的重大发现. 视超光速现象. 射电天文的重大发现. 3C279. GRS1915+105. 引力透镜. H1413+117. B2114+022 +022. 射电天文的重大发现. 米波射电望远镜阵. GMRT 40(?) 45m.

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第十章 干涉仪和综合孔径成图

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Presentation Transcript

  1. 第十章 干涉仪和综合孔径成图 郑兴武 （南京大学天文系）

  2. §10.1 引言 • 极限角分辩率为 • 矛盾在射电波段最突出 射电波长大约是光学的 倍 • 全波段天文观测中，干涉和综合孔径技术在射 电天文中发展得最好最完美

  3. 星系和恒星喷流 Cyg A 喷流 年轻恒星喷流 射电天文的重大发现

  4. 视超光速现象 射电天文的重大发现 3C279 GRS1915+105

  5. 引力透镜 H1413+117 B2114+022 +022 射电天文的重大发现

  6. 米波射电望远镜阵 GMRT 40(?) 45m

  7. 射电望远镜阵 VLA 27 25m

  8. 射电望远镜阵 ATCA 6 22m

  9. 亚毫米射电望远镜阵 SMA 8 9m

  10. 亚毫米射电望远镜阵 ALMA 64 12m 0.3-9.6 mm 150m – 18 km

  11. VLBI Exploration of Radio Astrometry (VERA) 4  20 m

  12. VLBA

  13. EVN

  14. 目前中国VLBI网（CVN） 2460 3249 1114 2158 2476 1920

  15. 射电天文成图的方法 • 直接成图的方法（空间域） • 综合孔径成图的方法 （空间频率域）

  16. 干涉阵和综合孔径技术 • 把多个口径比较小的望远镜综合成一架大的望远镜 • 克服单天线辐射收集面积的限制 干涉仪阵总的辐射收集面积 • 克服了单天线空间分辩率的限制 干涉仪的空间分辩率等于

  17. 干涉阵和综合孔径技术 • 干涉阵最大优点还可以一次成像，克服了单天线不能一次观测成图的缺点 • 基本原理 空间亮度分布可以傅里叶变换 称做可见度函数， 为空间方向 的空间频率 单位：周/米 或 周/弧度 什么是空间频率？？？空间周期？？？

  18. 空间周期和空间频率 • 方向强度按正弦规律变化 • 为空间周期 • 定义空间频率 • （角度）为空间周期 • 定义空间频率

  19. 时间和时间频率（一维） 空间和空间频率（一维）

  20. 空间和空间频率（两维） 只要测到所有的空间频率分量可见度函数， 经傅立叶变换关系完全可以恢复得到天体的图像 ？？？ ？？？ ？？？ ？？？

  21. §10.2 干涉仪理论基础 没有偏振 随时间变化很缓慢 距离很远 没有任何介质 单色 单色源 天线1和2接收到 分母中 远场

  22. 两个天线接收到电磁信号的空间互相关函数 非相干源 稳定 D 远场情况下 忽略高次项

  23. 若面源的坐标用角度来表示 两个天线之间的距离（称基线）分量 可见度函数 对整个源积分有 空间互相关函数

  24. 重要结论 可见度函数：空间互相关函数 源的强度缓慢变化 天体面源是非相干的源 空间频率：天线基线两个分量 基线长度为的天线测量的空间频率为 测量的是天体空间周期为 的分量 ?? 天线2移动：可以观测到许多空间频率

  25. 分立采样（discrete sampling）效应 实际干涉阵得到有限的 分立值 定义采样函数（或称转移函数和权函数） 实际可见度函数为： 实际测量到的天体强度分布 干涉阵综合束 ？？ 干涉阵测量得到的天体强度分布图： 实际天体强度分布与综合束的卷积

  26. 采样函数圆对称并等权 （uniform)

  27. §10.3 双天线干涉仪 假定:单色;点源 平面电磁波 空间频率： 空间互相关函数： ？？ 天线1 天线2

  28. 条纹相位 改变多少， 变了 条纹间隔（fringe spacing）

  29. 条纹间隔（fringe spacing） 源的直径 条纹消失 干涉仪条纹搜寻要用点源

  30. 有限带宽对干涉仪观测的影响 带宽 中心频率

  31. 为了保证条纹振幅接近 1 在一定的带宽下，如何使 延迟跟踪（delay track）

  32. 延迟跟踪 我们比较精确地知道观测源位置 （射电天文称观测相位中心） 预计延迟

  33. 原来

  34. 实际的几何延迟 预计的延迟 探月 模型

  35. 实际的几何延迟 预计的延迟 ???

  36. 由于接收的射电频率很高，条纹相位变化得很快，不容易测量，我们必须变频。由于接收的射电频率很高，条纹相位变化得很快，不容易测量，我们必须变频。

  37. 复相关 为了得到条纹振幅和相位 t 测量到 可见度函数 R 复数，测到一个分量

  38. 基线投影 地心赤道坐标系，单位源矢量 基线矢量

  39. 垂直与恒星方向天球切平面上 注意相对与干涉仪的相位中心 定义 向东， 向北

  40. A 基线东西向 天体在任意方向 1 轨迹为椭圆 天体在北极 2 轨迹为圆 3 天体赤道上 轨迹为直线 B 基线南北向 轨迹只有一点

  41. 可见度函数是偶函数 只要测量一半 如果天线2移动 12小时的跟踪 7小时的跟踪 天线2移动方式

  42. §10.3 综合孔径干涉仪 Westbork ，荷兰 最早干涉阵 25m  14 东西向 地球自转综合

  43. Westbork 干涉阵 UV覆盖

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