A Plútó kapcsán

Az utóbbi hetek szencáziója - nem véletlenül - a Plútó mellett július 14-én elsuhant New Horizons szonda. A bolygó (illetve törpebolygó) kutatás nem tartozik a blog témakörébe, és én is inkább csak lelkes érdeklődőként követem a híreket. Azonban van olyan szelete a tudosításoknak, amire érdemben szeretnék reagálni, ez pedig a Földdel folytatott rádiókommunikáció. 

Az indexen jelent meg egy kifejezetten jól megírt, olvasmányos összefoglaló arról, hogyan továbbítja a New Horizons a mérési eredményeket a Földre. Amúgy ha az ember a második linkre kattint, akkor kiderül, hogy a szöveg Emily Lakdawalla január harmincadikán megjelent blogbejegyzésének magyarítása. (Nem értek az újságírói etikához, de talán a cikk végén dőlt betűvel esetleg érdemes lett volna ezt megemlíteni.) A linkre egyébként azért kattintottam, mert sajnos már a harmadik bekezdésben szép méretes hibába futottam. Az eredeti cikk természetesen nem volt hibás, a fordítás, illetve inkább az értelmezés nem volt sikeres.

Az ominózus mondat szerint a szonda gyenge rádiójelét csak 70 méter átmérőjű rádióteleszkópok észlelhetik, és ilyenből csak három van a Földön. Az eredeti szövegben természetesen jól szerepel, hogy a Deep Space Network antennái között a legnagyobb átmérőjűek 70 méteresek és ebből tényleg csak három van. A DSN elsődleges feladata az űrmissziók rádiókommunikációjának biztosítása. De például anno a HALCA műhold követőállomásai is DSN antennák voltak, tehát ilyen áttételes módon rádiócsillagászati megfigyelésekben is résztvettek. A DSN 50 éves születésnapja alkalmából az urvilag.hu-n jelent meg egy érdekes összefoglaló a hálózat működéséről, feljődéséről.

Azonban vannak természetesen egyéb más rádióantennák is a Földön, amelyek nem űrkutatási és komminkációs célokat szolgálnak, hanem elsősorban csillagászati megfigyeléseket végeznek. Talán nem kis mértékben Carl Sagannak (illetve Kapcsolat című sci-fije sikeres hollywoodi feldolgozásának) köszönhetően a csillagászat iránt kicsit érdeklődő nagyközönség számára talán elég ismertté vált a világ legnagyobb, nem mozgatható rádióantennája, az areciboi, amely 305 méter átmérőjű. Egy természetes kráterben helyezkedik el.

A puerto ricoi Arecibo antenna (National Science Foundations)

A legnagyobb mozgatható antennák a green banki és az effelsbergi 100 méteres tányérok az Amerikai Egyesült Államokban és Németországban találhatóak. (A green banki egy kicsit nagyobb.) A németországi az európai VLBI hálózat (EVN) legérzékenyebb tagja.

A Robert C. Byrd Green Bank rádióteleszkóp (NRAO)

Jodrell Bankben (Nagy-Britanniában) működik a 74 méteres Lovell teleszkóp, amely szintén résztvesz EVN mérésekben és a eMERLIN hálózatnak is tagja (ahogy már egy korábbi bejegyzésemben bemutattam itt a blogon).

Lovell teleszkóp (Telegraph)

Szintén a fentebb említett bejegyzésben írtam a Kínában épülő rekord-döntő antennáról, a Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope-ról (FAST). Ez nevéhez hűen 500 méter átmérőjű lesz, lepipálva Arecibot.

Rádióinterferometria

Előző bejegyzésben írtam az interferométeres technika alapjairól és megemlítettem, hogy rádiótartományban ez a megfigyelési technológia jóval egyszerűbben megvalósítható, mint a rövidebb hullámhosszakon, infravörös és optikai tartományban. A rádiótartományban kihasználhatjuk az elektromágneses sugárzás hullám természetét, a mért jeleket feszültséggé alakítva, digitalizálva az intereferenciát a hálózatban résztvevő antennáktól térben és időben is távol hozhatjuk létre. (Ezzel szemben optikai és infravörös tartományban erre csak helyben nyílik lehetőség. Minél messzebbre és bonyolultabb utakon kell utaztatni a fénynyalábokat, annál több fotont veszítünk a különböző optikai elemek, tükrök, félig áteresztő tükrök, stb. használatával.)

Ezen előnyök miatt az első rádióinterferométereket már a negyvenes-ötvenes években megépítették és a számítástechnika rohamos fejlődésével, egyre több és több elemből álló hálózatok épültek. 1974-ben a csillagászati kutatásért adott első fizikai Nobel-díjat Sir Martin Ryle és Anthony Hewish kapta, előbbi az interferométeres technika (apertúra szintézis - azaz több kisebb teleszkóp egy nagy műszerként való működésének) kidolgozásáért, utóbbi a pulzárok felfedezéséért. Ma már számos rádióinterferométer hálózat működik, jópár közülük nyílt rendszerben - azaz bárki adhat be rájuk távcsőidő-kérelmet. 

Mivel rádiótartományban működő hálózatoknál a bázisvonal (két résztvevő elem távolsága) gyarkolatilag bármekkorára növelhető, kialakult a Very Long Baseline Interferometry (VLBI, Nagyon hosszú bázisvonalú interferometria) megfigyelési rendszer. Ilyenkor az antennák akár egymástól távoli földrészeken is elhelyezkedhetnek. A jeleket vagy rögzítik az egyes elemeknél és később egy központi korrelátorban játsszák vissza és hozzák létre az intereferenciát, vagy (főként manapság) az antennák nagy sebességű adatátvitelt biztosító kábellel vannak összekötve egymással és a korrelálás - azaz az intereferencia előállítása - valós időben is lehetséges. 

A legismertebb hálózatok közé tartozik az amerikai VLBA (Very Long Baseline Array, Nagyon hosszú bázisvonalú hálózat), amely tíz egyforma, az Egyesült Államok területén elhelyezkedő antennából áll. Az elérhető leghosszabb bázisvonal 8000 km. Jelenleg anyagi gondokkal küzd, sajnos.

NASA's Goddard Space Flight Center

Az európai hálózat, a European VLBI Network (EVN, Európai VLBI Hálózat) jelenleg közel húsz antennát foglal magába, ezek azonban nem egyformák és különböző nemzeti intézményekhez tartoznak. A rendszer interferométerként évente háromszor, 3-4 hét hosszú időtartamban működik. A hálózat irányítását, működésének szervezését, a korrelálást, stb. a JIVE (Joint Insitute for VLBI in Europe) végzi. Helyileg Hollandiában, Dwingelooban található. Az EVN jelenleg a legérzékenyebb rádióinterferométer hálózat, mivel jópár különösen nagy antenna is a rendszer része, például a 75 méteres Jodrell Bank-i Lovell-teleszkóp, a 100 méteres effelsbergi, vagy a 305 méteres arecibói antenna. (Összehasonlításképpen a VLBA antennái 25 méteresek.)

http://www.evlbi.org/intro/intro.html

Az EVN antennák és VLBA hálózat együttes használatára is lehetőség van, ekkor úgynevezett Global VLBI távcsőidő-kérelmet kell beadni. Az így létrejött rádióinterferométer hálózat centiméteres hullámhosszakon ezredívmásodpercnél is jobb térbeli felbontásra képes. A z=1-es vöröseltolódásnál 1 ezredívmásodperc nagyjából 8 pc-nek (durván 24 fényévnek) felel meg.

A fenti kettő mellett további hálózatok is működnek, például a déli féltekén Ausztráliában a Long Baseline Array (LBA); Távol-Keleten, Japánban a Japanese VLBI Network (JVN, 12 antennával), a koreai KVN (Korean VLBI Network, három 21 méteres antennával, amelyek egyszerre 4 frekvencián is képesek megfigyelést végezni) és a kínai hálózat (Chinese VLBI Network, CVN) 4 antennával. Ez utóbbi egyik feladata a kínai holdprogram támogatása (ma, december 14-én sikeresen leszállt a kínai Hold szonda), de remélhetőleg csillagászati célú megfigyelésekre is egyre több lehetőség nyílik. A kínai hálózat jelenleg is rohamléptekben fejlődik, tavaly adták át az új 65 méteres sanghaji rádióteleszkópot és építik az arecibói tányért is túlszárnyaló, 500 méteres FAST (Five-hundred-meter Aperture Spherical Telescope) antennát a dél kínai Guizhou tartományban. Remélik, hogy 2016 végén az első tesztészlelések már el is kezdődhetnek a hatalmas tányérral. A három kelet-ázsiai hálózat tervezi egy közös VLBI rendszer működtetését is (East Asian VLBI Network). A konzorcium megalakult, de egyelőre még csak próbamérések folynak.

Egy, a Földön elhelyezkedő VLBI hálózat bázisvonalhosszának (és így felbontásának) értelemszerűen határt szab a Föld mérete. Azonban, ha egy rádió-antennát Föld körüli pályára állítunk, a felbontóképességet tovább tudjuk növelni. Az első dedikált űr-VLBI (Space VLBI) műhold a japán HALCA volt. A széles nemzetközi kollaborációban megvalósuló VLBI Space Observatory Programme (VSOP) keretében az antenna 6 évig (1997 és 2003 között) sikeresen működött, ezalatt közel 780 megfigyelésben vett részt.

2011-ben bocsátották fel az orosz RadioAstron műholdat. Ezt a projektet már 1980-as években kezdték tervezni, de a világpolitikai események (legfőképpen a Szovjetunió szétesése) erősen hátráltatták a program megvalósulását. Mindenestre 2011 végén az első fringe-eket az effelsbergi és 2012 elején az arecibói antennával már sikerült detektálni, és azóta számos sikeres mérést végeztek a Föld átmérőjénél 20-szor nagyobb bázisvonalakon. (Megj.: köszönet Frey Sándornak a pontosításért és a linkért).

A fent felsorolt hosszú bázisvonalú interferométer hálózatok mellett természetesen számos rövidebb bázisvonalakat használó rádióantenna-rendszer is működik, közülük számos nyílt, bárki által szabadon pályázható műszerként. A későbbi bejegyzésekben ezek közül néhányat még biztos be fogok mutatni.