VLBI基本原理-甚长基线干涉测量技术-实测天体物理学-中国科学院-上海天文台
82页1、上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory VLBIVLBI基本原理基本原理 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 一一 VLBI基本原理基本原理 Very Long Baseline Interferometry 甚长基线干涉测量 射电天文观测一种高分辨率技术和方法 用于天体物理成图 高精度天体测量及测地 深空导航 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 单孔径的射电望远镜的角分辩率约为D 比光 学望远镜要低得多 光学波长 V波段 5500埃 射电波长 C波段 6厘米 105光学波长 一个直径为105米的射电望远镜的角分辩率与一个 1米的光学望远镜的理论角分辩率相当 地面光学 望远镜的实际分辨率是由大气相干长度确定的 由于无线电技术的发展 并且射电波长较长 所以射电干涉测量技术发展相对比较容易 当然 射电干涉测量的发展的主要原动力来自天文研究 的需要 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 0 S 1 r 2 r 21 rr w
2、 u V d S 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 称为场称为场的空间的空间相干函数相干函数 I s 射电源在天空上的二维亮度分布 干涉仪是测量这个空间相干函数的设备 d c rr SjSIrrV 2exp 21 21 rE 2121 rErErrV 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 如果源是天空中很小的一个区域 如为单位矢量 与垂直 如果选择坐标系 在这个坐标系中的分量为 0 0 1 在这个坐标系中分量为 u v w U 方向为向东 V方向为向北 W方向为方向 0 SS 0 SS 0000 2121SSSSSSS 0 S 0 S 21 rr 0 S 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 函数函数称为相对于方向称为相对于方向的相干函数的相干函数 为相位跟踪中心为相位跟踪中心 也称为相对于也称为相对于方向的复可见度函数方向的复可见度函数 强度分布强度分布的空间频率谱的空间频率谱 与空间强度分布一对二维富利叶变换对 如果我们通过观测得到离散的值 便可以 用二
3、维富利叶变换得到的分布 dldmemlIwVuVeVuV Vmuljjw 22 VuV 0 S 0 S VuV 0 S mlI VuV mlI VuV mlI dudVeVuVmlI Vmulj 2 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory简单模型的可见度简单模型的可见度 一个点源的可见度函数 幅度为 相位为 如果这个点源位置在相位参考中心 相位为常数 0 dldmemlIdldmemlIVuV VmuljVmulj 2 000 2 2 0 00 Vmulj eIVuV 0 21 00 2 00 2 0 sin cosIVmulVmulI tan 00 1 Vmul 0 0 00 ml 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 双点源的可见度函数 假定二个源的分别为 幅度为 相位为0 仅有实部 虚部为0 如果二个源的位置分别为 幅度为 2 2 2 2 002001 mlImlI 2 2 2 1 0000 VmuljVmulj eIeIVuV cos 00 2 2 2 1 VmulII 0 0 0021 mlII
4、 2 21 00 Vmulj eIIVuV 2cos 2 0021 2 2 2 1 VmulIIII 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory I1 I2 I1 2I1 l l 0 l 0 l 21 2II 2 I 21 II m 2 I m 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 园对称分量 中心在的原点 离原点的径向距离 其Fourier变换为 u V 距离 园高斯分量 半极大全宽度 FWHM a ml 22 mlr rF F22 Vu 0 0 2 2 rdrrJrFF 2ln4 exp 2ln4 1 2 2 r aa rF 2ln4 exp 2 a F 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 均匀园面 a为直径 光学薄的球 0 4 2 a rf 2ar a aJ F 2 1 0 2 1 6 22 ara rF 2ar cos sin 3 23 3 23 2 3 aaa a aaJF 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 环
5、 a为直径 2 1 ar a rF 0 aJF 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 由于地球自转 基线矢量在空间转动 如果采用 坐标系固定在地球上 Z轴 北天极 900 X轴 00 h 0h Y轴 00 h 6h 观测源的坐标 赤纬为 0 时角为H0 为基线矢量 在X Y Z坐标系中的分量 ZYX D D 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory Z Y X H H H H H H w V u 0 0 00 00 0 00 00 0 sin cos 0 sincos sinsin cos coscos cossin sin 222 0 0 2 sin cos YX ZV u 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 由于坐标系固定在地球上 对每一条基线 是常数 随着地球自转 对同一个天文源 赤纬为常数 这 样一条基线在U V平面中画出一条椭圆轨迹 22 YX 上海天文台 Shanghai Astronomical Observatory 天顶方向VLA瞬时 快拍sna
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