조리개 합성

Aperture synthesis

조리개 합성 또는 합성 이미징은 망원경 집합의 신호를 혼합하여 전체 [1][2][3]집합 크기의 기기와 동일한 각도 분해능을 가진 이미지를 생성하는 간섭계의 한 종류입니다.각 분리 및 방향에서 간섭계의 로브 패턴은 관찰 대상물의 밝기 공간 분포의 푸리에 변환의 한 구성요소인 출력을 생성한다.소스의 영상(또는 "지도")은 이러한 측정에서 생성됩니다.천문 간섭계는 고해상도 광학, 적외선, 서브밀리미터, 전파 천문학 관측에 일반적으로 사용됩니다.예를 들어, Event Horizon Telescope 프로젝트는 구멍 [4]합성을 사용하여 블랙홀의 첫 번째 이미지를 도출했습니다.

기술적인 문제

각 망원경으로 들어오는 신호의 진폭과 위상을 모두 측정할 경우에만 조리개 합성이 가능합니다.무선 주파수의 경우 이는 전자제품에 의해 가능하지만, 광 주파수의 경우 전자장을 소프트웨어로 직접 측정하거나 상관시킬 수 없지만 민감한 광학에 의해 전파되어 광학적으로 간섭해야 합니다.정확한 광학 지연과 대기 파장 수차 보정이 필요하며, 이는 1990년대에야 가능해진 매우 까다로운 기술입니다.이것이 1950년대 이후 전파천문학에서, 그리고 밀레니엄이 시작된 이후 광학/적외선 천문학에서 조리개 합성에 의한 영상이 성공적으로 사용된 이유이다.자세한 내용은 천문 간섭계를 참조하십시오.

고품질 이미지를 생성하기 위해서는 서로 다른 망원경 간에 다수의 다른 분리(전파 소스에서 볼 수 있는 두 망원경 사이의 투영된 분리를 기준선이라고 한다)가 필요하다. – 양질의 이미지를 얻기 위해서는 가능한 한 많은 다른 기준선이 필요하다.n개의 망원경 배열에 대한 기준선b 수 n은 n=(n-n2)/2로b 주어진다. (이것은(2) \ 또는 nC2)예를 들어 Very Large Array는 동시에 351개의 독립된 기준선을 제공하는 27개의 망원경을 가지고 있으며 고품질 이미지를 제공할 수 있습니다.

대부분의 조리개 합성 간섭계는 관측에 포함된 기준선 방향의 수를 증가시키기 위해 지구의 자전을 사용합니다.지구가 회색 구체로 표시된 이 예에서 망원경 A와 망원경 B 사이의 베이스라인은 지구가 회전함에 따라 전파원에서 볼 때 시간에 따라 각도를 변화시킵니다.따라서 서로 다른 시간에 데이터를 취하면 서로 다른 망원경 분리로 측정을 할 수 있습니다.

무선 어레이와 달리, 가장 큰 광학 어레이는 현재 6개의 망원경만을 가지고 있으며, 망원경 사이의 15개의 기준선에서 더 낮은 화질을 제공합니다.

대부분의 조리개 합성 간섭계는 관측에 포함된 다른 기준선의 수를 증가시키기 위해 지구의 자전을 사용합니다(오른쪽 그림 참조).서로 다른 시간에 데이터를 취하면 지구의 회전으로 망원경이 새로운 기준선으로 이동하기 때문에 추가 망원경을 구입하거나 수동으로 망원경을 이동할 필요 없이 서로 다른 망원경 간격과 각도로 측정이 가능합니다.

지구 자전의 사용은 1950년 북반구의 전파별에 대한 예비 조사에서 자세히 논의되었다.일부 계측기는 개구 마스킹 간섭계처럼 지구 회전 대신 간섭계 어레이의 인공 회전을 사용합니다.

역사

조리개 합성 이미지는 Martin Ryle과 캠브리지 대학의 Radio Astronomy Group의 동료들에 의해 전파 파장에서 처음 개발되었다.마틴 라일과 토니 휴이쉬는 무선 간섭계 개발에 기여한 공로로 노벨상을 공동 수상했다.

캠브리지의 전파천문학 그룹은 1950년대 캠브리지 근처에 멀러드 전파천문대를 설립하였다.1960년대 후반과 1970년대 초, 컴퓨터(타이탄 등)가 필요한 계산 집약적인 푸리에 변환 반전을 처리할 수 있게 되면서, 그들은 조리개 합성을 사용하여 각각 1마일과 라일 망원경을 사용하여 '1km'와 '5km'의 유효 조리개를 만들었다.

이 기술은 이후 수천 킬로미터의 기준선을 얻기 위해 매우 긴 기준선 간섭계에서 더욱 발전했고 심지어 광학 망원경에서도 개발되었습니다.조리개 합성이라는 용어는 합성 조리개 레이더로 알려진 레이더 시스템의 한 종류를 지칭할 수도 있지만, 이것은 기술적으로 전파 천문학 방법과는 관련이 없고 독립적으로 개발되었습니다.

원래 모든 기준선 길이와 어느 정도 최대 방향에서 측정을 할 필요가 있다고 생각되었다: 이러한 완전 샘플링된 푸리에 변환은 공식적으로 최대 기준선과 동일한 조리개 직경을 가진 기존 망원경의 이미지와 정확히 동일한 정보를 포함하고, 따라서 조리개 syn이라는 이름이 붙었다.논제

많은 경우에, 특히 최대 엔트로피 방법과 같은 비선형 디콘볼루션 알고리즘의 도움을 받아, 상대적으로 희박하고 불규칙한 기준선 세트를 사용하여 유용한 이미지를 만들 수 있다는 것이 빠르게 발견되었다.대체 이름 합성 이미징은 전체 조리개 합성 시도(푸리에 변환에 의한 이미지 재구성을 가능하게 함)에서 강력하지만 계산 비용이 많이 드는 알고리즘을 사용하여 사용 가능한 모든 데이터에서 이미지를 합성하려는 시도로의 강조의 변화를 인정합니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ R. C. Jennison (1958). "A Phase Sensitive Interferometer Technique for the Measurement of the Fourier Transforms of Spatial Brightness Distributions of Small Angular Extent". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 119 (3): 276–284. Bibcode:1958MNRAS.118..276J. doi:10.1093/mnras/118.3.276.
  2. ^ Bernard F. Burke; Francis Graham-Smith (2010). An Introduction to Radio Astronomy. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-87808-1.
  3. ^ John D. Krauss (1966). "Chapter 6: Radio-Telescope Antennas". Radio Astronomy. New York, NY: McGraw Hill.
  4. ^ The Event Horizon Telescope Collaboration (April 10, 2019). "First M87 Event Horizon Telescope Results. II. Array and Instrumentation". The Astrophysical Journal Letters. 87 (1): L2. arXiv:1906.11239. Bibcode:2019ApJ...875L...2E. doi:10.3847/2041-8213/ab0c96.

외부 링크