Какие методы используются для преобразования радиосигналов, принимаемых антенной, в изображения?

Я могу придумать как минимум четыре совершенно разных способа, которыми «астрономы преобразуют радиосигналы, принимаемые их антенной, в изображения».

1. Сканирование

Это самый старый и простой для понимания способ изображения. Ответ на вопрос Как радиотелескопы с одной тарелкой (или с одним приемником) изначально генерировали изображения? резюмирует кратко:

Они сканируют объект, если вы наведете тарелку на точку в небе, пока Земля вращается, тарелка сканирует астрономические объекты, затем переместите тарелку в немного другое положение и дайте ей сканировать объект снова и снова. Через некоторое время вы можете воссоздать изображение из строк развертки аналогично аналоговому телевидению.

Вот ранняя 1D-проекция сканирования плоскости нашей галактики Млечный Путь из Галактической системы в виде спиральной туманности Оорт, Дж. Х.; Керр, Ф.Дж.; Westerhout, G. MNRAS 118, (1958) с. 379. Это изображение инвертировано по тону для большей ясности.

Для получения дополнительной информации см. ответы на вопросы Почему на этой очень ранней 21-сантиметровой карте Млечного Пути пустые клинья? (Оорт и др., 1958 г.)

---

2. Интерферометрия (наиболее распространенный метод на сегодняшний день)

Если вы получаете входящий волновой фронт из двух или более разных мест, что в данном случае означает две или более антенн, вы можете использовать математику для восстановления изображения. Это называется интерферометрической визуализацией, и в наши дни это делается путем подачи сигналов от каждой антенны на большой и быстрый компьютер, известный как коррелятор. Однако на заре интерферометрической визуализации интерференция фактически создавалась электронным способом, когда усиленные сигналы от каждой антенны объединялись в смесителе и другой электронике.

На самом деле, в одном из самых ранних методов радиоинтерферометрии использовалась одна антенна, которая собирала как прямой сигнал от источника, так и сигнал, проходящий более длинный путь, отражаясь от воды! Это называется морской интерферометрией , и в этом случае вода действует как зеркало Ллойда . Это только одномерное изображение.

Подробнее об этом читайте в Radio Astronomy at Dover Heights, а также в статье Galactic Radiation at Radio Requencies V. The Sea Interferometer JG Bolton and OB Slee, Australian Journal of Physics, vol. 6, стр. 420, декабрь 1953 г.

---

выше: очень большой массив ( источник )

Возможно, вы недавно видели изображения (материал вокруг) черной дыры. В этом случае сигналы от каждой антенны были записаны на жесткие диски, которые затем были отправлены в центральное место, прежде чем быть помещенными в компьютерный коррелятор, но математически это тот же самый процесс. См. ответы на вопрос Как в Event Horizon Telescope реализована интерферометрия?

---

3. Прямая визуализация с использованием массивов фокальной плоскости

Вопрос Какова самая высокая степень детализации массива в фокальной плоскости параболического радиотелескопа? Или это ЕДИНСТВЕННЫЙ? показывает первое изображение ниже, многолучевого приемника Parkes 21cm и, кажется, датировано 1997 годом. В этом ответе есть ссылки на первое изображение с Apertif: новая жизнь для радиотелескопа Westerbork , которое показано на втором изображении.

---

4. Радар с доплеровским запаздыванием

Это самый крутой метод! Он основан на радаре, а это означает, что с одной тарелки астрономы направляют тщательно модулированный радиосигнал в сторону планеты или астероида и принимают отраженный луч в другой тарелке. Этот тип радара называется доплеровским с задержкой, потому что он извлекает два вида информации из возвращаемого сигнала: общее время задержки, дающее расстояния, и доплеровский сдвиг, вызванный скоростью отражающей поверхности.

Если тело вращается, разные области будут двигаться к нам или от нас в зависимости от их местоположения, а разные части будут приближаться или удаляться от нас, также в зависимости от местоположения. Если они получают достаточно сигналов в течение достаточно длительного периода времени, они могут реконструировать гипотетическое изображение формы объекта.

См. статью старшего редактора Планетарного общества и планетарного евангелиста Эмили Лакдавалла « Как радиотелескопы получают «изображения» астероидов» и этот ответ , чтобы узнать больше об этой технике.

Слева: Очень медленный источник GIF .

Справа: радиолокационное изображение показывает астероид 3122 Флоренция и крошечные эхо-сигналы от двух его спутников. Вот анимация , которая показывает их более четко. Направление освещения радара (и, следовательно, направление на Землю) указано вверху». Отсюда . НАСА / Лаборатория реактивного движения. уменьшено в 2 раза, чтобы соответствовать ограничению SE в 2 МБ Из вопроса Какова физическая геометрия этого очевидного «затмения» крошечной луны астероида Флоренция?

Примечание. Эти два изображения не обязательно имеют одинаковую ориентацию.