Very Long Baseline Interferometry, eller VLBI, forbinder bredt adskilte radioteleskoper for at give astronomer mulighed for at se universet mere detaljeret end nogensinde.
Very Long Baseline Interferometry, eller VLBI, er en kraftfuld teknik inden for radioastronomi. Ved at forbinde vidt adskilte radioteleskoper giver VLBI astronomer mulighed for at se universet mere detaljeret end nogensinde. Med radioskåle, der faktisk er lige så store som hele lande, kan vi kigge ind i hjertet af sorte huller, kortlægge overfladerne til stjerner og endda spore kontinentets drift lige her hjemme.
Radioskålen på 70 meter fra Goldstone bruges undertiden til VLBI-observationer. Kredit: NASA / JPL
En af tingene, der begrænser, hvor meget detaljer du kan se gennem et teleskop, er størrelsen på det primære spejl (eller i et brydende teleskop, størrelsen på objektivlinsen). Det samme er tilfældet med radioteleskoper, kun i stedet for et spejl, bruger de store metalplader til at fokusere radiobølger fra det dybe rum. Jo større spejl, linse eller antenne er, desto mere detaljer kan du se. Dette er en af grundene til, at astronomer for evigt er i et løb om at bygge større og større teleskoper.
Diameteren på det vigtige spejl begrænser det, du kan se. Nogle gange, når jeg sætter et teleskop op på et fortov og peger det mod månen, spørger forbipasserende, om de kan se Apollo-landerne. Når jeg påpeger, at nej, vi ville have brug for et meget større teleskop for at gøre det, de spørger ofte, om noget som Hubble-rumteleskopet kunne gøre det. Det er kraftfuldt nok, ikke?
Sandheden er, at der ikke er noget teleskop overalt på Jorden, der kan afbilde månemodulerne, der sidder på månens overflade. For at gøre det, har du brug for et teleskop med et spejl omkring 60 meter (200 fod) på tværs! Det er bare lidt mindre end en 747. Hubble har på den anden side et spejl, der kun er 2,4 meter i diameter. De største teleskoper på planeten har 10 meters spejle.
Så klart er større teleskoper bedre. Og der er teleskoper i værkerne med spejle, der er imponerende 30 meter på tværs. Men på et tidspunkt bliver det upraktisk. Det er her videnskaben om interferometri kan hjælpe!
Hvis du placerer to teleskoper 100 meter fra hinanden og kombinerer deres lys, kan du se den samme mængde detaljer som et enkelt 100 meter bredt teleskop! To teleskoper, der arbejder i tandem som dette, kaldes et "interferometer" - de bruger interferensen af lysbølger fra de to teleskoper for at opdage udsøgt fin detalje.
De to 10-meters Keck-teleskoper kan bruges som et 85-meter optisk / infrarødt interferometer. Kredit: NASA / JPL
Ved optisk eller infrarødt lys skal teleskopene i et interferometer fysisk forbindes gennem en række rør, der kaldes ”forsinkelseslinjer”. Ved hjælp af radioteleskoper tillader astronomer imidlertid at registrere signalerne fra antennerne og derefter kombinere lyset i computere på et senere tidspunkt. Dette giver en enorm fordel: der er ingen grænse for afstanden mellem teleskopene!
VLBI kan kombinere lyset fra radioteleskoper placeret på modsatte sider af verden. Et af de største systemer er den passende navngivne Very Long Baseline Array (VLBA). Ti teleskoper - der strækker sig fra Hawai’i til Jomfruøerne - arbejder alle sammen for at skabe et radioteleskop, der er mere end halvdelen af Jordens størrelse! Når alle ti teleskoper samles, styres de til det samme fjerne objekt, kombinerer dataene i magtfulde computere ved hjælp af fænomenalt præcise atomur og ser kosmos mere detaljeret end nogensinde før.
Very Long Baseline Array (VLBA) består af ti radioteleskoper spredt over den vestlige halvkugle og fungerer som et enkelt instrument.Kredit: NRAO / AUI, med Earth image med tilladelse fra SeaWiFS Project NASA / GSFC og ORBIMAGE
Da teleskoperne ikke behøver at være fysisk tilsluttet, er himlen virkelig grænsen med hensyn til teleskopplacering. Forestil dig at placere en i kredsløb omkring Jorden! Eller lancerer en flotilla af radioteleskoper i rummet for at arbejde som et enkelt interferometer flere gange større end vores planet. Og hvis du virkelig vil drømme stort, hvorfor ikke placere nogle teleskoper på Jorden, mens du placerer andre på fjernsiden af Månen? Du ville så have et kvart million kilometer bredt radioteleskop! En sådan opsætnings løsningsstyrke ville være ækvivalent med at stå i Los Angeles og læse en avis placeret i Washington, D.C.
VLBI er et alsidigt værktøj. Teknikkerne, der tillader det at spore gasbevægelser i fjerne galaktiske klynger, kan også bruges til at registrere bevægelserne på vores egen planet. Hvis to teleskoper på modsatte sider af et kontinent begge peger på den samme fjerne kvasar, for eksempel, vil lyset fra kvasaren nå det ene teleskop, før det når det andet. Med præcise ure kan du bruge den tidsforsinkelse til nøjagtigt at måle afstanden mellem teleskopene. Gør det gentagne gange, og du kan overvåge, hvordan denne afstand ændres over tid. Bemærkelsesværdigt kan geologer bruge radiosignaler fra kvasarer milliarder af lysår væk for at se den langsomme drift af tektoniske plader!
VLBA-billede af en jet, der stammer fra kernen i M87-galaksen, 50 millioner lysår fra Jorden. Strålen, drevet af et supermassivt sort hul i det galaktiske centrum, er 5000 lysår. Gassen i jet jet bevæger sig næsten med lysets hastighed. Kredit: NRAO / AUI og Y. Y. Kovalev, MPIfR og ASC Lebedev.
Very Long Baseline Interferometry - VLBI - er et fænomenalt komplekst, men kraftfuldt værktøj. Ved at forbinde radioteleskoper fra hele verden kan astronomer se universet i en hidtil uset detalje. VLBI-netværk har undersøgt eksploderende stjerner og kraftfulde gasstråler drevet af supermassive sorte huller i hjertene af galakser. Og den samme teknologi lader os skrælle den indre struktur af vores planet ud og bestemme vores orientering i rummet.
Hvad vil den næste generation af stadig større VLBI-netværk afsløre om det fjerne univers eller endda jorden under vores fødder?