Почему массив телескопа используется?

Сильно переписано на основе отзывов в комментариях
. Чтобы разобраться в этом вопросе, стоит рассмотреть, что на самом деле делает телескоп (или любая оптическая/радиовизионная система).

Взяв простое параболическое зеркало, форма выбирается такой, чтобы общая длина пути всех лучей «из бесконечности» до фокуса была одинаковой. При одинаковой длине пути все сигналы будут совпадать по фазе, когда они достигают точки фокусировки, что приводит к конструктивной интерференции. Мы видим это как «яркое пятно» в фокусе. Я объяснил это подробно в этом более раннем ответе .

Таким образом, «разрешение» интерпретируется как «насколько далеко от оси сигнал от точечного источника затухает до нуля», что является еще одним способом сказать, «насколько близко друг к другу могут быть две точки и восприниматься как отдельные» (это не совсем одно и то же, но обычно "достаточно хорошо", чтобы приравнять эти понятия). Разрешение отдельного компонента не имеет большого значения — хотя его сигнал будет «практически неизменным» по мере смещения источника от оси, соотношение фаз с сигналом от следующего (меньшего) элемента будет меняться гораздо быстрее. Таким образом, в то время как компоненты сами по себе не улучшают разрешение, комбинированный сигнал улучшает.

Это имеет несколько последствий. Во-первых, любая система обработки изображений должна поддерживать соотношение фаз между падающими лучами намного лучше, чем длина волны. Вот почему у оптического телескопа действительно гладкие поверхности, а радиоантенна может быть сделана из поверхности «грубой формы». Во-вторых, это означает, что нам не нужно иметь непрерывную круглую линзу/зеркало, чтобы делать изображения. Любой набор отражателей, который приводит к тому, что обнаруженные сигналы остаются синфазными, будет вести себя одинаково. Конечно, чем больше общая площадь, тем больше детектируется сигнала — но если вас интересует угловое разрешение и у вас достаточно сигнала, вам нужно увеличить ширину вашей оптики; вам не обязательно увеличивать площадь .

Таким образом, становится возможным придумывать телескопы необычной формы, но с особенно хорошим разрешением по определенной оси. Это принцип интерферометрии с очень длинной базой , но он работает в любом масштабе. Суть в том, что вы должны поддерживать соотношение фаз между сигналами из разных частей вашего «зеркала» с точностью до доли цикла — чем лучше вы это сделаете, тем выше будет разрешение системы. На оптических длинах волн это быстро становится очень, очень трудным - на длинах волн, используемых в радиоастрономии (от метров до миллиметров), это вполне достижимо.

Полезное описание процесса (и сложности его выполнения оптически) можно найти в статье Википедии о синтезе апертуры, в которой говорится:

Апертурный синтез возможен только в том случае, если каждый телескоп измеряет как амплитуду, так и фазу входящего сигнала. Для радиочастот это возможно с помощью электроники, в то время как для оптических источников электромагнитное поле нельзя измерить напрямую и сопоставить с помощью программного обеспечения, но оно должно распространяться чувствительной оптикой и подвергаться оптическим помехам. Требуется точная коррекция оптической задержки и аберрации атмосферного волнового фронта, очень сложная технология, которая стала возможной только в 1990-х годах. Вот почему получение изображений с апертурным синтезом успешно используется в радиоастрономии с 1950-х годов, а в оптической/инфракрасной астрономии только с 2000 года. См. Астрономический интерферометр для получения дополнительной информации.

Представьте, что вы смотрите в большое зеркало на стене. Теперь представьте, что зеркало состоит из меньших, покрытых плиткой зеркал. Вы все равно увидите свое отражение. Если вы начнете убирать плитки так, что их останется всего несколько, вы все равно сможете использовать их для восстановления изображения вашего лица, которое было дано исходным зеркалом. Это то, что происходит с интерферометром. Астрономы строят изображение, измеренное «полным зеркалом» (самая длинная базовая линия), на основе информации, которую они получают от нескольких плиток (отдельных антенн).