Umumiy astronomiya

4.30-rasm. Apertura sintezi usulini tushuntirishi
Apertura sintezi usulining prinsipini ko‘rsatish uchun avvalom osmonda shimol tomonga qaragan, sharq-g‘arb yo‘nalishda qaratilgan interferometrni qayraymiz. Antennalarning har biri bir biriga teng bo‘lib, ikkalasi diametriga ega va to‘lqin uzunligida ishlashadi. Antenna elementlari orasidagi minimal masofani , maksimal masofani deb belgilaymiz. (a) holda faqatgina ikkita, maksimal masaofa ga ajratilgan A va B antennalar mavjud. Yer aylanganda A va B antennalar, 12 soat davomida, osmon tekisligida diametri teng – ya’ni ushbu interferometr bilan maksimal ajrata olish qobiliyatiga erishib bo‘ladigan, aylanani chizishadi. (b) holda interferometrga C antennasi qo‘shiladi va bu qo‘shimcha ikkita baza chizig‘ini beradi. Ular radiuslari va ga teng AC va BC aylanalarni mos holda chizishadi. (c) holda interferometrga yana bitta D antenna qo‘shiladi. Bu holda baza chiziqlaridan ikkitasi, AD and CD, bir biriga teng va shuning uchun osmon sferasiga faqat ikkita yangi aylanalar qo‘shiladi. Interferometrga qo‘shimcha elementlarni qo‘shish orqali birlamchi nuri, ya’ni bitta idishnig nuri, doirasidagi etishmaydigan qismlarini to‘ldirsa bo‘ladi va shu bilan nurning to‘liq qamrab olishi ta’minlanadi. (c) dan yana shuni qo‘rishimiz mumkin-ki, barcha oraliq masofalarni to‘ldirish uchun antennalarni xamma joylashishlari talab etilmaydi; ayrim hollarda antennalar orasidagi masofalar bir biriga teng bo‘lib, natijada qo‘shimcha ma’lumotni berishmaydi. Sharq-g‘arb interferometrlar bilan to‘liq apertura sintezini olish uchun har doim 12 soat talab etiladi, albatta agarda hamma masofalar to‘lgan bo‘lsa. Ammo, odatda, antennalarning bir nechta elementlarning joylashishini ko‘chirsh imkoniyati bo‘ladi va bu holda barcha oraliq masofalar to‘lishi uchun aperturaning to‘liq sintezi juda ko‘p vaqtni talab etadi.

Apertura sintezining nazariyasi va usullari britaniyalik astronom Ser Martin Rayl tomonidan ishlab chiqilgan. 4.30.rasmda apertura sintezining prinsipi ko‘rsatilgan. Agarda teleskoplar sharq-g‘arb yo‘nalishda joylashgan bo‘lsa, ularorasidagi masofa osmonga proeksiyalanganda aylana yoki ellipsni chizadi, bu o‘z navbatida, Yer o‘z o‘qi atrofida aylanganligi sababli, manbaning joylashganligiga bog‘liq. Agar teleskoplar orasidagi masofa o‘zgartirilsa, 12 soatlik interval davomida osmonda aylana yoki ellipslar seriyalari chiziladi. 4.30.- rasmdan ko‘rishimiz mumkinki, antennalar orasidagi masofa to‘liq yopilgan bo‘lishi shart emas, chunki bir xil nisbiy masafaga ega bo‘lgan xar qanaqa antennalar kombinatsiyasi osmonda bir xil yo‘lni chizadi. Shu yo‘l orqali, to‘liq aperturali, o‘lchamlarii teleskoplar orasidagi maksimal masofaga teng bo‘lgan antennalarni sintezlashtirsa bo‘ladi. Bunday prinsiplarga asoslanib ishlaydigan interferometrlar aperturasi sintezlashtirilgan teleskoplar deyiladi. Agarda bazalar chizig‘igacha bo‘lgan butun masofa to‘liq qoplansa, unda natijada, antennaning alohidagi elementi ustidagi manbaning aniq haritasi olinadi. Shunday qilib, aperturasi sintezlashtirilgan teleskoplar osmonning xaritasini berishadi, ya’ni ularni radio fotograflar deyishimiz mumkin.

Tipik apertura sintez teleskoplari bitta bitta qo‘zg‘almas va odatda sharq-g‘arb yo‘nalishida joylashgan (ammo T yoki Y shaklidagi konfiguratsiyalar ham qo‘p uchraydi) bir nechta suriladigan teleskoplardan iborat bo‘ladi. Ishlatilayotgan teleskoplarning soni ular yanada kattaroq diskni qay darajada tez sintezlab berishini belgilaydi, chunki mumkin bo‘lgan antennalar kombinatsiyalari soni qonuniyat bilan oshadi, bu erda – teleskoplar soni. Bundan tashqari, katta teleskopni bitta qo‘zg‘almas va bitta qo‘zg‘alanuvchi teleskpoplar bilan, ular orasidagi masofani har 12 soatda almashtirish orqali sintezlashtirsa bo‘ladi. Ammo bunda to‘liq apertura sintezi kuzatuv vaqtining bir necha oyini talab qilinishi mumkin. Bu usul ishlashi uchun manba o‘zgarmas bo‘lishi shart, ya’ni kuzatuv davomida signal vaqt davomida o‘zgarmasligi lozim.

Hozirgi kunda aperturasi sintezlashtirilgan teleskoplardan eng samaradorlisi bu Nyu-Meksiko, AQShdagi VLA (Very Large Array – O‘ta Katta Massiv) teleskopidir (4.31-rasm). U 27ta paraboloid antennalardan iborat, har biri diametri 25 m va ular Y-simon shaklda joylashishgan. Y-shakli tuzilishi tanlanganligi sababi - u to‘liq apertura sintezini 8 soat davomida ta’minlab bera oladi. Har bir antenna maxsus qurilgan tashuvchi moslama yordamida ko‘chirilishi mumkin va teleskoplarning joylashishi shunday tanlanadig‘ki ular har bir konfiguratsiya uchun optimal intervallarni ta’minlab beradi. Eng katta konfiguratsiyada har bir elkaning uzunligi 21 km ga teng, bu esa natijada effektiv diametri 35 km ga teng antennaga mos keladi. Agarda VLA teleskopini eng katta konfiguratsiyada va eng yuqori 23 GGs (1.3 sm) chastotasida ishlatsa, ajratib olish qiymati 0.1 yoy sekundasiga etadi va bu ko‘rsatgich har qanaqa optik teleskopdan ustun keladi. Bunday ajrata olish ko‘rsatgichga Britaniyadagi MERLIN teleskopi yordamida ham erishish mumkin, u erda oldindan mavjud bo‘lgan teleskoplar radiokanallar orqali bir biriga ulangan. Boshqa keng ma’lum bo‘lgan sintezlashtirilgan teleskoplardan Buyuk Britaniyadagi 5 kilometrli Kembridj massivini va Niderlandlardagi Vesterbrok massivini aytishiiz mumkin, ularning ikkalasi sharq-g‘arb yo‘nalishida joylashgan.

4.31-rasm. 27 ta harakatlanuvchi antennadan iborat Sorkorro, Nyu-Meksikoda joylashgan VLA teleskoplar sistemasi

Undan ham yaxshi ajratib olishni qiymatini aperturani sintezlashtirish usulining kengaytirilgan varianti – VLBI (Very Long Baseline Interferometry Juda katta baza chiziqli interferometriya) yondoshishi orqali olsa bo‘ladi. Bu usulda antennalar orasidagi masofa faqatgina Erning o‘lchamlari bilan chegaralangan. VLBI amalda ishlayotgan, bitta manbaga qaratilgan antennalardan foydalanadi (ko‘p hollarda ular har hil kontinentlarda joylashgan bo‘lishi mumkin). Bu holda signal atom soatlari beradigan o‘ta aniq vaqtni o‘lchovchi signallar bilan yoziladi. Ma’lumotlar fayllari bir biri biiga moslashtirilgan, natijada oddiy aperturani sintezlovchi teleskoplarda olingan natijalarga o‘xshash xaritalar qo‘lga kiritiladi. VLBI usulida 0.0001” ga teng ajratib olishga erishish mumkin. Bundan tashqari, interferometriya teleskoplar orasidagi masofaga juda sezgir bo‘lganligi sababli, VLBI usuli masofalarni o‘lchashda eng aniq usullardan birini beradi. Xozirgi kunda kontinentlar aro baza chizig‘i masshtabidagi masofalarni bir necha santimetrik xatolik bilan o‘lchash mumkin. Bu kontinentlar siljishi va qutb xarakatini vaqtga bog‘liq funksiya sifatida o‘rganishga mo‘ljallangan VLBIning geodezik eksperimentlarida ishlatiladi.

Radioastronomiyada ham alohida antennalarning maksimal o‘lchamlariga erishib bo‘lindi. Bu erdagi asosiy yo‘nalish bu Nyu-Meksikodagi VLA teleskopiga o‘hshash teleskoplarni yaratishdir. 1990-yillarda AQSh butun kontinentni kesib o‘tadigan antennalar ketma-ketligini yaratgan, Avstraliyaliklar ham shunday qurilmani yaratishdi, faqat u mamlakatni shimol-janub yo‘nalishda kesib o‘tadi.

Submillimetr sohasida olib boriladigan kuzatuvlar kundan kunga ko‘payib bormoqda. Atmosferadagi suv bug‘larining ta’siri effekti qisqa to‘lqinlarda muhim bo‘lib qoladi; shuning uchun submillimetr teleskoplari, optik teleskoplar singari, tog‘ cho‘qqilarida joylashgan bo‘lishi kerak. Ko‘zguning barcha qismlari berilgan shakilni aniq saqlab borish maqsadida, yangi optik teleskoplarga o‘xshab, faol kontrol qilinishi kerak. Xozirgi kunda submillimetr teleskoplarning bir nechtasi qurilmoqda.