Re: Cerro Paranal
- From: Soeren Larsen <soerenslarsen@xxxxxxxxx>
- To: astrolist@xxxxxxxxxxxxx
- Date: Fri, 1 Jan 2010 17:11:59 +0100
2010/1/1 Torben Taustrup <ttau@xxxxxxxxxx>
> Hej Søren
>
> Da det er afstanden mellem teleskoperne der er afgørende for
> opløsningen, opnår man vel kun mere lys ved at sammensætte
> fire - eller er der også en yderligere opløsningsgevinst ved
> at "stacke" lyset fra alle fire?
Jeg forstår, at fidusen er, at lyset fra alle fire ender på
> den samme detektor.
>
> Og her kommer så det første spørgsmål på Astrolist i 2010
> så:
> Hvad er forklaringen på, at man ikke rent elektronisk kan
> sammensætte signalet fra fire separate kilder og opnå noget
> tilsvarende?
>
Hej Torben,
Først, godt nytår!
Svaret på dit spørgsmål er lidt kompliceret, men jeg skal forsøge at gøre
det
så godt jeg kan.
Det er opløsningsevnen der er hovedgevinsten ved at
kombinere lyset. Dette kan ikke opnås elektronisk, kun optisk
som jeg forklarer nedenfor. Man kunne naturligvis sagtens udstyre hvert af
de fire teleskoper med identiske kameraer og addere billederne
(eller spektre, etc.) bagefter. Det ville reducere integrationstiden med
en faktor fire, men ikke gøre nogen (væsentlig) forskel for opløsningsevnen.
Alternativt kan man jo bare integrere fire gange så lang tid med et
enkelt teleskop, mens de andre laver noget andet...
Den øgede opløsning der kan opnås ved at kombinere lyset fra
flere teleskoper skal dog ikke forstås sådan at man
direkte får et superskarpt billede. Det der i praksis observeres er et
interferensmønster med mørke og lyse striber, der dannes
når lyset fra to forskellige teleskoper overlapper. Kontrasten i dette
interferensmønster (kaldet "visibiliteten", V) afhænger af geometrien af
det objekt der observeres. Hvis man f.eks. observerer en dobbeltstjerne
vil V afhænge af separationen mellem de to komponenter, så
ved at måle V kan separationen beregnes.
For at opnå dette interferensmønster er det som tidligere
nævnt helt afgørende at lyset fra de forskellige teleskoper ankommer
i fokalplanet i fase, hvilket kun kan opnås optisk i "real time"
(for radioobservationer kan signalerne fra hver antenne dog optages
digitalt sammen med et tidsstempel fra et atomur, og kombineres
senere).
Det er i praksis meget vanskeligt at rekonstruere udseendet af
mere komplekse objekter ved denne type observationer, og
derudover er synsfeltet *meget* lille (mindre end et buesekund).
Der er også andre begrænsninger, f.eks. opererer VLT
interferometeret kun i det infrarøde, og er begrænset til forholdsvis
klare objekter.
Generelt er et interferometer mest følsomt for struktur med
vinkeludstrækning
lambda/D, hvor lambda er bølgelængden og D er afstanden
mellem to teleskoper. For VLT er D omkring 100 m, så
for observationer i det infrarøde (2 micrometer) er opløsningen
omkring 0.004 buesekunder. Mindre detaljer kan ikke opløses,
og mere udstrakte objekter giver ikke noget interferensmønster så
information om større struktur er også tabt.
For eksemplet med dobbeltstjernen vil en enkelt måling yderligere kun give
den
komponent af separationen der er parallel med linien der forbinder de to
teleskoper (den såkaldte "baseline"). Visibiliteten af interferensmønsteret
afhænger
dog, udover objektets geometri, også af længden og retningen af denne
baseline.
Yderligere information om objektets struktur kan derfor opnås ved
at kombinere målinger udført ved flere "baselines". Her er det nyttigt
at baseline
ændrer sig i løbet af natten, grundet Jordens rotation.
For de mere teknisk interesserede:
I princippet kan et egentligt billede konstrueres hvis man har
visibilitetsmålinger ved et tilstrækkeligt antal "baselines".
Hvis baseline udtrykkes som en vektor (u,v), så vil visibiliteten af
interferensmønsteret V være en funktion af denne vektor, V(u,v). Et billede
I(x,y) kan dannes ved at tage den inverse Fouriertransform af V(u,v). Der
skal være god dækning af (u,v) planen for at få et ordentligt billede,
ellers
vil mange frekvenser mangle i billedet. Dette princip er velkendt
indenfor radioastronomien, men er (af forskellige årsager) endnu ikke
brugbart
til optisk/infrarød interferometri. En årsag er at hver observation
(dvs. hvert punkt i (u,v) planen) tager omkring en time for VLTI. Dertil
kommer
at konstruktion af et billede kræver måling af både kontrasten og
fasen af interferensmønsteret for hver V(u,v). Fasen bliver for
optiske/infrarøde
observationer normal "visket ud" af lufturoen.
For radioobservationer kan denne "apertursyntese" teknik imidlertid
give fine resultater, se f.eks.:
http://www.astron.nl/other/wsrt/WSRTproj/PrettyPictures/index.htm
for billeder fra Westerbork radioteleskopet ved Dwingeloo i Holland.
Hov, det blev vist til en længere introduktion til interferometri. Tak til
dem som hang på hele vejen.
mange hilsener
Søren
> mvh
> Torben
>
>
> ----- Original Message -----
> From: "Soeren Larsen" <soerenslarsen@xxxxxxxxx>
> To: <astrolist@xxxxxxxxxxxxx>
> Sent: Thursday, December 31, 2009 1:36 AM
> Subject: Re: Cerro Paranal
>
>
> > Jo, det er komplicerede observationer. De enkelte
> > teleskoper skal
> > (selvfølgelig) pege i samme retning, inden for en
> > nøjagtighed der
> > er væsentligt bedre end deres (individuelle)
> > opløsningsevne. Den
> > største udfordring er dog at de optiske vejlængder fra
> > objektet, via
> > hvert teleskop, til fokalplanet skal være ens - det er
> > nemlig
> > kritisk at lyset fra hvert teleskop ankommer i fase. Dette
> > er ikke let,
> > da disse vejlængder jo hele tiden ændrer sig (også
> > relativt til hinanden)
> > grundet Jordens rotation. I praksis klares det ved hjælp
> > af et
> > sindrigt system af optiske "delay lines" der kalibreres
> > ved starten af
> > hver observation, hvilket også er tidskrævende.
> > Jeg har ikke selv observeret med VLT interferometeret, men
> > ifølge
> > manualen tager en enkelt observation typisk omkring 30
> > minutter,
> > hvoraf kun nogle få minutter er egentlig integrationstid.
> > Dertil
> > kommer at en typisk observationssekvens også kræver et
> > kalibreringsobjekt, hvilket tager yderligere 30 min. Så
> > ja, der
> > er store overheads.
> >
> > hilsen,
> > Søren
> >
> > 2009/12/30 Torben Taustrup <ttau@xxxxxxxxxx>
> >
> >> Hej Søren
> >>
> >> Tak for den forklaring. Er det ikke også en meget
> >> tidskrævende opgave at line de fire teleskoper op så
> >> signalet bliver som ønsket?
> >>
> >> mvh
> >> Torben
> >>
> >> ----- Original Message -----
> >> From: "Soeren Larsen" <soerenslarsen@xxxxxxxxx>
> >> To: <astrolist@xxxxxxxxxxxxx>
> >> Sent: Wednesday, December 30, 2009 12:03 PM
> >> Subject: Re: Cerro Paranal
> >>
> >>
> >> > Ja, hvert enkelt teleskop har sine egne instrumenter
> >> > som
> >> > er unikke for det
> >> > teleskop, og
> >> > normalt observerer de hver for sig. I de fleste
> >> > situationer er det mere
> >> > nyttigt at observere
> >> > samtidigt med 4 instrumenter på 4 forskellige
> >> > teleskoper.
> >> > Det er kun i særlige tilfælde at lyset fra flere
> >> > teleskoper (typisk 2-3)
> >> > kombineres. Til det
> >> > formål kan de mindre 1.8 m "AT" (auxiliary telescopes)
> >> > også bruges, hvis
> >> > objektet er
> >> > klart nok, da det er afstanden mellem teleskoperne der
> >> > er
> >> > afgørende. Sådanne
> >> > interferometriske observationer kan give information om
> >> > meget fine detaljer,
> >> > men er
> >> > ikke egentligt billeddannende. Hvis du ser et billede
> >> > kan
> >> > du være ret sikker
> >> > på at det kommer
> >> > fra et enkelt teleskop
> >> >
> >> > Her er en oversigt over VLT instrumenter:
> >> > http://www.eso.org/sci/facilities/paranal/instruments/overview.html
> >> >
> >> > vh
> >> > Søren Larsen
> >> >
> >> >
> >> > 2009/12/30 Torben Taustrup <ttau@xxxxxxxxxx>
> >> >
> >> >> Ja, det er selvfølgelig et godt argument - og
> >> >> størrelsen
> >> >> af
> >> >> et enkelt teleskop ligger stadig på højde med de
> >> >> største.
> >> >> Det er vel også muligt at nøjes med at sætte to
> >> >> sammen?
> >> >> Jeg lurer lidt på, om der generelt er problemer med at
> >> >> få
> >> >> fire teleskoper til at arbejde sammen som det er
> >> >> meningen.
> >> >> Hvor finder man oplysninger om, hvilket optisk system
> >> >> der
> >> >> er
> >> >> brugt i forbindelse med offentliggjorte billeder?
> >> >>
> >> >> mvh
> >> >> Torben
> >> >>
> >> >> ----- Original Message -----
> >> >> From: "Martin Sparre" <martinsparre@xxxxxxxxx>
> >> >> To: <astrolist@xxxxxxxxxxxxx>
> >> >> Sent: Tuesday, December 29, 2009 8:20 PM
> >> >> Subject: Re: Cerro Paranal
> >> >>
> >> >>
> >> >> > Hej Torben,
> >> >> >
> >> >> > Jeg vil tro, at det mest normale er, at man får
> >> >> > observationstid ved et
> >> >> > enkelt af teleskoperne. - bare fordi de kan arbejde
> >> >> > sammen, så behøver
> >> >> > de det ikke.
> >> >> >
> >> >> > Det er garanteret også meget lettere at få bevilget
> >> >> > observationstid
> >> >> > ved et enkelt af teleskoperne end ved dem alle.
> >> >> >
> >> >> > Hilsner fra
> >> >> > Martin Sp.
> >> >> >
> >> >> > 2009/12/29 Torben Taustrup <ttau@xxxxxxxxxx>:
> >> >> >> Hvorfor kikker de ikke i samme retning?
> >> >> >> Er det fordi man ikke kan få dem til at samarbejde?
> >> >> >>
> >> >> >> Check denne video - The VLT Trailer:
> >> >> >> http://www.eso.org/public/astronomy/teles-instr/vlt.html
> >> >> >>
> >> >> >> mvh
> >> >> >> Torben
> >> >> >>
> >> >> >>
> >> >> >> Torben Taustrup
> >> >> >> TOC Observatory homepage
> >> >> >> http://tocobs.org
> >> >> >> "Just do it"
> >> >> >>
> >> >> >>
> >> >> >>
> >> >> >
> >> >> >
> >> >> >
> >> >> > --
> >> >> > Position: N 55° 42' 02'' E 12° 33' 14''
> >> >> > Webpage: www.logx.dk
> >> >> >
> >> >>
> >> >>
> >> >>
> >> >
> >>
> >>
> >>
> >
>
>
>
Other related posts:
