Giao thoa kế đường cơ sở rất dài, hay VLBI, liên kết với nhau bằng các kính viễn vọng vô tuyến được phân tách rộng rãi để cho phép các nhà thiên văn nhìn thấy vũ trụ chi tiết hơn bao giờ hết.
Giao thoa kế cơ bản rất dài, hay còn gọi là VLBI, là một kỹ thuật mạnh mẽ trong thiên văn vô tuyến. Bằng cách liên kết với nhau các kính viễn vọng vô tuyến được phân tách rộng rãi, VLBI cho phép các nhà thiên văn học nhìn vũ trụ chi tiết hơn bao giờ hết. Với các món ăn radio có hiệu quả lớn như toàn bộ các quốc gia, chúng ta có thể nhìn vào trái tim của các lỗ đen, lập bản đồ bề mặt của các ngôi sao và thậm chí theo dõi sự trôi dạt của các lục địa ngay tại nhà.
Đĩa radio 70 mét của Goldstone đôi khi được sử dụng cho các quan sát của VLBI. Tín dụng: NASA / JPL
Một trong những điều giới hạn mức độ chi tiết bạn có thể nhìn thấy qua kính viễn vọng là kích thước của gương chính (hoặc trong kính viễn vọng khúc xạ, kích thước của thấu kính vật kính). Điều tương tự cũng đúng với kính viễn vọng vô tuyến, chỉ thay vì gương, họ sử dụng các tấm kim loại lớn để tập trung sóng vô tuyến từ không gian sâu. Gương, ống kính hoặc ăng-ten càng lớn, bạn càng có thể nhìn thấy nhiều chi tiết hơn. Đây là một trong những lý do mà các nhà thiên văn học mãi mãi trong một cuộc đua xây dựng các kính viễn vọng lớn hơn và lớn hơn.
Đường kính của chiếc gương cực kỳ quan trọng đó giới hạn những gì bạn có thể nhìn thấy. Thỉnh thoảng, khi tôi đặt kính viễn vọng trên vỉa hè và hướng nó lên mặt trăng, những người qua đường hỏi họ có thể nhìn thấy tàu đổ bộ Apollo không. Khi tôi chỉ ra rằng, không, chúng ta sẽ cần một kính viễn vọng lớn hơn nhiều để làm điều đó, họ thường hỏi liệu một cái gì đó như Kính viễn vọng Không gian Hubble có thể làm được không. Điều đó đủ mạnh, phải không?
Sự thật là, không có kính viễn vọng ở bất cứ nơi nào trên Trái đất có thể chụp ảnh các mô-đun mặt trăng ngồi trên bề mặt mặt trăng. Để làm điều đó, bạn sẽ cần một chiếc kính thiên văn có gương rộng khoảng 60 mét (200 feet)! Rằng chỉ nhỏ hơn một chút so với 747. Mặt khác, Hubble có một chiếc gương có đường kính chỉ 2,4 mét. Các kính viễn vọng lớn nhất trên hành tinh có gương 10 mét.
Vì vậy, rõ ràng, kính thiên văn lớn hơn là tốt hơn. Và có những chiếc kính thiên văn trong các công trình với những chiếc gương có chiều ngang ấn tượng 30 mét. Nhưng đến một lúc nào đó, nó trở nên không thực tế. Đây là nơi khoa học về giao thoa kế có thể giúp đỡ!
Nếu bạn đặt hai kính viễn vọng cách nhau 100 mét và kết hợp ánh sáng của chúng, bạn có thể thấy cùng một lượng chi tiết như một kính thiên văn rộng 100 mét! Hai kính viễn vọng hoạt động song song như thế này được gọi là giao thoa kế ánh sáng - chúng sử dụng sự giao thoa của sóng ánh sáng từ hai kính viễn vọng để làm sáng tỏ chi tiết tinh xảo.
Hai kính viễn vọng Keck dài 10 mét có thể được sử dụng làm giao thoa quang / hồng ngoại 85 mét. Tín dụng: NASA / JPL
Với ánh sáng quang học hoặc hồng ngoại, các kính thiên văn trong giao thoa kế phải được kết nối vật lý thông qua một loạt các ống có tên là đường trễ trì hoãn. Tuy nhiên, sử dụng kính viễn vọng vô tuyến cho phép các nhà thiên văn học ghi lại các tín hiệu từ ăng ten và sau đó kết hợp ánh sáng trong máy tính vào một thời điểm sau đó. Điều này mang lại một lợi thế rất lớn: không có giới hạn về khoảng cách giữa các kính thiên văn!
VLBI có thể kết hợp ánh sáng từ các kính viễn vọng vô tuyến được đặt ở hai phía đối diện của thế giới. Một trong những hệ thống lớn nhất là Mảng đường cơ sở rất dài được đặt tên thích hợp (VLBA). Mười kính viễn vọng - trải dài từ Hawai Khăni đến Quần đảo Virgin - tất cả cùng hợp tác để tạo ra một kính viễn vọng vô tuyến có kích thước lớn hơn một nửa Trái đất! Khi được kết hợp lại, tất cả mười kính viễn vọng điều khiển cùng một vật thể ở xa, kết hợp dữ liệu trong các máy tính mạnh mẽ với sự trợ giúp của đồng hồ nguyên tử chính xác phi thường và nhìn vũ trụ chi tiết hơn bao giờ hết.
Mảng đường cơ sở rất dài (VLBA) bao gồm mười kính viễn vọng vô tuyến trải rộng khắp bán cầu tây và hoạt động như một nhạc cụ duy nhất.Tín dụng: NRAO / AUI, với hình ảnh Trái đất được cung cấp bởi Dự án SeaWiFS NASA / GSFC và ORBIMAGE
Vì các kính viễn vọng không cần phải được kết nối vật lý, bầu trời thực sự là giới hạn về vị trí của kính viễn vọng. Hãy tưởng tượng đặt một trong quỹ đạo xung quanh Trái đất! Hoặc phóng một đội kính viễn vọng vô tuyến vào không gian để hoạt động như một giao thoa kế lớn hơn nhiều lần so với hành tinh của chúng ta. Và nếu bạn thực sự muốn ước mơ lớn, tại sao không đặt một số kính viễn vọng trên Trái đất trong khi đặt những người khác ở phía xa của Mặt trăng? Sau đó bạn sẽ có một phần tư triệu dặm rộng kính thiên văn radio! Sức mạnh giải quyết của một thiết lập như vậy sẽ tương đương với việc đứng ở Los Angeles và đọc một tờ báo được đặt ở Washington, D.C.
VLBI là một công cụ đa năng. Các kỹ thuật cho phép nó theo dõi các chuyển động của khí trong các cụm thiên hà xa xôi cũng có thể được sử dụng để ghi lại các chuyển động của hành tinh của chúng ta. Ví dụ, nếu hai kính viễn vọng ở hai phía đối diện của một lục địa đều hướng về cùng một quasar ở xa, thì ánh sáng từ chuẩn tinh sẽ chiếu tới một kính viễn vọng trước khi chiếu tới kính viễn vọng kia. Với đồng hồ chính xác, bạn có thể sử dụng độ trễ thời gian đó để đo chính xác khoảng cách giữa các kính thiên văn. Làm điều đó nhiều lần và bạn có thể theo dõi khoảng cách đó thay đổi theo thời gian. Đáng chú ý, các nhà địa chất có thể sử dụng tín hiệu vô tuyến từ các quasar cách xa hàng tỷ năm ánh sáng để theo dõi sự trôi chậm của các mảng kiến tạo!
Hình ảnh VLBA của một máy bay phản lực phát ra từ lõi của thiên hà M87, cách Trái đất 50 triệu năm ánh sáng. Máy bay phản lực, được điều khiển bởi một lỗ đen siêu lớn ở trung tâm thiên hà, dài 5000 năm ánh sáng. Khí trong máy bay đang di chuyển với tốc độ gần bằng tốc độ ánh sáng. Tín dụng: NRAO / AUI và Y. Y. Kovalev, MP IfR và ASC Lebedev.
Giao thoa kế đường cơ sở rất dài - VLBI - là một công cụ cực kỳ phức tạp nhưng mạnh mẽ. Bằng cách liên kết các kính viễn vọng vô tuyến từ khắp nơi trên thế giới, các nhà thiên văn học có thể nhìn thấy Vũ trụ một cách chi tiết chưa từng thấy. Các mạng lưới VLBI đã nghiên cứu các ngôi sao nổ tung và các tia khí cực mạnh được điều khiển bởi các lỗ đen siêu lớn trong trái tim của các thiên hà. Và công nghệ tương tự cho phép chúng ta bóc tách cấu trúc bên trong hành tinh của chúng ta và xác định hướng của chúng ta trong không gian.
Thế hệ tiếp theo của các mạng VLBI lớn hơn bao giờ sẽ tiết lộ về Vũ trụ xa xôi hay thậm chí là mặt đất dưới chân chúng ta?