Interferometrie ist immer in den Nachrichten, und bei Radiofrequenzen schon lange...
Die populäre Presse spricht immer davon, zwei eintreffende Wellen direkt zu „interferieren“, aber können sie die genaue Phase einer einzelnen Welle angeben?
Tun das nicht das Event Horizon Telescope und das neue LOHAR, indem sie die Phasen der ankommenden Radiowellen „aufzeichnen“ und sie später mit spezieller Software vergleichen und gegenüberstellen?
PS: Wenn die Amplitude einer Welle am größten ist, bedeutet das, dass die „Stärke“ (Kraft oder Energie) der Welle am größten ist, richtig? Als Maß in eV oder Joule (Energie) oder Watt (Leistung)? Können Detektoren auf diese Weise also die Amplitude(n) und damit die Phase(n) erkennen und aufzeichnen?
Und wenn Sie die Zeit kennen, die zwischen Energiemaxima vergeht, können Sie auf diese Weise auch die Frequenz/Wellenlänge kennen? ...
Gibt es auch eine unabhängige Möglichkeit, die Richtung der E-Feldlinien zu ermitteln? Zu wissen, ob die Amplitude der Welle in diesem Moment „über“ oder „unter“ der sprichwörtlichen Linie liegt? Sie wissen also, ob Sie konstruktive oder destruktive Interferenz erhalten, wenn eine andere Welle derselben Frequenz, ebenfalls mit maximaler Amplitude, ihre Wege kreuzt?
PPS: Wenn eine einzelne, extrem kurze Welle oder ein Burst einen Detektor mit minimaler Amplitude passiert, könnte der Detektor dies nicht erkennen?
Wie genau erkennen (und zeichnen) Radioastronomen die Phasen von Wellen für die Interferometrie auf?
Die populäre Presse spricht immer davon, zwei eintreffende Wellen direkt zu „interferieren“, aber können sie die genaue Phase einer einzelnen Welle angeben?
tl;dr: Das ist eine gute Frage. Es gibt keine "genaue Phase einer einzelnen Welle", es ist nur die Phasendifferenz zwischen Wellen, die bei interferometrischen Beobachtungen eine wirkliche Bedeutung hat.
"Phase" ist ein Wort, das wir ständig in allen Formen der Interferometrie hören, sowie in der Funktechnik, Elektrotechnik, Tontechnik, Signaltechnik und -verarbeitung, der Boulevardpresse und sogar in der Science-Fiction.
Voltmeter haben zwei Sonden, nicht eine. Es gibt kein absolutes Potential (gravitativ, elektrisch usw.), es gibt nur Potentialunterschiede . Der angezeigte Messwert ist das elektrische Potenzial der „+“-Sonde minus dem Potenzial der „-“-Sonde.
Genauso ist es, wenn man über die Phase einer Welle spricht.
Wenn es beim Auftreffen auf die Antenne beispielsweise eine Frequenz von ~ 1 GHz ist, ändert sich die Phase jede Nanosekunde um volle 360 °. Wenn Sie diese Welle 10 Mal pro Nanosekunde verstärken und dann digitalisieren, sehen Sie technisch gesehen, dass sich die Phase zwischen den Digitalisierungen um ~ 36 ° ändert.
Aber das wird Ihnen nichts sagen, Sie wissen bereits, dass es ~ 1 GHz ist, also erwarten Sie das.
Sie könnten jedoch zwei Signale gleichzeitig digitalisieren, Ihr ~1-GHz-Signal und einen ultrastabilen 1-GHz-Oszillator, der eine Atomuhr als Referenz verwendet.
Wenn Ihr Signal nun beispielsweise 1,000001 GHz beträgt und Sie die Phasen der beiden Signale vergleichen, sehen Sie, dass die Phasendifferenz jede Millisekunde um 360 ° zunimmt *.
Aber das ist einfacher, indem man die beiden Signale auf nichtlineare Weise mischt und auf die 1-kHz-Schwebung zwischen den beiden achtet. (So funktionieren AM- und Kurzwellenradio).
Interferometer nehmen im Allgemeinen zwei oder mehr Proben eines Signals und interferieren sie und betrachten nur die Phasendifferenzen.
Bei den ursprünglichen astronomischen Interferometrie-Experimenten (sowohl Radio- als auch optische) wurde das Licht von zwei nahe gelegenen Kollektoren gesammelt und dann in der Mitte zusammengeführt, wo sie interferiert wurden, so dass die Phasendifferenz zwischen den beiden gemessen wurde.
In großen modernen Arrays wie VLA, ALMA oder LOHAR werden die Signale vieler Empfänger zunächst einzeln digitalisiert, dann in einem großen Raum voller Elektronik (meist Spezialcomputer) zusammengeführt und von einem Computerprogramm mathematisch interferiert. Diese großen Maschinen werden Korrelatoren genannt.
Bei ALMA werden beispielsweise die Signale von jeder Schüssel über eine Glasfaserverbindung zum Korrelator gebracht.
Aber sie tun dies nicht bei der Signalfrequenz, die bis zu 1 THz betragen kann, weil das unglaublich schwer zu digitalisieren ist. Sie verschieben es zuerst auf eine niedrigere Frequenz in der Größenordnung von einigen GHz und digitalisieren diese dann.
Sie verteilen eine stabile lokale Oszillatorfrequenz (LO) zur Abwärtswandlung auch per Glasfaser, um die Phasenstabilität zu bewahren.
Beim Event Horizon Telescope oder EHT sind die Gerichte über die ganze Erde verteilt. Sie können sie nicht mit Glasfaserverbindungen mit ausreichender Bandbreite, Zuverlässigkeit und Kontinuität verbinden, also zeichnen sie stattdessen die Phasendifferenz zwischen dem eingehenden Signal und einem lokalen Oszillator auf, der mit einer lokalen Atomuhr verbunden ist und etwas Hilfe von GPS erhält.
Das ist nicht stabil genug, also nehmen sie gleichzeitig auch Signale von einem anderen starken, bekannten Funkobjekt auf und binden dieses in den Datenfeed ein.
Es wird alles auf lokalen Festplatten aufgezeichnet, die zu einem zentralen Ort zurückgeflogen werden, wo wiederum die Interferometrie in Software durchgeführt wird.
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