Rambler's Top100Astronet    
  po tekstam   po klyuchevym slovam   v glossarii   po saitam   perevod   po katalogu
 
Na saite
Astrometriya
Astronomicheskie instrumenty
Astronomicheskoe obrazovanie
Astrofizika
Istoriya astronomii
Kosmonavtika, issledovanie kosmosa
Lyubitel'skaya astronomiya
Planety i Solnechnaya sistema
Solnce

Interferometriya

- metod issledovaniya, osnovannyi na yavlenii interferencii (slozheniya) voln. Prostranstvennaya I. primenyaetsya v astronomii dlya issledovaniya tonkoi struktury kosmicheskih istochnikov izlucheniya.

Primenyaemye v I. izmeritel'nye pribory, princip deistviya k-ryh osnovan na interferencii voln, naz. interferometrami. V prostranstvennom dvuhluchevom interferometre (ris.) interferiruyut el.-magn. volny, prihodyashie ot kosmich. istochnika izlucheniya, napr. zvezdy, k zerkalam pribora A i B, raznesennym v prostranstve. Zerkala napravlyayut izluchenie zvezdy v ustroistvo C (v teleskop), gde puchki sveta interferiruyut, t.e. usilivayut ili oslablyayut drug druga v zavisimosti ot raznosti faz mezhdu nimi. Raznost' faz opredelyaetsya razlichiem opticheskih putei (ili vremeni prihoda) interferiruyushih puchkov sveta. V dvuhluchevom interferometre opticheskie puti dlya oboih puchkov sveta reguliruyut tak, chtoby oni byli primerno odinakovymi.
Principial'naya shema dvuhluchevogo
interferometra: A i B - zerkala,
C - ustroistvo (teleskop), osushestvlyayushee
interferenciyu voln. Vnizu pokazano
raspredelenie intensivnosti izlucheniya
v interferencionnoi kartine ot dvuh
istochnikov S1 i S2.

Ot zvezdy - ochen' udalennogo tochechnogo istochnika - k Zemle prihodit parallel'nyi puchok sveta, ego volnovoi front (t.e. poverhnost', na k-roi faza volny odinakova) ploskii i perpendikulyaren k napravleniyu na istochnik. V etih usloviyah raznost' optich. putei S1AC i S1BC (i raznost' faz) v centre kartiny ravna nulyu i voznikaet chetkaya interferencionnaya kartina - sistema temnyh i svetlyh polos. Uglovoe rasstoyanie $\varphi$ mezhdu sosednimi maksimumami intensivnosti v interferenc. kartine ot istochnika (zvezdy) ravno $\lambda/D$, gde D - rasstoyanie mezhdu centrami zerkal A i B (ego naz. bazoi interferometra). Velichinu bazy mozhno izmenyat'. Esli ryadom s S1 raspolozhen vtoroi istochnik S2, nahodyashiisya na malom uglovom rasstoyanii $\alpha$ ot nego, to volnovoi front ot S2 budet naklonen k volnovomu frontu ot S1 na etot zhe ugol. Poetomu k zerkalu A svet pridet ot S2 s zaderzhkoi na $\alpha D$ po sravneniyu s zerkalom B. Pri $\alpha D=\lambda/2$ interferenc. maksimumy v sisteme polos ot istochnika S1 sovpadut s polozheniem minimumov ot istochnika S2, v rezul'tate interferenc. kartina okazhetsya razmytoi, nekontrastnoi. Kontrast (ili vidnost' V) opredelyaetsya f-loi:
V = (Imaks - Imin)/(Imaks + Imin) ,
gde Imaks i Imin - sootvetstvenno naibol'shaya i naimen'shaya intensivnost' sveta v interferencial'noi kartine. Naimen'shii kontrast polos otvechaet usloviyu: $\alpha=\varphi/2=\lambda/2D$. Izmeriv D i znaya $\lambda$, mozhno opredelit' takim metodom uglovoe rasstoyanie $\alpha$ mezhdu tesnoi paroi zvezd. Metod primenim i dlya opredeleniya uglovogo razmera odnoi zvezdy, poskol'ku protivopolozhnye kraya ee diska mozhno rassmatrivat' kak dva blizkih istochnika izlucheniya. Pri malyh bazah interferenc. polosy ot odnoi zvezdy budut kontrastnymi ($V\approx 1$), no s uvelicheniem D vidnost' budet umen'shat'sya i polosy ischeznut sovsem pri $D=1,22\cdot \lambda/\beta$, gde $\beta$ - uglovoi diametr zvezdy. Sledovatel'no, $\beta=1,22\cdot \lambda/D$.

Razreshayushaya sposobnost' dvuhluchevogo interferometra $\sim \lambda/D$, i chem bol'she baza, tem ona luchshe. Pri D= 6 m i $\lambda= 5000$ \AA (zelenyi svet) razreshayushaya sposobnost' $\alpha\approx$0,01". Osn. trudnosti pri praktich. realizacii metoda prostranstvennoi I. svyazany s iskazhayushim vliyaniem na volnovoi front neodnorodnostei zemnoi atmosfery. Atmosfera oslablyaet kontrast polos i vyzyvaet ih drozhanie, tak chto izmerit' vidnost' V neprosto. Do poyavleniya fotoelektrich. priemnikov sveta nablyudateli, vybiraya momenty uluchsheniya kontrasta kartiny, vizual'no ocenivali vidnost', a takzhe vruchnuyu osushestvlyali kompensaciyu sil'nyh fazovyh sdvigov, voznikayushih na dlinnyh bazah. S 1970 g. stali primenyat' razlichnye fotoelektrich. ustroistva dlya avtomatich. izmereniya kontrasta polos. Oni ne nakaplivayut svet, a registriruyut kartinu polos s korotkoi ekspoziciei (~ 10-2 s). Dlya analiza interferenc. kartiny i polucheniya dannyh o razmere i strukture istochnika ispol'zuyut bol'shoe chislo takih "mgnovennyh" raspredelenii intensivnosti svetovogo potoka; obrabotka ih vedetsya statistich. metodami s ispol'zovaniem EVM.

Pronicayushaya sila interferometra ogranichena kvantovoi prirodoi sveta (malym chislom fotonov, prihodyashih ot slabyh istochnikov) i zavisit ot stepeni atmosfernyh iskazhenii volnovogo fronta. Uchastki volnovogo fronta razmerom 5-10 sm mozhno schitat' ploskimi (etot razmer naz. radiusom kogerentnosti r0), no takie uchastki ne soglasovany drug s drugom po faze. Kazhdyi takoi uchastok daet kak by svoyu nezavisimuyu sistemu polos, i na aperturu (deistvuyushee vhodnoe otverstie) pribora diametrom r budet postupat' $N=(r/r_0)^2$ nezavisimyh signalov. Chislo chuvstvitel'nyh elementov (elementov razresheniya) v priemnike sveta dolzhno byt' ne men'she T. Esli kazhdyi element za vremya ekspozicii registriruet $\delta$ fotonov, to otnoshenie poleznogo signala k shumu budet $\delta\sqrt{kN}$, gde k - chislo obrabotannyh izobrazhenii (sm. takzhe Radioteleskop, Radiointerferometr). Parametr $\delta$ proporcionalen $r_0^2$ i obratno proporcionalen shirine spektr. polosy propuskaniya pribora. Vybor shiriny polosy opredelyaetsya velichinoi atmosfernyh fluktuacii raznosti hoda (chem bol'she baza, tem sil'nei fluktuacii i 'uzhe dolzhna byt' polosa propuskaniya). Ocenki pokazyvayut, chto nazemnyi interferometr s aperturoi diametrom v nesk. m mozhet imet' pronicayushuyu silu bolee 15-18m, v to vremya kak na pryamyh fotografiyah, poluchennyh pri pomoshi krupnyh teleskopov, registriruyutsya zvezdy do 25m. S drugoi storony, razreshayushaya sposobnost' optich. nazemnyh teleskopov obychno ne vyshe 1", a optich. interferometry s bazoi $\approx$6 m dayut razreshenie ~ 0,01", nesmotrya na to chto oni rabotayut skvoz' turbulentnuyu atmosferu. V otlichie ot radiointerferometrov, v interferometrah optich. diapazona ne udaetsya vosstanavlivat' polnost'yu izobrazhenie istochnika izlucheniya. Poka po vidnosti polos opredelyayutsya tol'ko nek-rye harakteristiki ob'ektov: uglovoi diametr, stepen' potemneniya yarkih zvezd k krayu, dvoistvennost' zvezd. V dal'neishem, veroyatno, etot nedostatok udastsya preodolet' s pomosh'yu novyh metodov analiza informacii.

Princip zvezdnogo interferomera byl predlozhen franc. fizikom I. Fizo (1868 g.) i realizovan A. Maikel'sonom (SShA, 1893 g.). V 1920 g. Maikel'son i F. Piz (SShA) vpervye izmerili uglovoi diametr zvezdy - krasnogo sverhgiganta Betel'geize (radius $\approx 850 R_\odot$), a zatem diametry ryada dr. zvezd, ispol'zuya periskopich. interferometr (teper' etot pribor naz. interferometrom Maikel'sona) s bazoi 6 m na teleskope diametrom 2,5 m observatorii Maunt-Vilson. Krome interferometra Maikel'sona sushestvuyut astronomich. interferometry inyh tipov. Sredi nih naibol'shee rasprostranenie poluchili spekl-interferometry (sm. Spekl-interferometriya), proizvodyashie dvumernyi analiz struktury izobrazheniya. Eti pribory ispol'zuyut interferenciyu sveta, sobiraemogo teleskopom, poetomu ih baza D ne prevyshaet diametra zerkala teleskopa, chto i ogranichivaet ih razreshayushuyu sposobnost'. Dlya znachit. uvelicheniya bazy neobhodimo poluchat' interferenc. kartinu ot otdel'nyh optich. elementov, napr. nezavisimyh teleskopov (A. Labeiri, 1976-78 gg., Franciya). Naibol'shie trudnosti pri etom sopryazheny s uravnivaniem raznosti hoda mezhdu puchkami sveta: raznost' ne dolzhna prevoshodit' nesk. dlin voln, chtoby interferenc. polosy v belom svete byli kontrastnymi. Prihoditsya kompensirovat' sistematich. izmenenie raznosti hoda, obuslovlennoe vrasheniem Zemli i sluchainymi prichinami atmosfernogo i instrumental'nogo proishozhdeniya, s pomosh'yu reguliruemyh optich. zaderzhek ili plavnogo peremesheniya samih teleskopov po rel'sam. Perspektivnost' takih priborov byla prodemonstrirovana na ustanovke iz dvuh 25-sm teleskopov, raznesennyh na rasstoyanie do 20 m (observatoriya SERGA vo Francii). Pri vizual'nom nablyudenii interferenc. polos udalos' izmerit' uglovye diametry komponentov dvoinoi zvezdy Kapelly. Diametry okazalis' ravnymi 0,005" i 0,004" pri rasstoyanii mezhdu zvezdami ok. 0,05".

Naryadu s obychnymi, klassich. prostranstvennymi interferometrami, gde proishodit slozhenie samih svetovyh kolebanii, predlozheny t.n. interferometry intensivnostei. Ih rabota osnovana na opredelenii soglasovannosti (korrelyacii) fluktuacii svetovyh potokov, registriruemyh otdel'nymi teleskopami (R. Henberi-Braun i R. Tviss, Avstraliya, 1967 g.). Pri dline bazy do 200 m razreshenie interferometra, deistvovavshego v Narrabrai (Avstraliya), sostavlyalo ok. 0,001", no ego pronicayushaya sila byla ochen' nizka (2,5m). Pri pomoshi interferometra intensivnostei uzhe izmereny diametry 32 goryachih zvezd.

Vyvod interferometrov za predely atmosfery rezko uvelichil by vozmozhnosti I. S ih pomosh'yu mozhno bylo by poluchat': optich. izobrazheniya galaktik i kvazarov s razresheniem v sotye i tysyachnye doli uglovoi sekundy, povysit' na nesk. poryadkov tochnost' izmerenii vzaimnyh uglovyh rasstoyanii zvezd, osushestvit' izmerenie malyh parallaksov zvezd i popytat'sya obnaruzhit' okolo nih planety. Osn. tehnich. trudnost' na etom puti - sozdanie sistemy vysokotochnoi orientacii sputnikov v prostranstve pri vysokoi stabil'nosti samogo sputnika. Proekty kosmich. interferometrov uzhe sushestvuyut.

Lit.:
Born M., Vol'f E., Osnovy optiki, per. s angl., M., 1970; Tokovinin A.A., Sheglov P.V., Problema dostizheniya vysokogo razresheniya v nazemnoi opticheskoi astronomii, UFN, 1979, t. 129, v. 4, s. 645-70; Opticheskie teleskopy budushego, per. s angl., M., 1981; Opticheskie i infrakrasnye teleskopy 90-h gg., per. s angl., M., 1983.

(A.A. Tokovinin)


Glossarii Astronet.ru


A | B | V | G | D | Z | I | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | E | Ya 
Publikacii s klyuchevymi slovami: interferometriya - interferenciya sveta - interferometr
Publikacii so slovami: interferometriya - interferenciya sveta - interferometr
Karta smyslovyh svyazei dlya termina INTERFEROMETRIYa
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >>

Ocenka: 3.3 [golosov: 137]
 
O reitinge
Versiya dlya pechati Raspechatat'

Astronet | Nauchnaya set' | GAISh MGU | Poisk po MGU | O proekte | Avtoram

Kommentarii, voprosy? Pishite: info@astronet.ru ili syuda

Rambler's Top100 Yandeks citirovaniya