Чувствительность космических телескопов и приборов

Я немного изучал космические телескопы и был поражен заявленной чувствительностью некоторых инструментов. В частности, космическая антенна лазерного интерферометра (LISA), которая, как утверждается, способна обнаруживать относительное изменение смещения в 20 пикометров на расстоянии 1 млн км. Мне очень хочется понять, какая технология/физика лежит в основе детекторов, подобных этому?

Я понимаю, что это очень широкий вопрос, поскольку детекторы преследуют множество разных целей, но общего обзора будет достаточно.

Если возможно, что именно приводит к феноменальной разрешающей способности LISA?

Ответы (1)

LISA (длинный PDF) использует интерферометрию . Это метод, который позволяет очень точно измерить разницу между двумя длинами.
По сути, лазерный луч расщепляется. Каждая половина луча проходит свой путь. Небольшая разница в длине пути вызывает разность фаз между лучами. Оба луча объединяются в гетеродинном детекторе, который выдает выходной сигнал, пропорциональный разнице в частоте или фазе двух лучей (я пока не уверен, что используется в LISA).
Лазер генерирует частоту порядка 10 14 ЧАС г , разность частот в 0,1 Гц легко измеряется и дает точность 10 − 15 .

Бумага, которая вычисляет точность этого метода. (длинный PDF)
Отчет о базовой технологии LISA (еще более длинный PDF)

Изменить: мой первоначальный ответ был неправильным.

В этом случае два результирующих луча перпендикулярны друг другу?
Не обязательно.
От наивной точности интерферометра 400 нм до заявленной точности 80 пм очень далеко. Я уверен, что многократные проходы — это первая часть этого процесса, но также требуется очень точное измерение пиков.
@RossMillikan Существует множество технологий, позволяющих преодолеть этот разрыв. Действительно, документ об исследовании конструкции телескопа Эйнштейна резюмирует это. Грубая сила сигнала к шуму является одной из его частей: используются мощные лазеры с фантастически изощренным контролем шума, так что измерение имеет огромный динамический диапазон. Использование сжатого света для компромисса точности амплитуды с точностью фазы (проявление неравенства неопределенностей Гейзенберга) является небольшой, но важной частью этого. Я почти уверен, что ЛИЗА должна использовать только один пропуск - в космосе у вас есть, ну ....
@RossMillikan .... много места, поэтому вам не нужно складывать луч, как в LIGO и телескопе Эйнштейна. Экспериментальное изучение теории относительности было самым удивительным двигателем интерферометрической технологии за последние 20 лет. LISA, LIGO и ET ищут гравитационные волны, предсказанные ОТО, но не менее впечатляющими являются современные повторения эксперимента Майкельсона-Морли, которые измеряют с и ее независимость от инерциальной системы отсчета с точностью лучше, чем Δ с / с ≤ 10 − 17 . Технологии репликации MME и зондирования гравитационных волн тесно связаны между собой.
@RossMillikan ... и очень сильно подпитываются друг другом.
Чувствительность космических телескопов и приборов
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v