Радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (РСДБ, англ. Very Long Baseline Interferometry, VLBI) — вид интерферометрии, используемый в радиоастрономии, при котором приёмные элементы интерферометра (телескопы) располагаются не ближе, чем на континентальных расстояниях друг от друга. При этом управление элементами РСДБ интерферометра производится независимо, без непосредственной коммутационной линии связи, в отличие от обычного радиоинтерферометра. Запись данных осуществляется на носители информации с последующей корреляционной обработкой на специализированном вычислительном оборудовании[1] — корреляторе.
Метод РСДБ позволяет объединять наблюдения, совершаемые несколькими телескопами, и тем самым имитировать телескоп, размеры которого равны максимальному расстоянию между исходными телескопами. Угловое разрешение РСДБ в десятки тысяч раз превышает разрешающую силу лучших оптических инструментов.
Состоит из радиотелескопов А и В (рис. 1.5), установленных на расстоянии D — базы интерферометра. Радиотелескопы синхронно принимают в сантиметровом диапазоне излучения одного и того же квазара К — внегалактического радиоисточника. Обработка записанных радиосигналов позволяет определить временную задержку моментов τ прихода фронта радиоволны к радиотелескопу А относительно В, а также частоту интерференции ƒ. Разность расстояний от радиотелескопов до квазара на момент наблюдения Δs = τΔ, где υ — скорость распространения радиоволн.
Рис 1.5. Схема измерения методом длиннобазисной интерферометрии
В результате совместной обработки многочисленных значений τ и ƒ находят: разности геоцентрических координат концов базы радиоинтерферометра, по которым определяют длину D и угол Ө, координаты радиоисточника и полюса Земли; мгновенную скорость вращения Земли; элементы прецессии и нутации; истинное гринвичское время моментов определения τ и ƒ другие параметры.
Метод РСДБ позволяет определять базы длиной в несколько тысяч километров с ошибкой в 1-3 см, направление баз 0,001", координаты полюса Земли — 3-5 см, координаты наблюдаемых квазаров — 0,001". С такой же точностью определяют вариации суточного вращения Земли, параметры прецессии и нутации.
Для метода РСДБ необходимы радиотелескопы с антеннами диаметром 20-60 м, принимающие излучение в сантиметровом диапазоне, атомные генераторы частоты со стабильностью 10-13-10-14, видеомагнитофоны для записи информации объемом порядка 109 единиц, каталоги квазаров с угловыми размерами не более 0,001", машинное и математическое обеспечение. При уменьшении длины баз до нескольких сот километров возможно использование передвижных радиотелескопов с антеннами 3,3-5,0 м, работаюших в паре с большими 60-метровыми радиотелескопами.
Классический радиоинтерферометр строится по принципу объединения двух или более полноповоротных антенн, с идентичными приемными устройствами и линиями связи, обеспечивающими сохранение когерентности принимаемых в разных пунктах сигналов при их передаче в центр корреляционной обработки. Самый крупный радиоинтерферометр такого типа - MERLIN,который расположен в Англии, имеет максимальную длину базы 217 км, объединяет 6 антенн диаметром от 25 м до 76 м, работает в диапазоне частот от 151 МГц до 24 ГГц и обеспечивает угловое разрешение от 0,01” до 1” в зависимости от используемого диапазона.
Дальнейшее увеличение разрешающей способности радиоастрономических систем возможно только за счет использования метода радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами – РСДБ.
Основные принципы РСДБ заключаются в следующем. Космические объекты или явления наблюдаются по единой программе одновременно на нескольких радиотелескопах (антеннах), расположенных на расстояниях от нескольких десятков до многих тысяч километров друг от друга. Радиосигналы от объектов когерентно принимаются в заданном диапазоне частот высокочувствительными радиоприемниками, преобразуются на промежуточную частоту, затем требуемая полоса частот вырезается видеоконверторами в зависимости от спектра принимаемого радиосигнала, оцифровывается и записывается на магнитную ленту, видеокассеты, жесткие диски вместе со шкалой времени пункт (в настоящее время претворяются в жизнь планы перевода национальных и международных РСДБ-сетей на работу в квази-реальном времени с передачей РСДБ-данных в центр обработки по оптическому кабелю). Все частотные преобразования приемного тракта на радиотелескопах привязываются к опорному водородному стандарту частоты. Шкала времени ведется также от водородного стандарта и синхронизируется по сигналам системы GPS или телевизионным сигналам. Информация о текущих параметрах радиотелескопа, шумовой температуре системы и всех событиях по ходу эксперимента оформляется в виде лог-файлов. Записанные магнитные носители и лог-файлы пересылаются в центры корреляционной обработки, где воспроизводятся и взаимно коррелируются на спецпроцессорах (корреляторах), после чего вторичная обработка позволяет извлечь различную информацию в зависимости от поставленной задачи. Таким образом, для проведения РСДБ-наблюдений необходимо иметь несколько радиотелескопов, оснащенной однотипными радиоприемниками и системами регистрации, и центр корреляционной обработки.
Группа радиотелескопов, объединенных обычно по территориальному признаку и оснащенных однотипной аппаратурой, вместе с коррелятором называется РСДБ-сетью. Наиболее известные РСДБ-сети:
американская VLBA с коррелятором в Сокорро (США),
европейская EVN с коррелятором в Двингелоо (Голландия),
австралийская LBA с коррелятором в Сиднее (Австралия),
международная геодезическая IVS с коррелятором в Вашингтоне (США),
многочисленные японские проекты – VERA, KSP и т.д.
навигационная DSN с коррелятором в Пасадене (США).
При проведении РСДБ-исследований на радиотелескопе используется следующий комплекс РСДБ-аппаратуры:
- радиоприемники
- видеконвертеры
- система регистрации РСДБ-данных
- комплекс контрольно-измерительной аппаратуры
- водородный стандарт частоты
- система частоты и времени
- метеостанция.
Кроме того, для проведения радиоастрономических исследований в режиме одиночного радиотелескопа каждая РСДБ-антенна оснащена:
- многоканальным радиометром
- комплексом пульсарного тайминга
- спектроанализатором для исследований мазерного излучения.