地球旋转时,我们如何将射电望远镜聚焦在恒星上?


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阅读有关恒星的KIC 8462852的消息时,据说SETI项目将其射电望远镜转向恒星,以寻找额外的地面无线电信号,因为恒星的光起伏不定。当地球以1675 km / h的速度旋转时,我们如何将射电望远镜从地球指向距离1480光年的恒星并保持聚焦,或者在射电望远镜的情况下,如何对准它以尝试接收射电波浪??


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到了晚上,仰望天空,拍出一颗明亮的星星,看着它。需很长时间。现在,按照您所做的操作,并将其实现到某些计算机中。
PlasmaHH 2015年

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1675公里/小时= 15度/小时= 1/4度/分钟= 4毫秒/秒= 72微弧度/秒。只需以这一速率转动望远镜即可抵消地球自转的影响。更有趣的是如何“旋转”大型射电望远镜阵列:这是通过在不同时滞下关联信号来用软件完成的。
戴夫X

@DaveX:您可能将现代软件望远镜与老式碟形天线混淆了。它们具有敏感的波瓣,仍然必须跟随天空中的物体。
AtmosphericPrisonEscape

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也许我是。确实确实必须将硬件对准目标,但是要组合多个射电望远镜(例如VLA或VLBA),必须考虑望远镜之间基线的旋转。
Dave X

(关于PlasmaHH的评论)此维基百科页面讨论最早的此类机器。

Answers:


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我怀疑最初的提问者所需要的部分答案是,尽管地球确实运转得非常快,但地球表面相对于天文物体的移动量却很小。

因此,您将电动机放在望远镜的底部,以便它慢慢转向同一片天空。您不需要重新聚焦,因为望远镜所注视的物体是如此之远,因此聚焦无关紧要。您不需要做任何其他事情,因为地球的运动是平滑且连续的,它与移动的速度无关,而与旋转的速度无关。在我们的情况下,每24小时一个完整的循环非常慢。

聚焦无限远只是意味着您设置了望远镜的焦点,以便无限远的物体将处于完美的聚焦状态。它取决于望远镜的质量,但是在无限远处聚焦和实际距离处聚焦之间的实际差异会在几英里左右后消失。在恒星的距离处,根本没有区别。


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射电望远镜最初也不真正具有聚焦的概念。
CVn 2015年

确实。重点在于形成图像。射电望远镜通过扫描天空来形成图像。
James Cane

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首先,您正在谈论将望远镜对准光源,而不是将其聚焦在光源上。望远镜通常聚焦在无穷远处,并且不需要在聚焦中补偿地球的自转。

望远镜在地球上的位置的移动速度也不直接相关,而相关的是天空围绕地球轴在天空上的投影的视在旋转。那就是(在北半球)天空绕极星旋转。

有多种处理地球自转的方法。

  1. 实际使用它来扫描源

  2. 驱动望远镜使其指向感兴趣的方向

  3. 跟踪源(使用多个通道测量来自视轴的源误差,并驱动望远镜使误差归零)。

等等

这实际上与射电望远镜无关,但是对于包括光学在内的所有望远镜都是普遍的。


好。专注于无限。如果我以1675 km / h的速度旋转,如何将物体保持在仪器的工作范围内?
法布里佐·马佐尼

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@FabrizioMazzoni,这就是该博文其余部分的解释
Conrad Turner

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@FabrizioMazzoni:您提到该数字以使其听起来“快速”。正如其他人所提到的,无论速度是一天一转。尝试站立并以每小时15度的速度旋转,然后告诉我们您旋转的速度有多快。
Martin Argerami

1
@MartinArgerami你是对的。我还没想过
Fabrizio Mazzoni 2015年

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因为光速比望远镜的速度快得多,所以恒星看起来好像静止不动,所以望远镜只需以每小时15度的速度在天空中移动就可以对其进行跟踪。

但是,光速不是无限的,并且在那里有可测量的效果。当您在下雨的时候开车时,雨水会优先碰到挡风玻璃,对您来说,雨水看起来好像是从您前方的某个位置落下的,即使它是直下坠落的,因此当您尝试直接看一下雨源,你会把头向前倾斜而不是向上看。恒星发出的光也会发生同样的事情。因为地球在绕轨道旋转并在其轴上旋转,所以“落在我们下方”的光看起来好像是从前方某个位置发出的。这称为恒星像差。这不是一个很大的影响,但是它足够大,如果您要非常精确地找出恒星的位置,则需要对其进行校正。


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有两个过程可以管理此过程:

首先,望远镜(实际上是大天线)被机械对准并移动,因此它们可以随着时间的推移保持对特定星/源/天空位置的接收。

但是,除了紧接在极星附近的恒星外,恒星最终将低于地平线。一旦发生这种情况,望远镜/天线将无法再接收任何东西,直到信号源再次出现在地平线上方。

此时,我们在全球范围内拥有许多受共同控制的望远镜/天线。一架望远镜的恒星/源/等不在地平线以下之前,更西边的另一架望远镜已经指向它,并且正在接收相同的信号。切换完成后,先前的望远镜可以自由选择另一个目标-地球另一侧的其他物体将落在地平线下方,以供望远镜向东移动。

通过这种方式:

  • 望远镜在不断使用中指向有趣的事物
  • 尽管世界变幻莫测,需要连续监控的事物仍可以不受干扰地进行监控
  • 只要射电望远镜网络有空闲时间,我们就可以随时观察任何东西
  • 共享资源使科学家可以更完整,更便宜地进行科学
  • 通过让两个或多个望远镜同时指向同一物体,我们可以有效地提高信噪比并获得更好的数据-从技术上讲,它与使用一个地球尺寸的单天线而不是两个细(相对)的天线非常相似。
  • 通过对整个参与的全球网络进行集中控制,科学家可以随时随地对突发现象(例如爆发)做出快速反应,无论地球处于什么位置

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望远镜的工作方式在光波长和射电波长上几乎相同-望远镜收集电磁辐射,而不是聚焦在一个点上。造成这种情况的原因有多种,主要原因是从感兴趣区域到达望远镜的光子数量很少。

为了收集更多的光子,望远镜(或望远镜阵列)必须长时间“注视”感兴趣的区域-在基于地球的望远镜的情况下,这是通过机械操纵天线来实现的,以便将它们指向长时间保持相同方向。该原理在空间上几乎相同

为了查看KIC 8462852,SETI使用了Allen望远镜Arry,它基本上是一组42根天线,用于扫描无线电波长的天空。地球旋转的问题基本上是通过(射电)望远镜分两步解决的。

  • 按照软件决定操纵天线,使天线指向天空的同一位置。对于约1500光年的恒星,所需的角速度非常小,现代望远镜可以轻松提供。

  • 即使恒星(或其他任何感兴趣的物体)从地平线以下通过,望远镜也可以在第二天继续工作,收集更多的光子。当然,其他望远镜也可以接管这个望远镜,但是最终结果是相同的-收集更多的光子。


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假设您在一个温暖的夏日外出,躺下来仰望星星。由于某种原因,您整夜只看着一颗星星,因此您无法入睡。您将毫无问题地将眼睛对准这颗恒星(眼睑掉落除外),就像将望远镜对准一颗恒星毫无问题。

编辑:curiousdannii是正确的,我没有解释如何。我现在将执行此操作:有一台称为电动机或电动机驱动器或发动机的机器,它将电能转换为运动能。进行一些工程设计,就可以使用该运动能量来转动望远镜。


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但是您还没有解释望远镜是如何做到的。
curiousdannii 2015年

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智能天线已经在使用中,并且软件控制的波束形成现在也正在大量使用。

因此,即使在地球如此高的自旋速度下,在远距离跟踪恒星也不是那么困难。

高速数据采集和压缩算法也有帮助。因此,在控制工程的帮助下,可以指向特定的天体。

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