現(xiàn)代科技綜述知識文庫：甚長基線射電干涉測量法

1、現(xiàn)代科技綜述系列甚長基線射電干涉測量法科技是人類區(qū)別于動物的重要文明之一，是人類對自然規(guī)律研究和利用的學(xué)科。本文提供對科技基本概念“甚長基線射電干涉測量法”的解讀，以供大家了解。甚長基線射電干涉測量法是射電天文的一種觀測方法。用兩個天線同時觀測一個射電源目標，再將兩天線收到的信號聯(lián)系起來，進行無線電波干涉，測量收到信號間的相位差。這種干涉測量方法有兩種型式：一種是常規(guī)型的，兩天線間用電纜或微波傳輸來聯(lián)結(jié)，干涉測量中兩路信號的相位差可“實時”測定。這種干涉當兩天線間的基線很長時，由于本振和傳播介質(zhì)引起的隨機相位起伏，干涉測量系統(tǒng)的相干性喪失，不能正常工作。為解決這一問題，就產(chǎn)生了另一種現(xiàn)在得到廣

2、泛實際應(yīng)用的甚長基線射電干涉測量(VLBI)。該方法是兩天線分別使用獨立的高穩(wěn)定度的原子鐘作本地振蕩，將觀測信號記錄在各自的寬頻率磁帶上，并在事后用相關(guān)分析法得到干涉測量的條紋幅度和時間延遲等有關(guān)測量。這種方法的優(yōu)點是去掉基線的實時聯(lián)結(jié)，使兩天線間的基線可以任意長，這也相當于望遠鏡口徑加大，從而極大提高分辨率。甚長基線射電干涉測量現(xiàn)在已在天體物理學(xué)、天體測量學(xué)、地球物理學(xué)和地球動力學(xué)等許多學(xué)科得到廣泛的應(yīng)用。1967年，首先于加拿大阿貢金射電天文研究所在448MHz上，用口徑分別為46m和10m的天線，完成了獨立本振的磁帶記錄干涉實驗，其基線長200m。同時，美國國立射電天文臺在610MHz上

3、，以相距650m的口徑分別為26m和42m天線，也得到了干涉條紋。從此開始了甚長基線射電干涉測量及其應(yīng)用的研究。甚長基線射電干涉測量的發(fā)展，始終和技術(shù)方法相聯(lián)系。目前甚長基線干涉測量所能進行常規(guī)性觀測的波段有50cm、18cm、6cm、28cm和13cm，以及近年增加的90cm、3513cm波段，還有特別組織的毫米波甚長基線射電干涉測量。在分辨率上地面甚長基線射電干涉測量能分辨的區(qū)域是寬線發(fā)射區(qū)1pc，相當于10171018cm。靈敏度用MK記錄系統(tǒng)約為07Jy(1Jy=1026WM2Hz)，用MK記錄系統(tǒng)約為01Jy。動態(tài)范圍，即射電源圖像中最亮特征和離源(off-source)噪聲的比值從

4、201到10001。同時還發(fā)展了甚長基線射電干涉測量特有的成圖法。這些進展得到了如H2O脈澤自行、超光速運動圖像和大陸漂移的測量等重要結(jié)果。雖然甚長基線射電干涉測量取得了很大進展，但仍有不少有待解決的問題。主要為靈敏度仍感不足，許多目標如脈沖星、恒星其流量都在10mJy量級，常常要用少數(shù)大天線加上MKIII記錄終端才行，而一般天線只能觀測強源；“轉(zhuǎn)移函數(shù)”或(u，v)平面圖覆蓋還不夠滿意，加上動態(tài)范圍不足，進一步限制了圖像中弱特征的檢測；在長基線上合適的校準源很少，因此校準很困難；計算處理很費時。所以現(xiàn)代的甚長基線射電干涉測量主要是改善觀測能力，改善(u，v)圖的覆蓋條件，提高靈敏度和提高多臺

5、站同時處理的能力。90年代的甚長基線射電干涉測量正向3個方面發(fā)展：(1)毫米波甚長基線射電干涉測量 目前地面上已做到最高分辨率用100GHz為50as，其線分辨率為10161017cm，相當于黑洞模型的吸積盤尺度。毫米波成圖技術(shù)是當今的一個研究熱題。(2)地面甚長基線射電干涉測量網(wǎng)的建立這方面主要有美國的甚長基線陣，它是多用途的，可用于天體物理學(xué)、天體測量學(xué)和地學(xué)等學(xué)科?，F(xiàn)有10個天線組成，記錄系統(tǒng)比MKIIIA更先進，并備有同時處理20個臺站的相關(guān)處理機，使效率大為提高。歐洲甚長基線射電干涉測量網(wǎng)有813個天線，采用和美國甚長基線陣一樣的記錄終端，也計劃做同時處理20個臺站的相關(guān)處理機。這個

6、網(wǎng)主要優(yōu)點是天線大，因而靈敏度較高。(3)空間甚長基線射電干涉測量衛(wèi)星現(xiàn)在實施中的有兩個：一個是射電天文空間甚長基線射電干涉測量計劃(Radioastron)，這是1985年前蘇聯(lián)科學(xué)院支持的項目，這個衛(wèi)星的軌道較扁，在厘米波段的分辨率比地面甚長基線射電干涉測量高10倍，其靈敏度當和地面一個70m天線組合時，用300s積分時間，在135cm波段約100mJy，在6和18cm波段約50mJy；另一個是甚長基線射電干涉測量空間天文臺計劃(VSOP)。這是由日本支持的研究項目，預(yù)計將發(fā)射一個帶有8m左右口徑的衛(wèi)星，其最長基線30000km，分辨率達100as，成圖質(zhì)量較高。隨著分辨率和靈敏度的提高，甚長基線射電干涉測量將對研究產(chǎn)生致密射電源的天體物理過程，致密射電源的精細結(jié)構(gòu)及其變化，其精確度在毫角秒以下以至微角秒的遙遠天體的位置及自行等給出答案。地面甚長基線射電干涉測量網(wǎng)的進展和空間甚長基線射電干涉測量計劃的開始，將會引出更多重要的研究領(lǐng)域?！緟⒖嘉墨I】： 1 Christansen W N ,Hogbom J A. Radio Telescope. Cambridge Univ Press,London, 1969 2 Thompson A R,Moran J M,Swenson Jr G W.