Petualangan luar biasa dari Robert Hanbury Brown dan Richard Twiss. Bagian 2: di bawah Salib Selatan

The terakhir kali saya diberitahu bagaimana menggunakan teleskop radio untuk mendeteksi Sputnik-1 peluncuran kendaraan, dan mengapa itu tidak cukup untuk astronomi. Hari ini, karakter utama kita akan mencari cara untuk membuat urutan teleskop lebih besar, berangkat untuk mencari langit yang cerah dan berkenalan dengan seluk beluk astronomi di Australia. Selamat datang di kucing.



Secara umum, prinsip pengoperasian teleskop ganda - interferometer bintang dari bagian pertama didasarkan pada tiga ide sederhana:

1. Dalam teleskop kecil, bintang tampaknya menjadi titik, dalam besar - benda yang diperluas. Hal yang sama berlaku untuk dua teleskop dengan jarak kecil / besar di antara mereka.

2. Jika Anda mengubah jarak antara dua teleskop, maka cepat atau lambat gambar bintang dari suatu titik akan memanjang. Dari sini kita dapat menentukan ukuran sudut bintang - salah satu parameter astronomi yang paling penting.

3. Bagaimana saya tahu pada titik mana gambar dari titik menjadi diperpanjang? Dimungkinkan oleh gangguan: objek titik memberikan gangguan yang jelas, yang diperluas tidak memberikan:

Paragraf pertama dan kedua sederhana dan cerdik. Tetapi dengan yang ketiga ada masalah. Gangguan selalu dibentuk oleh dua balok yang bergerak di sepanjang dua jalur yang berbeda, dan karenanya sangat menakutkan betapa sensitifnya panjang jalur ini. Turbulensi, dan hanya sedikit gerakan udara sudah cukup bagi cahaya untuk masuk ke teleskop sedikit lebih awal, beberapa saat kemudian. Karena itu, strip interferensi akan bergerak ke kiri dan ke kanan dan akhirnya mengaburkan seluruh gambar.

Gangguan: baik (a), tidak sangat baik (b), sangat buruk (c).

Akan menyenangkan untuk datang dengan sesuatu untuk membedakan gambar titik dari bintang dari yang memanjang! Hanbury Brown bertemu dengan pahlawan kedua dari cerita kita, fisikawan teoretis Richard Twiss. Bersama-sama mereka memperhatikan intensitas radiasi bintang - atau lebih tepatnya, kebisingan radiasi ini.

Cahaya dari bintang tidak konstan, tetapi sedikit bervariasi dalam waktu. Ini bukan tentang planet dan gerhana - sumber cahaya sedikit, tapi berisik. Jika sumbernya adalah sebuah titik, maka dari sisi mana pun Anda melihatnya, bunyinya akan sama (intinya adalah titik, tidak peduli bagaimana Anda memutarnya). Tetapi untuk sumber yang diperluas, ini tidak begitu: katakanlah, bohlam bohlam, jika Anda melihatnya dari kiri dan dari kanan, sedikit berbeda. Hal yang sama berlaku untuk seorang bintang.

Jika kedua teleskop melihat suara yang sama, maka bintang tersebut tampaknya menjadi titik. Jika kebisingannya berbeda, maka bintang itu kelihatannya memanjang. Berbakat! Tidak diperlukan interferensi atau sambungan sensitif lainnya antara teleskop; masalah turbulensi menghilang dengan sendirinya. Ini berarti bahwa mereka dapat berjarak ratusan meter tanpa masalah! Protagonis kami mengumpulkan teleskop pertama dari sistem baru - sebuah interferometer intensitas (omong-omong, itu sudah pada tahun 1952 - bahkan sebelum teleskop Lovell).

Bagaimana Anda tahu jika dua teleskop melihat suara yang sama atau berbeda? Gagasan paling sederhana adalah mengurangi sinyal dari satu teleskop dari sinyal dari yang lain. Faktanya, jauh lebih efisien untuk memantau bukan perbedaan sinyal dari dua teleskop, tetapi produk mereka . Selain itu, bukan hanya produk, tetapi nilai rata-rata:

Kurung segitiga hanya rata-rata dari waktu ke waktu, yaitu nilai rata-rata yang tersembunyi di balik kebisingan. I ₁ dan I ₂ - intensitas sinyal dari dua teleskop. Mereka berisik, karenanya pekerjaan mereka juga berisik; tetapi nilai rata-rata didefinisikan dengan jelas.

Agar lebih nyaman, nilai ini dibagi menjadi nilai rata-rata I ₁ dan I ₂ . Apa yang terjadi disebut g ⁽²⁾ atau fungsi korelasi orde kedua :

Jika bintang diperpanjang, maka I ₁ dan I ₂ berasal dari titik yang berbeda, mereka independen, dan kurung segitiga dapat dibuka. Pembilang dan penyebut dari fraksi akan menjadi sama, dan itu akan menjadi satu unit. Yaitu, untuk bintang yang diperluas g ⁽²⁾ = 1. Lebih mudah dan mudah diingat.

Bagaimana dengan bintang poin? Sisi mana yang tidak memandangnya, dan intensitas dan kebisingan akan sama. Oleh karena itu, I ₁ = I ₂ dan karenanya

Biasanya nilai ini lebih besar dari satu (idealnya sama dengan dua). Jadi, untuk mengukur ukuran bintang menggunakan dua teleskop, Anda perlu menghitung g ⁽²⁾ , mengubah jarak di antara mereka:

Ketika g ⁽²⁾ mulai turun dari dua menjadi satu, jarak antara teleskop akan menentukan ukuran sudut bintang melalui rasio difraksi. Itulah keseluruhan teorinya. Sudah waktunya untuk melanjutkan berlatih.

Penyimpangan liris: mengapa korelasi orde kedua

- , – . (, !), .

( g⁽¹⁾) – ( ), g⁽²⁾ – ( = ).

( g⁽¹⁾) (g⁽²⁾).

Jadi, dua teleskop radio Hanbury Brown tidak terhubung oleh apa pun, dan mereka bisa dipisah bukan dengan puluhan meter, tetapi dengan kilometer. Satu teleskop ditinggalkan di observatorium, yang kedua diangkut dari satu bidang ke bidang lain, jauh dari yang pertama. Kekhawatiran tentang sumber radio Cygnus A dan Cassiopeia A tidak terwujud - mereka ternyata cukup besar, dan jarak antara teleskop beberapa kilometer cukup untuk mengukur ukurannya.

Setelah interferometer radio, Hanbury Brown memutuskan untuk memasang teleskop ganda baru - kali ini teleskop optik. Di tangan adalah lampu sorot militer tua, sempurna untuk tujuan ini. Sekarang mereka tidak harus menyebarkan cahaya, tetapi untuk mengumpulkannya, untuk itu lampu perlu diganti dengan photomultipliers:

Terdorong oleh kesuksesan sebelumnya, Hanbury Brown menetapkan tujuan ambisius untuk mengukur ukuran Sirius, bintang paling terang di langit. Tugas itu diperumit oleh fakta bahwa Sirius (lebih tepatnya, komponen cerahnya Sirius A) adalah bintang kecil yang sebanding ukurannya dengan Matahari. Tapi ini masih bunga. Tiba-tiba saja, ternyata kehidupan seorang astronom optik di Inggris tidak sesederhana itu - iklimnya tidak sama. Dan kemudian teleskop itu dikumpulkan hanya pada musim gugur, sehingga pengukuran dimulai pada musim dingin Inggris yang luar biasa: basah, lembap, tentu saja, mendung dan kabut di Sungai Thames .

Musim dingin di Observatorium Jodrell Bank.

Tinggal menambahkan bahwa di Inggris pada prinsipnya Sirius tidak naik di atas 20 derajat di atas cakrawala! Para astronom kelelahan, menghabiskan seluruh musim dingin, tetapi entah bagaimana secara ajaib mengukur empat titik eksperimental dengan kesalahan besar dan secara kasar memperkirakan ukuran bintang. Yang paling mengejutkan, hasilnya berbeda dari data modern kurang dari dua puluh persen.

Setelah merasakan semua pesona astronomi Inggris, Hanbury Brown pindah ke Australia tanpa awan, tempat ia mengumpulkan teleskop optik baru. Mungkin Anda sedikit terkejut melihat betapa cepat dia berhasil membuat teleskop baru. Faktanya adalah bahwa mereka tidak memerlukan gambar berkualitas tinggi. Anda hanya perlu cermin besar yang dapat mengumpulkan cahaya pada fotodetektor; kualitas dan penyimpangan dari cermin ini sama sekali tidak penting. Teleskop Australia sangat mirip dengan piringan satelit modern: “parabola” parabola disusun dari 252 cermin dan memfokuskan cahaya pada photomultiplier yang dipasang di ujung pipa panjang:

Selama bertahun-tahun, beberapa mirror harus dihilangkan, tetapi ini tidak terlalu mempengaruhi kualitas. Situasi dengan fauna lokal jauh lebih buruk. Awalnya, katak menyerang observatorium. Hanbury Brown tidak terlalu menyukai mereka, jadi Twiss mengusir mereka keluar dari ruangan dengan penjepit es. Setelah kekeringan, katak menghilang, tetapi tikus muncul yang mulai menggerogoti kabel. Tetapi yang terburuk dari semuanya adalah burung-burung: burung-burung kecil yang dipuja terbang menuju bayangan mereka di cermin sebelum benturan keras paruh mereka; dan burung beo besar berwarna-warni dengan senang hati tergantung terbalik pada kabel, secara teratur menggaruk dan menggigitnya. Saya harus mendapatkan elang, yang menjaga teleskop dari berbagai binatang.

Teleskop itu sendiri dipasang di dua platform rel dan ditempatkan di rel melingkar. Hal ini memungkinkan untuk melakukan pengukuran pada dua orientasi tegak lurus dari teleskop dan, dengan demikian, untuk memperoleh gambar dua dimensi. Secara khusus, pendekatan ini sangat berguna dalam mempelajari bintang-bintang biner.

Di tengah-tengah lingkaran adalah pusat kendali, sebuah bangunan besar di latar depan - garasi untuk teleskop, dan elang keamanan tinggal di dalamnya.

Teleskop di Narrabri membuat terobosan nyata dalam astronomi. Dengan bantuannya, dimungkinkan untuk mengukur dimensi sudut lusinan bintang, termasuk bintang biner. Hal ini memungkinkan untuk melengkapi diagram Hertzsprung-Russell, berurusan dengan evolusi bintang akhir, melihat mahkota bintang dan mencari tahu apa yang terjadi di dalamnya ... Interferometri intensitas mengambil tempat kehormatan di antara instrumen astronomi, tetapi kejayaannya jatuh pada teleskop radio baru.

Bisakah dua teleskop dibawa lebih jauh? Tentu saja! Ya, dan mengapa membawanya, Anda dapat mengambil dua teleskop radio di Bumi dan membuatnya bekerja berpasangan. Ini disebut interferometri basis super panjang.. Pada saat yang sama, teleskop tidak memerlukan komunikasi waktu nyata: sinyal darinya dapat direkam dan kemudian diproses; yang utama adalah bahwa pengukuran dilakukan secara bersamaan. Alih-alih mengubah jarak di antara mereka, waktu tunda berubah - seperti interferometer bintang.

Prinsip operasi interferometri radio dengan pangkalan ekstra panjang.

Teleskop radio di peta dunia (tidak berarti semua). Setiap pasangan dapat membentuk interferometer radio.

Sebuah teleskop seukuran diameter Bumi - siapa sangka! Ternyata, dan ini bukan batasnya. Mengapa tidak meluncurkan satu teleskop ke luar angkasa, dan memasangkannya dengan salah satu teleskop bumi? Ini pertama kali dilakukan di stasiun Salyut-6, menggabungkan teleskopnya dengan RT-70 raksasa di dekat Evpatoria:

Karena diameternya yang besar - sudah 10 meter - mereka memutuskan untuk memperbaiki teleskop pada unit docking, dan setelah menyelesaikan pekerjaan hanya melepas kaitannya dan mendorongnya menjauh (Anda perlu menambatkan Kemajuan di suatu tempat). Tetapi teleskop memutuskan secara berbeda dan berhasil berpegang teguh pada bangunan stasiun. Saya harus pergi ke luar angkasa. Begitu astronot Valery Ryumin memotong salah satu kabel yang menangkap antena, dia langsung menyentak dan terbang ke arahnya. Saya harus menghindar. Secara umum, kehidupan nyata para astronot tidak pernah kalah dengan Gravity :).

Nah, puncak penciptaan untuk hari ini adalah proyek Radioastron yang legendarisdengan teleskop luar angkasa R-teleskop. Ia terbang dalam orbit elips dengan puncak yang sudah mencapai 340 ribu kilometer - ini berarti bahwa diameter efektif teleskop kira-kira sama dengan jarak dari Bumi ke Bulan! Sebagai penerima kedua, salah satu teleskop berbasis darat dipilih tergantung pada cuaca dan tugas.

Keberhasilan Radioastron selama tiga tahun sangat mengesankan: ia berhasil menentukan ukuran banyak quasar, jet relativistik, mengamati perilaku maser ruang, dan menemukan struktur pulsar yang tidak biasa ... Zelenyikot berbicara dengan baik tentang beberapa hasil . Hari ini, Radioastron terus mengamati, tugas untuk itu dijadwalkan untuk waktu yang lama di depan, dan saya yakin itu akan terus menyenangkan kita dengan hasil baru.

Hanbury Brown dan Twiss membuat revolusi ilmiah lain. Interferometer intensitas - dimengerti, mudah diatur, sangat efektif - ternyata menjadi alat yang kuat di tangan para astronom. Tetapi dalam karyanya ada beberapa momen yang tidak dapat dipahami. Yang terpenting, mengejutkan mengapa g ⁽²⁾ untuk teleskop bergeser sama dengan dua:

Diyakini bahwa ini entah bagaimana terhubung dengan suara bintang, tetapi bagaimana tepatnya tidak jelas. Apakah pahlawan kita sadar atau tidak, mereka berdiri selangkah lagi dari dunia baru - optik kuantum .

Lanjutan: bagian 3 .

Sumber
M. Fox. Optik kuantum: Pendahuluan - Oxford University Press, 2006.
R. Hanbury Brown. Interferometer Intensitas. Aplikasi untuk Astronomi. - London: Taylor & Francis, 1974.
R. Hanbury Brown. Boffin: Sebuah Kisah Pribadi tentang Masa-Masa Awal Radar, Astronomi Radio, dan Optik Kuantum - Bristol: Adam Hilger, 1991.
Glazkov Yu.N., Kolesnikov Yu.V. Di luar angkasa. - M .: Pedagogi, 1990.
Lokakarya 2009 tentang Stellar Intensity Interferometry.
Obituari: Robert Hanbury Brown. Nature 416, 34 (2002).
PG Tuthill The Narrabri Stellar Intensity Interferometer: penghargaan ulang tahun ke-50. Proc dari SPIE 91460C (2014).

Gambar: KDPV , 1 , 2 , 4 , 5 , 7 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 .

Source: https://habr.com/ru/post/id386261/