مغامرات روبرت هانبيري براون وريتشارد تويس المذهلة. الجزء الثاني: تحت الصليب الجنوبي

و آخر مرة قيل لي كيفية استخدام تلسكوب لاسلكي للكشف عن سبوتنيك 1 إطلاق مركبة، والسبب في ذلك ليس كافيا لعلم الفلك. اليوم ، ستحدد شخصياتنا الرئيسية كيفية جعل أوامر التلسكوبات من حيث الحجم أكثر قوة ، تنطلق للبحث عن سماء صافية والتعرف على تعقيدات علم الفلك في أستراليا. مرحبا بكم في القطط.



بشكل عام ، يعتمد مبدأ تشغيل التلسكوبات المزدوجة - مقاييس التداخل النجمية من الجزء الأول على ثلاث أفكار بسيطة:

1. في التلسكوب الصغير ، يبدو النجم نقطة ، في حجم كبير - جسم ممتد. وينطبق الشيء نفسه على مقرابين بمسافات صغيرة / كبيرة بينهما.

2. إذا قمت بتغيير المسافة بين مقرابين ، فسيتم تمديد صورة نجم من نقطة عاجلاً أو آجلاً. من هذا يمكن تحديد الحجم الزاوي للنجم - أحد أهم المعلمات الفلكية.

3. كيف أعرف عند أي نقطة تصبح الصورة من النقطة ممتدة؟ من الممكن عن طريق التداخل: الجسم النقطي يعطي تداخلًا واضحًا ، والجسم الممتد لا يعطي أيًا:

الفقرة الأولى والثانية بسيطة ورائعة. ولكن مع وجود مشكلة ثالثة. يتشكل التداخل دائمًا من شعاعين يسيران على مسارين مختلفين ، وبالتالي فإنه مرعب مدى حساسية طول هذه المسارات. الاضطراب ، وحركة طفيفة للهواء تكفي لدخول الضوء إلى التلسكوبات قبل ذلك بقليل ، بعد ذلك بقليل. وبسبب هذا ، ستتحرك شرائط التداخل إلى اليسار واليمين وتطمس الصورة بأكملها في النهاية.

التدخل: جيد (أ) ، ليس جيدًا جدًا (ب) ، سيئًا جدًا (ج).

سيكون من اللطيف ابتكار شيء ما لتمييز صورة نقطية لنجم عن صورة ممدودة! يلتقي هانبوري براون مع البطل الثاني في قصتنا ، الفيزيائي النظري ريتشارد تويس. يهتمون معًا بكثافة إشعاع النجم - أو بالأحرى ضجيج هذا الإشعاع.

ضوء النجم ليس ثابتًا ، ولكنه يختلف قليلاً في الوقت المناسب. لا يتعلق الأمر بالكواكب والكسوف - أي مصدر للضوء قليلاً ، ولكنه صاخب. إذا كان المصدر نقطة ، فمن أي جانب تنظر إليه ، سيكون الضجيج هو نفسه (النقطة هي النقطة ، بغض النظر عن كيفية لفها). ولكن بالنسبة لمصدر موسع ، فإن الأمر ليس كذلك: لنقل ، ضوضاء المصباح ، إذا نظرت إليه من اليسار ومن اليمين ، مختلف قليلاً. وينطبق الشيء نفسه على النجم.

إذا رأى كلا التلسكوبين نفس الضوضاء ، فيبدو أن النجم نقطة. إذا كان الضوضاء مختلفة ، فيبدو أن النجم ممتد. عبقري! لا يوجد تدخل أو اقتران حساس آخر بين التلسكوبات ضروري. مشكلة الاضطراب تختفي من تلقاء نفسها. هذا يعني أنها يمكن أن تفصل بينها مئات الأمتار دون أي مشاكل! يجمع أبطالنا أول تلسكوب للنظام الجديد - مقياس تداخل الشدة (بالمناسبة ، كان بالفعل في عام 1952 - حتى قبل تلسكوب لوفيل).

كيف تعرف إذا كان هناك تلسكوبان يشاهدان نفس الضوضاء أو مختلفين؟ أبسط فكرة هي طرح الإشارة من تلسكوب من الإشارة من آخر. في الواقع ، من الأكثر فاعلية مراقبة ليس اختلاف الإشارات من تلسكوبين ، ولكن منتجهما . علاوة على ذلك ، ليس مجرد منتج ، ولكن متوسط ​​قيمته:

يتم حساب الأقواس المثلثة فقط بمرور الوقت ، أي متوسط ​​القيمة المخفية خلف الضوضاء. I ₁ و I ₂ - كثافة الإشارة من مقاريب. هم صاخبون ، لذلك عملهم صاخب أيضا ؛ لكن متوسط ​​القيمة محدد بوضوح.

لجعلها أكثر ملاءمة ، يتم تقسيم هذه القيمة إلى متوسط ​​قيم I ₁ و I ₂ . ما حدث يسمى g ⁽²⁾ أو دالة ارتباط من الدرجة الثانية :

إذا تم تمديد النجم ، فإن I ₁ و ₂ تأتي من نقاط مختلفة منه ، فهي مستقلة ، ويمكن فتح الأقواس المثلثة. سيصبح بسط الكسر ومقامه متساويين ، وسيصبح وحدة. أي للنجم الممتد g ⁽²⁾ = 1. إنه مريح وسهل التذكر.

ماذا عن نجمة نقطة؟ أي جانب لا ينظر إليها ، وستكون الشدة والضوضاء هي نفسها. لذلك ، أنا ₁ = أنا ₂ وبالتالي

عادة ما تكون هذه القيمة أكبر من الوحدة (من الناحية المثالية ، تساوي اثنين). لذا ، لقياس حجم النجم باستخدام مقرابين ، تحتاج إلى حساب g ⁽²⁾ ، وتغيير المسافة بينهما:

عندما يبدأ g ⁽²⁾ في الانخفاض من اثنين إلى واحد ، فإن المسافة بين التلسكوبات ستحدد الحجم الزاوي للنجم من خلال نسبة الانعراج. هذه هي النظرية كلها. حان الوقت للانتقال إلى الممارسة.

الاستطراد الغنائي: لماذا الارتباط من الدرجة الثانية

- , – . (, !), .

( g⁽¹⁾) – ( ), g⁽²⁾ – ( = ).

( g⁽¹⁾) (g⁽²⁾).

لذلك ، لم يتم ربط التلسكوبين الراديويين في هانبيري براون بأي شيء ، ويمكن تحريكهما ليس بعشرات الأمتار ، ولكن بالكيلومترات. تم ترك تلسكوب واحد في المرصد ، والثاني تم نقله من حقل إلى آخر ، بعيدًا عن الأول. لم تتحقق المخاوف بشأن مصادر الراديو Cygnus A و Cassiopeia A - اتضح أنها كبيرة جدًا ، وكانت المسافة بين التلسكوبات لعدة كيلومترات كافية لقياس حجمها.

بعد مقياس التداخل الراديوي ، قرر Hanbury Brown تجميع تلسكوب مزدوج جديد - هذه المرة هو تلسكوب بصري. في متناول اليد كشافات عسكرية قديمة ، مثالية لهذا الغرض. الآن يجب عليهم عدم تشتيت الضوء ، ولكن لجمعه ، والذي يجب استبدال المصابيح به بمضاعفات ضوئية:

بتشجيع من النجاح السابق ، وضع Hanbury Brown لنفسه الهدف الطموح لقياس حجم Sirius ، ألمع نجم في السماء. كانت المهمة معقدة بسبب حقيقة أن سيريوس (بشكل أدق ، مكونه المشرق سيريوس أ) هو نجم صغير قابل للمقارنة في الحجم مع الشمس. لكن هذه كانت لا تزال زهور. فجأة ، اتضح أن حياة عالم الفلك البصري في بريطانيا ليست بهذه البساطة - المناخ ليس هو نفسه. ثم تم تجميع التلسكوب في الخريف فقط ، لذلك بدأت القياسات في شتاء بريطاني رائع: رطب ، رطب ، جيد ، بالطبع ، غائم وضباب على نهر التايمز .

الشتاء في مرصد بنك جودريل.

يبقى فقط أن نضيف أنه في بريطانيا لا يرتفع Sirius فوق 20 درجة فوق الأفق من حيث المبدأ! كان الفلكيون مرهقين ، وقضوا الشتاء بأكمله ، ولكن بطريقة ما قاموا بقياس النقاط التجريبية الأربع بأعجوبة بأخطاء كبيرة ويقدرون حجم النجم تقريبًا. والمثير للدهشة أن نتائجهم تختلف عن البيانات الحديثة بنسبة تقل عن عشرين بالمائة.

بعد تذوقه كل سحر علم الفلك البريطاني ، ينتقل Hanbury Brown إلى أستراليا الخالية من الغيوم ، حيث يجمع تلسكوبًا بصريًا جديدًا. ربما أنت مندهش قليلاً من السرعة التي تمكن بها من صنع تلسكوبات جديدة. والحقيقة أنهم لم يحتاجوا إلى صور عالية الجودة. تحتاج فقط إلى مرآة كبيرة يمكنها جمع الضوء على الكاشف الضوئي ؛ جودة وانحرافات هذه المرآة غير مهمة على الإطلاق. كانت المقاريب الأسترالية تشبه إلى حد كبير أطباق الأقمار الصناعية الحديثة: تم تجميع "طبق" مكافئ من 252 مرآة وركز الضوء على مضاعف ضوئي مركب على نهاية أنبوب طويل:

لسنوات عديدة ، كان يجب إزالة بعض المرايا ، لكن هذا لم يؤثر بشكل خاص على الجودة. كان الوضع مع الحيوانات المحلية أسوأ بكثير. في البداية هاجمت الضفادع المرصد. لم يعجبهم هانبوري براون بشكل رهيب ، لذلك طردهم تويس خارج الغرفة بملقط الثلج. بعد الجفاف ، اختفت الضفادع ، ولكن ظهرت الفئران التي بدأت تقضم الكابل. ولكن الأسوأ من ذلك كله كانت الطيور: كانت الطيور الصغيرة تعشق الطائر نحو انعكاسها في المرآة قبل التأثير الرنان لمناقيرها. والببغاوات الكبيرة متعددة الألوان مع المتعة المعلقة رأساً على عقب على الكابلات ، وخدشها وقضمها بانتظام. كان علي أن أحصل على صقر ، يحرس التلسكوبات من مجموعة متنوعة من الحيوانات.

تم تركيب التلسكوبات نفسها على منصتي سكك حديدية ووضعت على قضبان دائرية. هذا جعل من الممكن إجراء قياسات في اتجاهين متعامدين للتلسكوبات ، وبالتالي ، للحصول على صورة ثنائية الأبعاد. على وجه الخصوص ، كان هذا النهج مفيدًا جدًا في دراسة النجوم الثنائية.

في وسط الدائرة يوجد مركز التحكم ومبنى كبير في المقدمة - مرآب للتلسكوبات وصقر أمني يعيش فيه.

حقق التلسكوب في Narrabri انفراجًا حقيقيًا في علم الفلك. بمساعدتها ، كان من الممكن قياس الأبعاد الزاوية لعشرات النجوم ، بما في ذلك النجوم الثنائية. هذا جعل من الممكن استكمال مخطط Hertzsprung-Russell ، والتعامل مع تطور النجوم المتأخرة ، ورؤية التيجان النجمية ومعرفة ما يحدث فيها ... احتل التداخل في الشدة مكانه بين الأجهزة الفلكية ، وسقط ذروته على التلسكوبات اللاسلكية الجديدة.

هل يمكن حمل تلسكوبين أكثر؟ بالطبع بكل تأكيد! نعم ، ولماذا تحمله ، يمكنك أخذ أي تلسكوبين راديويين على الأرض وجعلهما يعملان في أزواج. وهذا ما يسمى قياس التداخل بقاعدة طويلة للغاية.. في الوقت نفسه ، لا تحتاج التلسكوبات إلى اتصال في الوقت الفعلي: يمكن تسجيل إشارة منها ثم معالجتها ؛ الشيء الرئيسي هو أن القياسات تتم في وقت واحد. بدلاً من تغيير المسافة بينهما ، يتم تغيير التأخير الزمني - تمامًا مثل مقاييس التداخل النجمية.

مبدأ تشغيل قياس التداخل الراديوي مع قواعد طويلة جدًا.

التلسكوبات الراديوية على خريطة العالم (بأي حال من الأحوال). يمكن لأي زوج أن يشكل مقياس تداخل لاسلكي.

تلسكوب بحجم قطر الأرض - من كان يظن! اتضح ، وهذا ليس الحد. لماذا لا تطلق تلسكوبًا واحدًا في الفضاء ، وتقرانه مع أحد التلسكوبات الأرضية؟ تم ذلك لأول مرة في محطة ساليوت -6 ، ودمج تلسكوبها مع RT-70 العملاق بالقرب من إيفباتوريا:

بسبب القطر الكبير - بالفعل 10 أمتار - قرروا تثبيت التلسكوب على وحدة الإرساء ، وبعد الانتهاء من العمل فقط قم بإزالته ودفعه بعيدًا (تحتاج إلى إرساء التقدم في مكان ما). لكن التلسكوب قرر بشكل مختلف وتمكن من التمسك بمبنى المحطة. اضطررت للذهاب إلى الفضاء الخارجي. بمجرد أن قامت رائدة الفضاء فاليري ريومين بقطع أحد الكابلات التي التقطت الهوائي ، هزت على الفور وطارت إليه مباشرة. اضطررت إلى المراوغة. بشكل عام ، الحياة الحقيقية لرواد الفضاء لا تقل أبدًا عن الجاذبية :).

حسنًا ، ذروة الخلق لهذا اليوم هي مشروع Radioastron الأسطوريمع تلسكوب R تلسكوب الفضاء. يطير في مدار إهليلجي مع ذروة 340 ألف كيلومتر بالفعل - وهذا يعني أن القطر الفعال للتلسكوب يساوي تقريبًا المسافة من الأرض إلى القمر! كمستقبل ثانٍ ، يتم اختيار أحد التلسكوبات الأرضية اعتمادًا على الطقس والمهام.

إن نجاحات Radioastron على مدى ثلاث سنوات رائعة: تمكن من تحديد أحجام العديد من النجوم الزائفة ، والطائرات النسبية ، ومراقبة سلوك ماسحات الفضاء ، واكتشاف البنية غير العادية للنجوم النابضة ... تحدث Zelenyikot جيدًا عن بعض النتائج . اليوم ، تستمر Radioastron في المراقبة ، ومن المقرر القيام بمهام لها لفترة طويلة قادمة ، وأنا متأكد من أنها ستستمر في إرضاءنا بنتائج جديدة.

قام هانبوري براون وتويس بثورة علمية أخرى. لقد تبين أن مقياس التداخل الشديدي - المفهوم ، وسهل الإعداد ، والفعال بشكل لا يصدق - أداة قوية في أيدي الفلكيين. ولكن في عمله كانت هناك بضع لحظات غير مفهومة. والأهم من ذلك كله ، كان من المدهش أن يساوي g ⁽²⁾ للتلسكوبات المحولة اثنين بالضبط:

كان يعتقد أن هذا كان مرتبطًا بطريقة ما بضجيج النجم ، ولكن كيف لم يكن واضحًا بالضبط. سواء كان أبطالنا مدركين أم لا ، فقد وقفوا خطوة واحدة بعيدًا عن عالم جديد تمامًا - بصريات الكم .

استمرار: الجزء 3 .

مصادر
M. Fox. البصريات الكمومية: مقدمة - مطبعة جامعة أكسفورد ، 2006.
R. Hanbury Brown. مقياس تداخل الشدة. تطبيقه على علم الفلك. - لندن: تايلور وفرانسيس ، 1974.
R. Hanbury Brown. بوفين: قصة شخصية عن الأيام الأولى للرادار وعلم الفلك الراديوي والبصريات الكمومية - بريستول: آدم هيلجر ، 1991. غلازكوف يو إن
، كولسنيكوف يو. في الفضاء الخارجي. - م: علم أصول التدريس ، 1990.
ورشة عمل 2009 حول قياس تداخل شدة النجوم.
النعي: روبرت هانبيري براون. الطبيعة 416 ، 34 (2002).
PG Tuthill مقياس التداخل من شدة نارابري النجمية: تكريم بعيد ميلاده الخمسين. بروك. من SPIE 91460C (2014).

الصور: KDPV ، 1 ، 2 ، 4 ، 5 ، 7 ، 9 ، 10 ، 11 ، 12 ، 13 ، 14 .

Source: https://habr.com/ru/post/ar386261/