Ի՞նչ է ինտերֆերոմետրիան աստղագիտության մեջ։
Ինտերֆերոմետրիան ֆիզիկայում և աստղագիտությունում օգտագործվող տեխնիկա է, որը չափում է էլեկտրամագնիսական ալիքները՝ համատեղելով երկու կամ ավելի ալիքային ազդանշաններ: Աստղագիտության համատեքստում ինտերֆերոմետրիան հաճախ կիրառվում է բնական երևույթները շատ ավելի մանրամասն ուսումնասիրելու համար, քան մեկ աստղադիտակի միջոցով ուղղակի դիտարկումը: Այս հոդվածը կբացատրի ինտերֆերոմետրիայի հիմունքները, աստղագիտության մեջ դրա կիրառման պատմությունը, դրա հիմքում ընկած տեխնոլոգիան, ինչպես նաև այս տեխնիկայի միջոցով ստացված գիտական արդյունքներն ու կիրառությունները:
Ինտերֆերոմետրիայի հասկացողությունը և հիմնական սկզբունքները
Ինտերֆերոմետրիան չափման մեթոդ է, որը ներառում է ալիքների, սովորաբար լուսային ազդանշանների կամ ռադիոալիքների, վերադրումը՝ ինտերֆերենցիայի պատկեր ստեղծելու համար: Այնուհետև այս պատկերը վերլուծվում է՝ ալիքի հատկությունների, ինչպիսիք են ալիքի երկարությունը, փուլը կամ ինտենսիվությունը, մասին տեղեկատվություն ստանալու համար: Այս տեխնիկան հիմնված է ինտերֆերենցիայի հիմնարար սկզբունքի վրա, որը մի երևույթ է, որը տեղի է ունենում, երբ երկու կամ ավելի ալիքներ հանդիպում և փոխազդում են միմյանց հետ:
Օպտիկական ինտերֆերոմետրիայում երկու կոհերենտ փնջեր (համապատասխան փուլերով փնջեր) միացվում են՝ ինտերֆերենցիայի պատկեր ստեղծելու համար: Այս պատկերն ունի փխրուն (ծալովի) կառուցվածք, որը կարող է վերլուծվել՝ ալիքների որոշակի պարամետրեր չափելու համար: Օրինակ, ալիքի երկարության կամ աղբյուրի դիրքի փոքր փոփոխությունները կարող են հայտնաբերվել շատ բարձր ճշգրտությամբ՝ օգտագործելով այս տեխնիկան:
Ռադիոինտերֆերոմետրիայում երկնային մարմիններից ռադիոալիքներ ընդունելու համար օգտագործվում են առանձին անտենաներ: Յուրաքանչյուր անտենայով ստացված ազդանշանները այնուհետև համակցվում են ինտերֆերենցիայի սկզբունքով՝ օբյեկտի ավելի պարզ և մանրամասն պատկեր ստանալու համար:
Ինտերֆերոմետրիայի պատմությունը աստղագիտության մեջ
Ինտերֆերոմետրիայի տեխնիկան աստղագիտության մեջ առաջին անգամ օգտագործվել է Ալբերտ Ա. Միշելսոնի կողմից 20-րդ դարի սկզբին: Միշելսոնը ինտերֆերոմետր էր օգտագործում աստղերի տրամագծերը չափելու համար՝ աստղերի ինտերֆերենցիալ ֆրանկիների միջև եղած կապը ստանալու միջոցով: Այս մեթոդը հայտնի է որպես Միշելսոնի ինտերֆերոմետրիա և դարձել է այսօր օգտագործվող բազմաթիվ ինտերֆերոմետրիկ տեխնիկաների հիմքը:
20-րդ դարի կեսերին ռադարային և ռադիոտեխնոլոգիաների առաջընթացը նույնպես խթանեց ինտերֆերոմետրիայի օգտագործումը ռադիոաստղագիտության մեջ: Նյու Մեքսիկոյի Very Large Array (VLA) աստղադիտակի և Կարլ Գ. Յանսկիի Very Large Array ինտերֆերոմետրի նման աստղադիտակները մեծ դեր են խաղացել ռադիոհաճախականության տիրույթում տիեզերքի ուսումնասիրության գործում: Այս աստղադիտակները բաղկացած են բազմաթիվ առանձին անտենաներից, որոնք միասին աշխատում են որպես հսկա ինտերֆերոմետր՝ աստղագիտական օբյեկտներից եկող ռադիոազդանշանները շատ բարձր լուծաչափով չափելու համար:
Ինտերֆերոմետրիայի տեխնոլոգիան
Աստղագիտության մեջ ինտերֆերոմետրիան պահանջում է բարդ տեխնոլոգիա և արտակարգ ճշգրտություն: Աստղագիտական ինտերֆերոմետրիայի հիմնական բաղադրիչներից են անտենաները կամ աստղադիտակները, էլեկտրոնային դետեկտորները, համակարգիչները և տվյալների մշակման ծրագրերը:
1. Անտենա կամ հեռադիտակ
Ռադիոինտերֆերոմետրիայում աստղագիտական օբյեկտներից ազդանշաններ ստանալու համար անհրաժեշտ են առանձին անտենային զանգվածներ: Որքան շատ անտենաներ օգտագործվեն, այնքան բարձր լուծաչափ կարող է հասնել ինտերֆերոմետրը: Օպտիկական ինտերֆերոմետրիայի համատեքստում աստղադիտակները տեղադրվում են ճշգրիտ հաշվարկված հեռավորությունների վրա՝ ապահովելու համար, որ յուրաքանչյուր աստղադիտակից ստացված ճառագայթները ճիշտ համակցվեն՝ ինտերֆերենցիայի պատկեր ստեղծելու համար:
2. Էլեկտրոնային դետեկտոր
Էլեկտրամագնիսական ազդանշանը ստանալուց հետո անտենան կամ աստղադիտակը այն փոխանցում է էլեկտրոնային դետեկտորին։ Այս սարքը էլեկտրամագնիսական ազդանշանը վերածում է էլեկտրոնային տվյալների, որոնք կարող են հետագայում վերլուծվել։
3. Համակարգիչներ և ծրագրային ապահովում
Էլեկտրոնային դետեկտորների կողմից ստեղծված տվյալները այնուհետև ուղարկվում են համակարգչին մշակման համար: Այս գործընթացը ներառում է Ֆուրիեի ձևափոխություններ և այլ ազդանշանների մշակման տեխնիկաներ՝ դիտարկվող օբյեկտի պատկերներ կամ սպեկտրալ տեղեկատվություն ստեղծելու համար: Բարդ տվյալների վերլուծություն կատարելու և աստղագիտական օբյեկտների բարձր թույլտվությամբ պատկերներ կամ սպեկտրներ ստեղծելու համար անհրաժեշտ է մասնագիտացված ծրագրակազմ:
Ինտերֆերոմետրիայի գիտական կիրառությունները
Ինտերֆերոմետրիան դարձել է աստղագետների համար հզոր գործիք՝ տիեզերքում առկա երևույթների լայն շրջանակ ուսումնասիրելու համար: Ահա այս տեխնիկայի գիտական կիրառություններից մի քանիսը.
1. Աստղերի տրամագծի չափումը
Ինտերֆերոմետրիան թույլ է տալիս աներևակայելիորեն ճշգրիտ չափումներ կատարել աստղի տրամագծի վերաբերյալ։ Աստղի տրամագիծը իմանալը թույլ է տալիս աստղագետներին ավելին իմանալ դրա էվոլյուցիայի և ֆիզիկական հատկությունների մասին։
2. Արեգակնային համակարգի օբյեկտների քարտեզագրում
Ինտերֆերոմետրիկ մեթոդները օգտագործվել են մոլորակների, արբանյակների և աստերոիդների մակերևույթները քարտեզագրելու համար՝ ավանդական դիտարկման մեթոդներից շատ ավելի բարձր լուծաչափով: Օրինակ, ռադիոինտերֆերոմետրիան հնարավորություն է տվել մանրամասն դիտարկումներ կատարել Մարսի մակերևույթի և արտաքին Արեգակնային համակարգի արբանյակների վերաբերյալ:
3. Արեգակնային էքստրամոլորակների հայտնաբերում
Ինտերֆերոմետրիայի ամենահետաքրքիր կիրառություններից մեկը մեր Արեգակնային համակարգից դուրս գտնվող մոլորակների հայտնաբերումն է: Աստղերի ինտերֆերենցիալ օրինաչափությունները դիտարկելով՝ գիտնականները կարող են հայտնաբերել դրանց շուրջ պտտվող մոլորակների առկայությունը, նույնիսկ երբ դրանք ուղղակիորեն տեսանելի չեն:
4. Միջաստղային նյութի ուսումնասիրություն
Ինտերֆերոմետրիան օգտագործվում է նաև միջաստղային նյութը, ինչպիսիք են աստղերի միջև գոյություն ունեցող գազի և փոշու ամպերը, ուսումնասիրելու համար: Այս տեխնիկան օգտագործելով՝ աստղագետները կարող են մանրամասնորեն քարտեզագրել գազի և փոշու բաշխումը, ինչը ավելի խորը պատկերացում է տալիս աստղերի և մոլորակների ձևավորման գործընթացների մասին:
5. Գրավիտացիոն ալիքների աղբյուրների դիտարկում
LIGO-ի (Լազերային Ինտերֆերոմետրիկ Գրավիտացիոն Ալիքների Դիտարան) նման ինտերֆերոմետրիկ տեխնոլոգիաները հնարավորություն են տվել հայտնաբերել գրավիտացիոն ալիքներ, որոնք ժամանակի տարածության մեջ ալիքներ են, որոնք առաջանում են սև խոռոչների կամ նեյտրոնային աստղերի միաձուլման նման զանգվածային տիեզերական իրադարձություններից: Սա բացում է նոր հնարավորություններ՝ հասկանալու այն երևույթները, որոնք նախկինում այլ միջոցներով չէին հայտնաբերվել:
Ինտերֆերոմետրիայի մարտահրավերներն ու ապագան
Թեև ինտերֆերոմետրիան առաջարկում է բազմաթիվ առավելություններ, այն նաև մարտահրավերներ է ներկայացնում։ Դրանցից մեկը տարբեր անտենաներից կամ աստղադիտակներից եկող ազդանշանների համաժամեցումն է, հատկապես, եթե դրանք մեծ հեռավորություններով են իրարից բաժանված։ Համակարգչային տեխնոլոգիաների և տվյալների մշակման տեխնիկայի առաջընթացը օգնել է հաղթահարել այս խնդիրը, սակայն դեռևս անհրաժեշտ է բարձր ճշգրտություն։
Ինտերֆերոմետրիայի ապագան աստղագիտության մեջ շատ խոստումնալից է: «Իրադարձությունների հորիզոն» (EHT) նման նախագծերը ցույց են տվել ինտերֆերոմետրիայի կարողությունը սև խոռոչները պատկերելու արտակարգ լուծաչափով: Ավելին, տիեզերական ինտերֆերոմետրերի, ինչպիսին է «Լազերային ինտերֆերոմետրի տիեզերական անտենան» (LISA), մշակումը, ինչպես սպասվում է, կհարթի ճանապարհը գրավիտացիոն ալիքների աղբյուրները Երկրի վրա հնարավորից ավելի բարձր զգայունությամբ հայտնաբերելու համար:
Եզրակացություն
Ինտերֆերոմետրիան ժամանակակից աստղագիտության մեջ օգտագործվող ամենաառաջադեմ մեթոդներից մեկն է: Միավորելով բազմաթիվ աղբյուրներից ստացված ազդանշանները՝ ինտերֆերոմետրիան թույլ է տալիս աստղագետներին ուսումնասիրել տիեզերքը աննախադեպ մանրամասնությամբ: Այս տեխնոլոգիայի միջոցով մենք կարող ենք չափել աստղերի տրամագծերը, քարտեզագրել մոլորակների մակերևույթները, հայտնաբերել էկզոմոլորակներ և նույնիսկ դիտարկել գրավիտացիոն ալիքներ: Չնայած կան բազմաթիվ մարտահրավերներ, որոնք պետք է հաղթահարել, ինտերֆերոմետրիայի ապագան շատ լուսավոր է թվում՝ մեզ սպասվում են բազմաթիվ գիտական հայտնագործություններ:
