Масіў тэлефона Алёна патэнцыйна здольны выяўляць моцны радыёсігнал ад Proxima b або любой іншай зорнай сістэмы з досыць моцнай радыёперадачай. Ён паспяхова супрацоўнічаў з іншымі радыётэлескопамі на надзвычай доўгіх пачатковых этапах, каб вырашыць гарызонт чорнай дзіркі падзей: напэўна, яго каранаванне. (WIKIMEDIA COMMONS / COLBY GUTIERREZ-KRAYBILL)

Спытайце ў Ітана: Як дзейнічае гарызантальны тэлескоп, падобны да аднаго гіганцкага люстэрка?

Ён складаецца з дзесяткаў тэлескопаў на розных сайтах па ўсім свеце. Але ён дзейнічае як адзін гіганцкі тэлескоп. Вось як.

Калі вы хочаце назіраць за Сусветам больш глыбока і з больш высокім дазволам, чым калі-небудзь раней, ёсць адна тактыка, з якой усе пагаджаюцца, ідэальная: пабудаваць як мага большы тэлескоп. Але малюнак з найвышэйшым дазволам, які мы калі-небудзь будавалі ў астраноміі, адбываецца не з самага вялікага тэлескопа, а з велізарнага масіва тэлескопаў сціплага памеру: Тэлескоп "Гарызонт". Як гэта магчыма? Вось што хоча даведацца наш пытальнік Этана на гэтым тыдні, Дытэр, заявіўшы:

Мне цяжка зразумець, чаму масіў EHT разглядаецца як адзіны тэлескоп (які мае дыяметр зямлі). Калі вы разглядаеце EHT як адзіны радыётэлескоп, я разумею, што кутняе дазвол вельмі высокае з-за даўжыні хвалі ўваходнага сігналу і дыяметра зямлі. Я таксама разумею, што сінхранізацыя часу мае вырашальнае значэнне. Але гэта вельмі дапамагло б растлумачыць, чаму дыяметр EHT лічыцца адзіным тэлескопам, улічваючы, што ў масіве ёсць каля 10 асобных тэлескопаў.

Пабудова малюнка чорнай дзіркі ў цэнтры M87 - адно з самых выдатных дасягненняў, якія мы калі-небудзь рабілі. Вось што стала магчымым.

Суадносіны адлегласці яркасці і тое, як паток ад крыніцы святла падае, як адзін на адлегласці квадрата. Зямля мае тэмпературу, якую яна робіць з-за адлегласці ад Сонца, якая вызначае, колькі энергіі на адзінку плошчы адбываецца на нашай планеце. Аддаленыя зоркі або галактыкі маюць яўную яркасць, якую яны робяць з-за гэтай залежнасці, якой патрабуе эканомія энергіі. Звярніце ўвагу, што святло таксама распаўсюджваецца ў зоне, калі ён пакідае крыніца. (Э. СІГЕЛ / У ГАЛАКСІІ)

Першае, што трэба зразумець, - гэта тое, як працуе святло. Калі ў вас ёсць якія-небудзь святлалюбныя аб'екты ў Сусвеце, святло, якое ён выпраменьвае, будзе разлятацца ў сферы пасля выхаду з крыніцы. Калі б у вас быў фотадэтэктар, які ўяўляў сабой адзіную кропку, вы ўсё яшчэ маглі б выявіць гэты далёкі, святлоадводны аб'ект.

Але вы не змаглі гэта вырашыць.

Калі святло (гэта значыць, фатон) ударыць па вашаму кропкаваму дэтэктару, вы можаце зарэгістраваць, што прыйшло святло; вы можаце вымераць энергію і даўжыню хвалі святла; вы можаце ведаць, з якога боку прыйшло святло. Але вы не змаглі б нічога ведаць пра фізічныя ўласцівасці гэтага аб'екта. Вы не ведаеце яго памер, форму, фізічную ступень, ці розныя часткі былі розных колераў ці яркасці. Гэта таму, што вы атрымліваеце інфармацыю толькі ў адзін момант.

Туманнасць NGC 246 больш вядомая як туманнасць чэрапа па наяўнасці двух свецяцца вачэй. Цэнтральнае вока - гэта пара бінарных зорак, а меншая, больш слабая, адказвае за туманнасць, бо яна здзімае яе знешнія пласты. Гэта ўсяго 1600 светлавых гадоў, у сузор'і Цэтуса. Разглядаючы гэта як больш, чым адзін аб'ект, патрабуецца магчымасць развязаць гэтыя функцыі ў залежнасці ад памеру тэлескопа і колькасці даўжынь хвалі святла, якія ўпісваюцца ў яго асноўнае люстэрка. (GEMINI ПАЎДНЫ ГМОС, ТРАВІС РЭКТОР (UNIV. ALASKA))

Што трэба ведаць, глядзіце вы на адзіную кропку святла, напрыклад на зорку, як наша Сонца, альбо на некалькі кропак святла, як вы знайшлі ў двайковай зорнай сістэме? Для гэтага вам спатрэбіцца атрымліваць святло ў некалькіх кропках. Замест кропкавага дэтэктара вы маглі б мець дэтэктар, падобны на посуд, як першаснае люстэрка на святлоадбівальным тэлескопе.

Калі святло прыходзіць, гэта ўжо не кропка, а хутчэй вобласць. Святло, якое распаўсюдзілася ў сферы, зараз адбіваецца ад люстэрка і сканцэнтраваны ў нейкай кропцы. І святло, якое паступае з двух розных крыніц, нават калі яны знаходзяцца побач, будзе засяроджана на двух розных месцах.

Любы адлюстроўвае тэлескоп заснаваны на прынцыпе адлюстравання прамянёў, якія паступаюць, праз вялікае першаснае люстэрка, якое факусуе гэтае святло да кропкі, дзе ён альбо разбіваецца на дадзеныя, і запісваецца, альбо выкарыстоўваецца для пабудовы малюнка. Гэтая канкрэтная схема ілюструе светлавыя шляхі для сістэмы тэлескопа Гершэль-Ламаносаў. Звярніце ўвагу, што два розныя крыніцы будуць арыентаваць святло на два розныя месцы (сінія і зялёныя дарожкі), але толькі ў тым выпадку, калі тэлескоп мае дастатковыя магчымасці. (WIKIMEDIA COMMONS USER EUDJINNIUS)

Калі ваша люстэрка тэлескопа досыць вялікае ў параўнанні з падзелам двух аб'ектаў, і ваша оптыка дастаткова добрая, вы зможаце іх вырашыць. Калі правільна скласці апарат, вы зможаце сказаць, што існуе некалькі аб'ектаў. Здаецца, два крыніцы святла адрозніваюцца адзін ад аднаго. Тэхнічна ёсць сувязь паміж трыма колькасцямі:

  • кутняе дазвол, якое вы можаце дасягнуць,
  • дыяметр вашага люстэрка,
  • і даўжыню хвалі святла, якую вы шукаеце.

Калі вашы крыніцы знаходзяцца бліжэй адзін да аднаго, альбо люстэрка вашага тэлескопа менш, ці вы выглядаеце, выкарыстоўваючы большую даўжыню хвалі святла, усё больш складана вырашаць усё, што вы шукаеце. Больш складана вызначыць, ці ёсць некалькі аб'ектаў, ці не, ці мае аб'ект, які вы праглядаеце, яркія і цёмныя. Калі ваша дазвол недастаткова, усё выглядае як размытае, нераскрытае адзінае пляма.

Межы дазволу вызначаюцца трыма фактарамі: дыяметрам вашага тэлескопа, даўжынёй хвалі святла, які вы праглядаеце, і якасцю вашай оптыкі. Калі ў вас ёсць ідэальная оптыка, вы зможаце вырашыць усё да мяжы Рэлея, якая дае вам максімальна дазволенае фізікай дазвол. (SPENCER BLIVEN / GUBLIC DOMAIN)

Так гэта асновы таго, як працуе любы вялікі тэлескоп з адной посудам. Святло паступае ад крыніцы, і кожная кропка ў прасторы - нават розныя кропкі, якія ўзнікаюць ад аднаго і таго ж аб'екта - выпраменьвае ўласнае святло са сваімі унікальнымі ўласцівасцямі. Дазвол вызначаецца колькасцю даўжынь хваль святла, якія могуць змясціцца ў межах нашага асноўнага люстэрка.

Калі нашы дэтэктары досыць адчувальныя, мы зможам развязаць разнастайныя функцыі на аб'екце. Могуць з'яўляцца гарачыя і халодныя ўчасткі зоркі, як плямы. Мы можам высветліць такія рысы, як вулканы, гейзеры, ледавікі і басейны на планетах і лунах. І ступень выпраменьвання святла газу, альбо плазмы, а таксама іх тэмпературы і шчыльнасці можна таксама выявіць. Гэта фантастычнае дасягненне, якое залежыць толькі ад фізічных і аптычных уласцівасцей вашага тэлескопа.

Другая па велічыні чорная дзірка, якую відаць з Зямлі, тая ў цэнтры галактыкі М87, паказана на трох відах. У верхняй частцы аптычны з Хабла, злева злева - радыё ад NRAO, а ўнізе справа - рэнтген з Чандры. Гэтыя розныя віды маюць розныя дазволы, якія залежаць ад аптычнай адчувальнасці, даўжыні хвалі святла і памеру люстэркаў тэлескопа, якія выкарыстоўваюцца для іх назірання. Рэнтгенаўскія назіранні Чандры забяспечваюць вытанчанае дазвол, нягледзячы на ​​эфектыўнае люстэрка дыяметрам 8 см (20 см), дзякуючы надзвычай кароткай даўжыні хвалі рэнтгенаўскіх прамянёў. (ТОЛЕСКОП ТОП-ЭКСПЛУАТЫЧНЫ, СПАСІБНЫ ПРАСТАЎНІК / НАСА / WIKISKY; МАЛЬШ ЛЕВА, РАДІА, НРАО / ДАЛЬНЫЯ ВЯЛІКІ ВЫРАБЫ (VLA); НЯСНІЯ ПРАЎДЫ, X-RAY, NASA / CHANDRA X-RAY TELESCOPE)

Але, магчыма, вам не спатрэбіцца ўвесь тэлескоп. Пабудова гіганцкага тэлескопа дарагая і рэсурсаёмкая, і ён на самой справе служыць дзвюм мэтам, каб пабудаваць іх такі вялікі.

  1. Чым большы ваш тэлескоп, тым лепш ваша дазвол у залежнасці ад колькасці даўжынь хваль святла, якія ўпісваюцца ў ваша асноўнае люстэрка.
  2. Чым большая плошча збору тэлескопа, тым больш святла вы зможаце сабраць, а значыць, вы можаце назіраць слабыя аб'екты і больш дробныя дэталі, чым вы маглі б з тэлескопам ніжняй плошчы.

Калі б вы ўзялі вялікае люстэрка тэлескопа і пачалі цямнець некаторыя плямы - напрыклад, вы наносіце маску на люстэрка - вы больш не зможаце атрымліваць святло ад гэтых месцаў. У выніку абмежаванне яркасці ў залежнасці ад плошчы паверхні (збору святла) вашага тэлескопа зменшыцца. Але дазвол усё роўна будзе аддзяляць люстэрка паміж рознымі ўчасткамі.

Метэор, сфатаграфаваны на вялікім міліметровым масіве Atacama / субміліметровы масіў, 2014. ALMA, бадай, самы сучасны і самы складаны масіў радыётэлескопаў у свеце, здольны выяўляць беспрэцэдэнтныя дэталі ў прапланетных дысках, а таксама з'яўляецца неад'емнай часткай Тэлескоп

Гэта прынцып, на якім грунтуюцца масівы тэлескопаў. Ёсць шмат крыніц, асабліва ў радыёсекцыі, якія вельмі яркія, таму вам не спатрэбіцца ўся гэтая зборная плошча, якая пастаўляецца са стварэннем велізарнай адзінкавай стравы.

Замест гэтага вы можаце сабраць масіў страў. Паколькі святло з далёкага крыніцы будзе распаўсюджвацца, вы хочаце сабраць святло на як мага большай плошчы. Вам не трэба ўкладваць усе свае рэсурсы ў пабудову велізарнай стравы з найвышэйшай сілай збору святла, але вам усё роўна патрэбна тая самая цудоўная дазвол. І вось адкуль узялася ідэя выкарыстання гіганцкага масіва радыётэлескопаў. З дапамогай звязанага масіва тэлескопаў ва ўсім свеце, мы можам вырашыць некаторыя самыя яркія, але найменшыя аб'екты вуглавога памеру.

На гэтым дыяграме паказана месцазнаходжанне ўсіх тэлескопаў і масіваў тэлескопаў, якія выкарыстоўваюцца ў назіранні за падзеяй тэлескопа Горызонт 2017 года па паказчыку M87. Толькі тэлескоп Паўднёвага полюса не змог выявіць M87, бо ён знаходзіцца ў той частцы Зямлі, каб калі-небудзь убачыць цэнтр гэтай галактыкі. Кожнае з гэтых месцаў абсталяванае атамным гадзіннікам, сярод іншага. (NRAO)

У функцыянальным сэнсе розніцы паміж двума наступнымі сцэнарыямі няма.

  1. Тэлескоп "Гарызонт" - гэта адзінае люстэрка з вялікай колькасцю малярнай стужкі над яго часткамі. Святло збіраецца і сканцэнтраваны з усіх гэтых разрозненых месцаў па ўсёй Зямлі ў адну кропку, а затым сінтэзуецца разам у малюнак, які раскрывае розныя яркасці і ўласцівасці вашай мэты ў космасе да максімальнага дазволу.
  2. Тэлескоп "Гарызонт" - гэта масіў мноства розных тэлескопаў і асобных масіваў тэлескопаў. Святло збіраецца, адзначаецца часовым атамным гадзіннікам (у мэтах сінхранізацыі) і запісваецца як дадзеныя на кожнай асобнай пляцоўцы. Затым гэтыя дадзеныя злучаюцца і апрацоўваюцца адпаведным чынам, каб стварыць вобраз, які раскрывае яркасць і ўласцівасці таго, што вы глядзіце ў космасе.

Адзінае адрозненне заключаецца ў метадах, якімі вы павінны карыстацца, каб гэта адбылося, але таму ў нас ёсць навука VLBI: вельмі доўгая базавая інтэрфераметрыя.

У VLBI радыёсігналы запісваюцца на кожны з асобных тэлескопаў перад адпраўкай у цэнтральнае месца. Кожная атрыманая кропка дадзеных адзначана надзвычай дакладным атамным гадзіннікам высокай частоты разам з дадзенымі, каб дапамагчы навукоўцам правільна сінхранізаваць назіранні. (ГРАМАДЗІЙНЫ ДАМЕН / WIKIPEDIA USER RNT20)

Вы можаце адразу пачаць думаць пра дзікія ідэі, напрыклад, запуск радыётэлескопа ў глыбіню космасу і выкарыстанне гэтага ў сетцы з тэлескопамі на Зямлі для пашырэння базавай лініі. Гэта выдатны план, але вы павінны разумець, што ёсць прычына, калі мы не проста пабудавалі тэлескоп "Гарызонт падзеі" з двума добра аддзеленымі сайтамі: мы хочам гэтага неверагоднага дазволу ва ўсіх напрамках.

Мы хочам атрымаць поўнае двухмернае асвятленне неба, а значыць, у ідэале нам былі б размясціць нашы тэлескопы ў вялікім кольцы, каб атрымаць гэтыя велізарныя падзелы. Вядома, гэта не магчыма ў свеце з кантынентамі і акіянамі, а таксама з гарадамі і народамі і іншымі межамі, межамі і абмежаваннямі. Але з васьмі незалежных сайтаў па ўсім свеце (сем з якіх былі карыснымі для малюнка M87), нам удалося зрабіць неверагодна добра.

Першы выпуск выявы тэлескопа

Зараз тэлескоп "Гарызонт падзей" абмежаваны Зямлёй, абмежаваны стравамі, якія зараз аб'яднаны ў сетку, і абмежаваны пэўнай даўжынёй хвалі, якую ён можа вымераць. Калі б ён мог быць зменены для назірання на меншых даўжынях хваль і змог пераадолець непразрыстасць атмасферы на гэтых даўжынях хваль, мы маглі б дасягнуць больш высокіх дазволаў з тым жа абсталяваннем. У прынцыпе, мы можам бачыць вострыя прыкметы ў тры-пяць разоў без неабходнасці новай стравы.

Здзяйсняючы гэтыя адначасовыя назіранні па ўсім свеце, тэлескоп "Гарызонт падзеі" сапраўды паводзіць сябе як адзіны тэлескоп. Ён валодае толькі сілай збору святла для асобных страў, складзеных разам, але можа дамагчыся дазволу адлегласці паміж посудам у той бок, у якой посуд аддзяляецца.

Працягваючы дыяметр Зямлі адначасова з вялікай колькасцю розных тэлескопаў (або масіваў тэлескопаў), мы змаглі атрымаць дадзеныя, неабходныя для ўрэгулявання гарызонту падзей.

Тэлескоп "Гарызонт" паводзіць сябе як адзіны тэлескоп з-за неверагодных поспехаў у выкарыстанні тэхнікі і павелічэння вылічальнай магутнасці і новых алгарытмаў, якія дазваляюць нам сінтэзаваць гэтыя дадзеныя ў адзінае малюнак. Гэта няпросты подзвіг, і ён узяў каманду з больш чым 100 навукоўцаў, якія працуюць шмат гадоў, каб зрабіць гэта.

Але аптычна, прынцыпы супадаюць з выкарыстаннем аднаго люстэрка. У нас з аднаго крыніцы паступае святло з розных плям, усё распаўсюджваецца і ўсе прыбываюць у розныя тэлескопы ў масіве. Гэта як быццам яны прыязджаюць у розныя месцы ўздоўж надзвычай вялікага люстэрка. Ключ у тым, як мы сінтэзуем гэтыя дадзеныя разам і выкарыстоўваем іх для рэканструкцыі выявы таго, што адбываецца на самай справе.

Цяпер, калі каманда тэлескопа Event Horizon паспяхова зрабіла менавіта гэта, прыйшоў час усталяваць нацэль на наступную мэту: даведацца як мага больш пра кожную чорную дзірку, якую мы можам прагледзець. Як і ўсе вы, я з цяжкасцю чакаю.

Дасылайце пытанні, якія задаюць Ітана, на startwithabang па адрасе gmail dot com!

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан напісаў дзве кнігі: Beyond The Galaxy, іTreknology: The Science of Star Trek from Tricorders to Warp Drive.