: : : : : : : : : : : : : Интерферометр сохрняет фазы между компонентами полосы сигнала. А как ведут себя "Относительные фазы внутри полосы между собой коррелированы, или хаотичны" есть характеристика источника. Если наблюдается "источник" движущихся относительно друг друга пространственно разделенных излучающих компонент то естественно это отражается в спектре и можно строить модель источника.
: : : : : : : : : : : : : : :
: : : : : : : : : : : : : : : и взяв независимые записи отдельно взятых радиотелескопов VLBI регистрирующих излучение от одного и тогоже "источника" в один и тотже интервал времени получают ИНТЕРФЕРЕНЦИЮ от любой пары комбинаций этих отдельно взятых радиотелескопов VLBI.
: : : : : : : : : : : :
: : : : : : : : : : : : Разместим два радиотелескопа VLBI неподалеку друг от друга (скажем, база 1 км). Метода обработки сигналов та же самая. Ищем угловой размер протяженного объекта. Можете на пальцах описать процесс обработки информации? Где "сидит" интерференция, и чтО можно вытянуть по интерференционным данным?
: : : : : : : : : : :
: : : : : : : : : : : Для такого расстояния нет необходимости в радиотелескопах по методу VLBI - Вы просто присоединяете кабелями или соответствующими линиями связи аппаратуру к соответсвующим входам коррелятора.
: : : : : : : : : : :
: : : : : : : : : : : Такие штуки давно работают в Англии, вот здесь посмотрите подробнейшее описание:
: : : : : : : : : : :
: : : : : : : : : : : http://www.merlin.ac.uk/user_guide/OnlineMUG/
: : : : : : : : : :
: : : : : : : : :
: : : : : : : : : : Это я знаю. Но вопрос остается. Ничего неосуществимого в таком "издевательстве" над VLBI нет.
: : : : : : : : :
: : : : : : : : : Здесь у меня на рабочем месте нет книжки об "Апертурном синтезе ...", вот буду в другом месте, тогда дам Вам ссылку на нее. Там подробнейшим образом расписано каким образом по наблюдениям с большим числом измерений с разными базами между радиотелескопами можно восстановить динамическую модель "источника", имеющего сложную структуру. Это тема по объему не подходит для объяснения на пальцах... Там идет разговор о пространственных частотах и Фурье синтезе этих штуковин...
: : : : : : : :
: : : : : : : : Давайте упростим. Рассмотрим всего 2 случая.
: : : : : : : :
: : : : : : : : А. Источник - точечный.
: : : : : : :
: : : : : : : точечный - "неразрешенный" значит?
: : : : : :
: : : : : : Да, его угловой размер 0.
: : : : :
: : : : : sin(x)/x ? :-)
: : : : :
: : : : : : :
: : : : : : : : В. Источник - диполь (две рядом расположенные точки).
: : : : : : :
: : : : : : : А "диполь" "неразрешенный" или "разрешенный"?
: : : : : :
: : : : : : "Разрешенный".
: : : : :
: : : : : А Вы как думаете?
: : : : :
: : : : : :
: : : : : : : : Так как это будет "на пальцах"? :)
: : : : : : :
: : : : : : : ???
: : : : : :
: : : : : : Как это работает на практике для А и В?
: : : : :
: : : : : Извините, В не лицезреем в тексте ...
: : : :
: : :
: : : : Ладно, не настаиваю. На нет и суда нет.
: : :
: : : Извините, ошибочка вышла, увидел и В:
: : :
: : : "В. Источник - диполь (две рядом расположенные точки)."
: : :
: : :
: : : Только теперь Ваша, наверно, очередь дать ответ на пункт В...
: :
: : Ну не хотите отвечать, тогда сам:
: :
: : Отклик будет два разнесенных sin(x)/x, если источники не разрешены, а диполь разрешен... :-)
:
: Вопрос был такой: как находится угловой размер объекта в двух простых случаях А и В? Ответ известен заранее (0 для А и заданный угол фи для В). Нужно описать последовательные шаги метода, и привести упрощенную формулу для оценки фи (для А нужно получить фи=0).
:
: Вам не знакома ссылка http://sputnik.mto.ru/Seans/olympiads/turlom/2001/... ?
:
: В самом низу там есть общирный комментарий к вопросу:
:
: "9. С 1998 г. успешно работает космический интерферометр, один радиотелескоп которого находится под Москвой (г. Калязин, 64 м), а другой - на борту высокоорбитального спутника VSOP (Япония, 8 м). Оцените продольные и поперечные размеры квантов излучения, которые данный интерферометр принимает на длине волны 18 см от далеких квазаров."
Серьезная фундаментальная книга по данному комплексу проблемм издана на русском языке под редакцией моего шефа:
А.Р. Томпсон, Д.М. Моран, Д.У. Свенсон младший "Интерферометрия и синтез в радиоастрономии", Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2003
К раделу "Волновой формализм" возражений НЕТ! А далее... сразу же приношу извинения за политкорректность... :-)
Мне кажется, что большего "бреда раздвоенного или лучше многомерного сознания типа Сальватора Дали" с употреблением физических терминов ниже в разделах "Квантовый формализм" и "Квантовая телепортация" невозможно продемонстрировать: >;^)
http://sputnik.mto.ru/Seans/olympiads/turlom/2001/...
"9. С 1998 г. успешно работает космический интерферометр, один радиотелескоп которого находится под Москвой (г. Калязин, 64 м), а другой - на борту высокоорбитального спутника VSOP (Япония, 8 м). Оцените продольные и поперечные размеры квантов излучения, которые данный интерферометр принимает на длине волны 18 см от далеких квазаров.
Комментарий.
Квазары - это наиболее яркие (светимость 1047 эрг/с) и наиболее удаленные (до 3000 Мегапарсек (Мпс), или 1028 см) объекты во Вселенной. Хотя расстояния до них определяются по красному смещению их спектральных линий, в интересующем нас сейчас случае их излучение можно считать непрерывным спектром шумового характера (континуум). Типичные видимые угловые размеры центральных излучающих областей квазаров - 1 миллисекунда дуги (0,000000005 радиан), яркостные температуры (характеристика излучательной способности) - 1012-1016 К, а поток энергии, который регистрируется от квазаров на Земле, может не превышать 1 мЯн (милли-Янский, или 10-29 Вт/(м2*Гц)).
Многие знают, что угловое разрешение (f) любого астрономического инструмента определяется размерами его зеркала (D) и примерно равно f=l/D, где l - длина волны принимаемого излучения. Поэтому, например, человеческий глаз с размерами зрачка 5 мм (ночью) в видимом свете (l=5500 Ангстрем) имеет разрешение около 1 угловой минуты. Радиотелескоп с зеркалом диаметром 64 м на волне 18 см будет иметь разрешение на порядок хуже, около 10'. Естественно, что наблюдать столь малые угловые структуры, как ядра квазаров, на одиночном радиотелескопе невозможно, и для этого используются интерферометры.
Явление интерференции все хорошо представляют себе на примере наложения волн на поверхности воды и интерференционных картин на мыльных пузырях и других тонких пленках, поэтому проще всего объяснить процессы в радиоинтерферометре, используя:
Волновой формализм. В этом случае две антенны (или много антенн) принимают приходящие от радиоисточника электромагнитные волны. Поскольку космические радиоисточники удалены на значительные расстояния, радиоволны, приходящие на разные антенны, можно считать параллельными и одинаковыми. Антенны разнесены на некоторое расстояние В, которое называется базой интерферометра, поэтому радиоволна, приходящая на более удаленную антенну, будет задерживаться на величину t = Вп/с, где Вп/с - проекция базы на луч зрения, с - скорость света. Затем радиоволны преобразуются в согласованный формат и суммируются между собой. Если на проекцию базы Вп укладывается целое число длин волн, то сложение принятых радиоволн даст интерференционный сигнал, если полу целое - волны придут в противофазе и интерференции не будет. Если радиоисточник сместить на небе на угол f ~ l/В0, где В0 - проекция базы, перпендикулярная лучу зрения, то между принимаемыми волнами вновь возникнет разность фаз. Поэтому угловое разрешение радиоинтерферометра определяется уже не диаметрами отдельных телескопов, а величиной проекции базы В0. Увеличение базы интерферометра позволяет наблюдать радиоисточники с разрешением во много раз большим, чем у оптических телескопов (желающие могут самостоятельно определить разрешение интерферометра, состоящего из двух телескопов на разных сторонах земного шара). Возвращаясь к формулировке вопроса, можно сказать, что продольный размер электромагнитных колебаний определяется длиной волны (в нашем случае 18 см), а поперечный размер волнового фронта остается неопределенным, т. к. волны распространяются от источника изотропно по всему пространству.
Однако вспомним, что свет излучается не в виде непрерывных волн, а отдельными порциями, т. е. квантами, и поэтому применим:
Квантовый формализм. Само понятие кванта, как порции излучения, было введено в 1900 г. Максом Планком для объяснения закона излучения нагретых тел (закон Планка). В 1905 г. Эйнштейн на примере фотоэффекта показал, что все электромагнитное излучение состоит из отдельных частиц (фотонов), энергия которых E = hn, где h - постоянная Планка ((6,626176+-36)*10-27 эрг*с), n - частота излучения. Соответственно, на волне 18 см один квант излучения имеет энергию E = 1,1 10-17 эрг.
Если поток энергии от квазара составляет F = 1 мЯн, диаметр принимающей космической антенны d = 8 м, полоса приема сигнала Df = 1 кГц, то количество квантов, которое за время накопления Dt = 1 с упадет на поверхность антенны, составит: N = F(pd2/4)DfDt/E, или примерно 0,5 кванта.
В этом случае становится непонятно, как же космический интерферометр все-таки работает. Во-первых, 1/2 фотона не бывает. Во-вторых, длительность самого процесса излучения кванта, по-видимому, около 10-18 с (в современных фемтосекундных лазерах длительность импульсов сопоставима с 10-15 с), так что одновременный приход двух фотонов в разные антенны столь же маловероятен. Наконец, в-третьих, любые два фотона не являются когерентными (различаются по фазе, поляризации и другим характеристикам), и поэтому интерференции не дадут. Чтобы понять принцип действия интерферометра в рамках квантового формализма, необходимо вспомнить принцип неопределенности Гейзенберга. Для любого квантового объекта, в том числе фотона, невозможно одновременно точно определить (измерить) и импульс (p = h/l) и пространственные координаты (x). Неопределенности (их ошибки измерения) связаны между собой: DpDx > h/(2p). Неопределенность импульса соответствует точности измерения угла прихода фотона на интерферометре: Dp ~ fp ~ (l/В0)(h/l) = h/В0. Тогда, Dx > h/(2p Dp) ~ h/(2p h/B0) = B0/(2p). Таким образом, измеряя на интерферометре направление прихода фотона с угловым разрешением f ~ l/B0, мы создаем неопределенность его положения в пространстве, сопоставимую с базой интерферометра. В известном смысле можно сказать, что размеры кванта радиоизлучения увеличиваются до размеров самого интерферометра.
В этом случае (Dx ~ B0) мы должны рассматривать интерферометр не как набор двух или более антенн, а как единую установку, единый квантовый прибор, регистрирующий приходящий фотон.
Квантовая телепортация. Наконец, рассмотрим самый экзотический формализм: квантовую телепортацию сигналов. "Экзотическим" его можно назвать потому, что 8 лет назад была опубликована статья 6 авторов (Ч. Беннета, Г. Брассара, С. Крепеа, А. Переса, В. Вуттерса, Р. Джоши), где этот термин был введен, и были рассмотрены теоретические основы процессов телепортации в отношении элементарных частиц. Только в 1997 г. этот процесс был реально подтвержден в физических экспериментах (подробнее см. "Химия и жизнь", N 8, 1998 г.).
Между тем, можно, пожалуй, утверждать, что в астрономии (точнее, в радиоастрономии) процессы квантовой телепортации успешно применяются уже 35 лет (!), только без самого этого названия. В 1965 г. советские специалисты по радиоинтерферометрам Матвеенко Л. И., Кардашев Н. С. и Шоломицкий Г. Б. предложили, а в 1971 г. совместно с американскими коллегами реализовали на практике т. н. "радиоинтерферометр со сверхдлинной базой" (РСДБ) между радиотелескопами Симеиз (Крым, 22 м) и Голдстоун (США, Калифорния, 64 м). Отличие РСДБ от обычного интерферометра состоит в том, что в момент наблюдений и приема радиосигналов от космического источника между разными телескопами нет никакой связи. Приходящие сигналы просто принимаются, преобразуются и фиксируются на материальный носитель в согласованном формате (исторически для этого использовались видеомагнитофоны и магнитные ленты). Само же явление интерференции сигналов возникает много позже, когда эти записи транспортируются в единый вычислительный центр и программным образом коррелируют (т. е. соотносятся) друг с другом. Обязательным требованием для успешной интерференции является высокая степень временной согласованности записываемых сигналов; для этого на обоих телескопах работают высокостабильные когерентные стандарты частоты (со стабильностью до 10-16) и часы (шкалы времени) синхронизируются с точностью до 10-6 с.
Принцип РСДБ позволил использовать радиотелескопы на всех материках (даже в Антарктиде) и реально увеличить базу интерферометра до размеров земного шара. На таком "глобальном" телескопе можно получить карты (радиоизображения) квазаров с угловым разрешением до 100 микросекунд дуги или 0,0000000005 радиан (под таким углом видно из Москвы спичечную головку в Париже или футбольный мяч - на Луне).
За прошедшее время техника РСДБ была усовершенствована тем, что вместо непосредственной перевозки записанного сигнала (так сказать "багажом") стали применять его ретрансляцию через геостационарный спутник (с 1976 г.) или по волоконным линиям связи. Это позволило получать интерференцию в реальном времени. Наконец, одну из приемных антенн отправили вообще в космос, на орбиту около 30000 км.
В терминах формализма квантовой телепортации в космическом интерферометре происходят следующие процессы. Квазар посылает квант света, который достигает первого (ближайшего к нему) телескопа ("подлетает" к нему). Заранее (еще до его прихода, в течение всего процесса наблюдений) в обоих телескопах постоянно работают стандарты частоты, генерирующие опорные синхронизирующие сигналы. Эти сигналы в радиодиапазоне аналогичны потоку элементарных частиц с коррелированными квантовыми состояниями (см. парадокс Эйнштейна - Подольского - Розена). В первом телескопе происходит смешивание пришедшего фотона с опорным импульсом, сам фотон при этом исчезает, а вместо него рождается новый квантовый объект ("бифотон", аналог "смешанной" частицы), который и фиксируется на материальный носитель (записывается на магнитную ленту или передается дальше по линиям связи). Одновременно с этим на другом телескопе (или на всех других телескопах, если в наблюдениях принимают участие много антенн в разных точках пространства) происходит изменение квантового состояния опорного импульса, идентичное "бифотону" первого телескопа, которое затем также фиксируется в материальном виде каждым приемником самостоятельно. Процесс передачи квантового состояния в формализме телепортации называется "посланием". Необходимо подчеркнуть, что само квантовое состояние фотона передается на все принимающие антенны (а в общем случае - по всему пространству) мгновенно. Иными словами, "послание" распространяется мгновенно.
Затем полученная телескопами и зафиксированная ими информация о квантовом состоянии пришедшего фотона передается материальными носителями в единый центр со скоростью, не превосходящей скорости света. Данная информация о событии, происшедшем в иной точке пространства, в формализме телепортации называется "сообщением". Только после получения "сообщений" от всех телескопов и их совместной обработки можно будет восстановить информацию о квантовом состоянии того фотона, который изначально пришел от квазара, т. е. определить его энергию (длину волны), направление прихода (импульс), поляризацию, и другие параметры. При получении большого числа квантов света можно будет построить радиоизображение квазара.
Иными словами, полный процесс квантовой телепортации каждого фотона вовсе не мгновенный, этот процесс завершается только после завершения совместной обработки сигналов от всего ансамбля приемных антенн. В принципе, можно и сейчас взять ленты, записанные много лет назад и вновь получить интерференционный сигнал с неба. Понятно, что в данном случае в формализме телепортации понятие о пространственных размерах и временных продолжительностях квантов света также утрачивает физический смысл.
Было бы очень интересно процесс телепортации увидеть в буквальном смысле, т. е. осуществить его для оптических квантов. К сожалению, до настоящего времени еще нет РСДБ в оптике ("ОСДБ"), поскольку не реализованы источники непрерывного когерентного сигнала (стандарты частоты) для оптического диапазона (частоты около 1015 Гц).
--------------------------------------------------------------------------------" |
» Альтернативный форум