مغامرات روبرت هانبيري براون وريتشارد تويس المذهلة. الجزء الأول

مرحبا Giktayms! أود اليوم أن أخبركم قصة رائعة من حياة اثنين من علماء الفلك البريطانيين. سنعجب بالتلسكوبات غير العادية ، وننظر في أعماق الفضاء ، حيث سنقفز بأعجوبة إلى عالم الاحتمالات والفوتونات الفردية والحوسبة الكمومية. آمل أن أكون مفتون بك. مرحبا بكم في القطط.


لذا ، فإن الشخصيات الرئيسية في قصتنا ستكون علماء الفلك. والفلكيون ، كما تعلمون ، يحبون التلسكوبات الكبيرة. والنقطة هنا ليست في الزيادة ، على نحو أدق - وليس في الزيادة. هناك سببان. أولاً ، يجمع التلسكوب الكبير المزيد من الضوء ويمكنه رؤية النجوم الباهتة (وهذا ما يسمى بالفتحة ). ولكن ثانيًا ، كلما كان التلسكوب أكبر ، كلما زادت دقة الزاوية. والسبب في ذلك هو حيود الضوء: من المؤكد أن الشعاع الموازي الذي يمر عبر أي فتحة يصبح متباعدًا. علاوة على ذلك ، كلما كانت الحفرة أصغر (على سبيل المثال ، عدسة التلسكوب) ، كلما زاد تشتت الشعاع وأقل وضوحًا للصورة التي سنراها.

غالاكسي M51 في نطاق الأشعة تحت الحمراء البعيدة من خلال عيون التلسكوبات سبيتزر (عدسة اليسار ، 0.85 م) وهيرشيل (اليمين ، 3.5 م). المزيد من التلسكوب - دقة زاوية أفضل.

لنفترض ، في تلسكوب هواة ، يمكنك رؤية كوكب المشتري وزحل بحلقاتهما ، وحتى أطوار كوكب الزهرة. الأبعاد الزاويّة للنجوم أصغر بكثير ، لذا من المستحيل أخذها في الاعتبار - إنها تبدو مثل النقاط المضيئة. من ناحية أخرى ، فإن النقاط (أو بالأحرى ، مصادر النقاط ) مغرمة جدًا في البصريات. على سبيل المثال ، من السهل عليهم التفكير في انتشار الأشعة. ومنهم ، يمكن ملاحظة التداخل على شقين.

لكنه لا يعمل من مصدر تداخل موسع: أقسامه المختلفة ، غير المترابطة مع بعضها البعض ، تشوه صورة التداخل. اتضح أنه بمساعدة تلسكوب صغير يمكننا أن نرى التداخل من صورة نقطية لنجم. ولكن إذا كان التلسكوب كبيرًا ، فستكون صورة النجم أكثر من مجرد نقطة ، وسيبدأ التداخل في الاختفاء.

تداخل الضوء من نجم ملاحظ من خلال المقاريب بأحجام مختلفة. تظهر أوضح صورة من خلال تلسكوب صغير (يسار) ؛ في أكبر تداخل (يمين) غير مرئي على الإطلاق.

من حيث المبدأ ، يمكن قياس الحجم الزاوي للنجم بهذه الطريقة: يجب ملاحظة التداخل منه ، وزيادة قطر التلسكوب تدريجيًا. في اللحظة التي يبدأ فيها التداخل في التلاشي ، تتطابق الدقة الزاوية للتلسكوب تمامًا مع حجم النجم. هذا فقط لتغيير حجم التلسكوب بسلاسة - بصراحة ، إنه صعب للغاية. بدلاً من ذلك ، اقترح ألبرت ميشيلسون المخطط التالي:

لا يدخل الضوء إلى التلسكوب مباشرة ، ولكن من خلال المرايا المساعدة (على حامل أحمر) ، والتي يمكن تحريكها وتحريكها بعيدًا. شيء مثل أنبوب ستيريو. فقط في أنبوب الاستريو نغير المسافة الفعالة بين التلاميذ ، وهنا القطر الفعال للعدسة.

مكافأة لطيفة هي أن المسافة بين المرآتين يمكن تغييرها ضمن حدود كبيرة جدًا - مما يعني أن الحجم الفعال للعدسة يمكن أن يكون ضخمًا! ظهرت الفكرة لأول مرة في عشرينيات القرن العشرين بالقرب من لوس أنجلوس: بمثل هذا التلسكوب الذي يبلغ طوله 2.5 متر:

وضع شعاع أفقي ستة أمتار مع أربع مرايا. يمكن تحريك المرايا المتطرفة:

توجد المرايا أعلى الشعاع: تلك الأقرب إلى الحواف تتلقى الضوء من النجم ؛ ويرسلها من هم أقرب إلى المركز عبر التلسكوب. في الصورة ، تم تفكيك نسخة متحف ، التصميم الأصلي بعد الانتهاء من العمل ، وتحول التلسكوب إلى مهام أخرى. حسنًا ، مرصد ماونت ويلسون مفتوح الآن أمام السياح وعلماء الفلك الهواة.

تم استدعاء الجهاز مقياس التداخل النجمي . سمح لأول مرة بقياس حجم العملاق الأحمر Betelgeuse. في الواقع ، هكذا تم اكتشاف العمالقة الحمراء. وتمكنا أيضًا من معرفة أن أحد أكثر النجوم سطوعًا في السماء - كابيلا - هو في الواقع نجم مزدوج.

الكنيسة من خلال عيون تلسكوب حديث. يدور نجمان عملاقان حول مركز مشترك للكتلة لمدة 104 أيام. المسافة بين النجوم هي نفسها تقريبًا من الشمس إلى الزهرة.

مع مرور الوقت ، أصبحت مقاييس التداخل النجمية أكبر. يعد مرصد Keka Alpine في جزر هاواي من أقوى مقاييس التداخل (وأجملها). بدلاً من نظام المرايا ، يتم استخدام تلسكوبين حقيقيين يبلغ طولهما عشرة أمتار هنا:

ويتم ملاحظة التداخل بينهما في الممر تحت الأرض ، حيث تؤدي الصورة إلى نظام من المرايا:

السؤال المنطقي هو: كيف تغير المسافة بين هذه المحركات؟ اتضح أنه بدلاً من تحريك وتمديد التلسكوبات ، يمكنك إدخال تأخير بين الصور - سيكون التأثير هو نفسه. خط التأخير البصري بسيط للغاية: إنه عاكس الزاوية على القضبان. إذا قمت بتحريكه قليلاً ، سيزداد المسار البصري ، وسيأتي الضوء بعد ذلك بقليل.

خطوط تأخير مرصد كيك. في منتصف الصورة على القضبان يوجد مربع عمودي ؛ يتم تثبيت عاكس الزاوية على الجانب الخلفي. يعكس الضوء الخلفي القادم من نهاية النفق.

زنزانات مرصد كيك. خطوط التأخير في النفق الذي يربط التلسكوبين. لوحظ تدخل في الداخل بجانب التلسكوب الثاني.

يمكن القيام بنفس الشيء في نطاق الراديو. مثل هذه الفكرة زارت أحد شخصياتنا الرئيسية ، روبرت هانبيري براون (هذا ليس زوجًا وزوجة ، ولكن أربعة أشخاص مختلفين يحملون لقبًا مزدوجًا) ، كان منخرطًا في علم الفلك الراديوي في ذلك الوقت تحت مانشستر. ومع ذلك ، فلنأخذ الأمر بالترتيب.

بعد نهاية الحرب العالمية الثانية ، أفسحت العديد من الرادارات العسكرية المجال لأحفادها الأكثر تقدمًا وأصبحت غير ضرورية. يجلب برنارد لوفيل عدة شاحنات من الرادارات المتقادمة إلى بنك جودريل بالقرب من مانشستر وينشئ مرصدًا لاسلكيًا جديدًا. يصل هانبوري براون إلى هناك ، الذي عمل خلال الحرب على الرادار في الولايات المتحدة. من أجزاء من الرادارات ، يجمعون تلسكوبًا لاسلكيًا ويكتشفون أول مصدر راديو خارج المجرة - سديم أندروميدا. ارتفع الاهتمام بعلم الفلك الراديوي بشكل حاد ، وفي عام 1957 ظهر جهاز جديد في بنك جودريل - تلسكوب لوفيل.

يعمل هذا التلسكوب اليوم ، ولكن في ذلك الوقت كان مجرد معجزة. على سبيل المثال ، تمكن فقط من اكتشاف المرحلة الثانية من صاروخ R-7 ، الذي أطلق أول قمر صناعي أرضي صناعي في المدار. باستخدام هذا التلسكوب ، يبدأ Hanbury Brown وزملاؤه في استكشاف مصادر الراديو عن بُعد. في غضون بضع سنوات ، ستؤدي هذه الدراسات إلى اكتشاف الكوازارات ، ولكن في الوقت الحالي ، يبحث الفلكيون ببساطة عن أشياء جديدة مثيرة للاهتمام في السماء. بالطبع ، لم يمروا بمصدرين إذاعيين قويين - المجرة Swan A (يسار) وبقايا المستعر الأعظم Cassiopeia A (يمين):

ولكن حتى لوحة 80 مترا من تلسكوب لوفيل لم تكن كافية لفحص كلا المصدرين بمزيد من التفصيل. يفكر هانبوري براون في شيء مشابه لمرصد كيك: مقياس التداخل بين مقاريب راديو. ومع ذلك ، لجميع عبقرية فكرة مقاييس التداخل النجمية ، لها عيبان مهمان.

بادئ ذي بدء ، البناء الطويل غير مستقر دائمًا. كلما كان التلسكوبان منفصلين عن بعضهما البعض ، كلما زادت اهتزازات الهيكل بينهما ، وهذا يؤثر سلبًا على صورة التداخل. حسنًا ، المشكلة الرئيسية هي أن الضوء من النجم يذهب إلى اثنين من المقاريب على مسارين مختلفين ، وإذا كان نسيم الضوء (أو مجرد تقلب في الغلاف الجوي) يمر عبر أحدهما ، فإن هذا يجعل صورة التداخل صاخبة ويقلل بشدة من دقة القياس. من الصعب قياس أي شيء إذا تجاوزت المسافة بين التلسكوبات عدة مئات من الأمتار. هذا لا يمكن أن يرضي: افترض أن مصادر الراديو صغيرة جدًا ، ولقياس حجمها ، من الضروري نشر التلسكوبات لعدة كيلومترات. تتطلب المهمة حلاً مختلفًا بشكل أساسي.

استمرار: الجزء 2 ،الجزء 3 .

المصادر
http://www.nature.com/nature/journal/v416/n6876/full/416034a.html
M. Fox Quantum optics: An Introduction. - مطبعة جامعة أكسفورد ، 2006.

الصور: 1 ، 2 ، 3 ، 4 ، 5 ، 6 ، 7 ، 8 ، 9 ، 10 ، 11 ، 12 ، 13 ، 14 .

Source: https://habr.com/ru/post/ar385883/