6c. Techniky kosmické geodézie VLBI Aleš Bezděk

Transkript

1 6c. Techniky kosmické geodézie VLBI Aleš Bezděk Teoretická geodézie 4 FSV ČVUT 2017/2018 LS 1

2 Radiointerferometrie z velmi dlouhých základen Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Jediná metoda kosmické geodézie, která nevyužívá družice. Zdrojem rádiového záření jsou mimogalaktické zdroje (kvazary), které vysílají náhodný šum. Přesná měření umožňují určit prostorový vektor spojnice obou antén interferometru a směr ke zdroji s přesností mnohem vyšší než konvenčními geodetickými metodami přesnost základny...několik centimetrů na km přesnost směru 0.002

3 Radiointerferometrie z velmi dlouhých základen Mimogalaktické zdroje (kvazary) mají zpravidla malé úhlové rozměry (~0.001 ) a složité struktury, které se mění s časem. Signál přicházející od kvazarů je na zemi velmi slabý. Příjem signálů se provádí pomocí antény (zpravidla reflektorového typu) umístěné na vhodné montáži.

4 Radiointerferometrie z velmi dlouhých základen Základem interferometru jsou dvě antény. V korelátoru jsou signály z obou přijímačů vynásobeny (a dále frekvenčně upraveny). Je-li časové zpoždění časový rozdíl dopadu čela téže vlny tau, signál S 1 (t) je signál z první antény a signál S 2 (t) je signál z druhé antény, bude výstup z korelátoru úměrný výrazu r 1 2T T S t S t dt 2 1 T kde 2T je časová konstanta integrátoru. Funkce r(τ) je maximální pro případ, kdy S 2 (t) = S 1 (t - τ) tedy když jsou to shodné signály posunuté o τ K maximální K je pro tau = tau 4

5 Radiointerferometrie z velmi dlouhých základen VLBI (Very Long Baseline Interferometry) je metoda, používaná nejen v geodézii, založená na pozorování vzdálených (mimogalaktických) objektů alespoň ze dvou míst na Zemi. Lze říci, že čím delší základna, tím lze principiálně získat vyšší přesnost, neboť přibližně platí: ε λ/b kde ε je rozlišení v radiánech, B je délka základny, λ je vlnová délka => např. Pro B=1 km a λ=10 cm máme ε =5-4 rad = 10''. Srovnejte s definicí ICRS, kde se běžně dosahuje přesnosti 0.001'', z čehož plyne, že delší základnou zvýšíme rozlišení. Země poskytuje maximální délku základny rovnající se jejímu průměru, obvykle tedy několik tisíc km. Pro B=10 tis. km (stanice Hawai Wetzell v SRN) máme zhruba ε = 0.01

6 VLBI měření Typické charakteristiky Vlnové délky v cm ( cm) Základny o délce několik tisíc km Záznam se ukládá na přenosná média magnetické pásky nebo modernější nosiče Velice náročná a drahá technologie Měření musí být doprovozeno přesným měřením času (atomové hodiny), aby mohly být záznamy vůbec porovnatelné na totožné časové škále K dosažení nejlepší přesnosti se musí i kvalita kvazarů analyzovat a monitorovat

7 Radiointerferometrie z velmi dlouhých základen VLBI pozoruje slabé vzdálené zdroje rádiového záření ve vlnových pásmech S a X dvě vlnová pásma jsou zejména pro eliminování vlivu ionosféry: S pásmo MHz, průměrná vlnová délka 13 cm, X pásmo MHz, průměrná vlnová délka 3.5 cm. Prvotní zpracování na stanici spočívá v příjmu signálu, jeho digitalizaci a zaznamenání ve stanoveném formátu na nosiče, kterými donedávna byly výhradně magnetické pásky. Měření je postaveno na znalosti přesné frekvence a přesného času jsou používány nejpřesnější standardy: pro frekvenci vodíkové masery, pro čas cesiové atomové hodiny srovnávané s ostatními hodinami ve světě pomocí časových GPS přijímačů. 7

8 VLBI hardware Diskové pole Wettzell, Německo, d=20 m Korelátor Kashima, Japonsko, d=34 m

9 VLBI síť 3 operační centra, 6 korelátorů, 6 data center, 26 analytických center, 28 stanic

10 VLBI - síť

11 Aplikace VLBI realizace ICRS

12 Pohyb pólů Aplikace VLBI parametry orientace Země Variace délky dne vůči hvězdám (bez slapů) Zpomalování rotace Země vůči atom. času Zavádění přestupných vteřin

13 Mezinárodní služba IVS (International VLBI Service data, metodologie, výsledky, koordinace