Welche Techniken werden verwendet, um per Antenne empfangene Funksignale in Bilder umzuwandeln?

Mir fallen mindestens vier sehr unterschiedliche Arten ein, wie "Astronomen von ihrer Antenne empfangene Funksignale in Bilder umwandeln".

1. Scannen

Dies ist die älteste und am einfachsten zu verstehende Art, sich ein Bild zu machen. Die Antwort auf die Frage Wie erzeugten Radioteleskope mit einer einzigen Schüssel (oder einem einzelnen Empfänger) ursprünglich Bilder? fasst es kurz zusammen:

Sie scannen das Objekt, wenn Sie die Schüssel auf einen Punkt am Himmel richten, während die Erde die Schüssel über astronomische Objekte scannt, dann bewegen Sie die Schüssel, um auf eine etwas andere Position zu zeigen, und lassen sie wieder und wieder über das Objekt scannen. Nach einer Weile kann man aus den Scanzeilen ähnlich wie beim analogen Fernsehen ein Bild rekonstruieren.

Hier ist eine frühe 1D-Projektion des Scannens der Ebene unserer Milchstraße aus dem galaktischen System als Spiralnebel Oort, JH; Kerr, FJ; Westerhout, G. MNRAS 118, (1958) p. 379. Dieses Bild ist zur besseren Klarheit umgekehrt.

Weitere Informationen finden Sie unter Antwort(en) auf Warum die leeren Keile in dieser sehr frühen 21-cm-Karte der Milchstraße? (Oort et al. 1958)

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2. Interferometrie (heute gebräuchlichste Technik)

Wenn Sie eine eingehende Wellenfront von zwei oder mehr verschiedenen Orten empfangen, was in diesem Fall zwei oder mehr Antennen bedeutet, können Sie mathematisch ein Bild rekonstruieren. Dies wird als interferometrische Bildgebung bezeichnet und wird heutzutage durchgeführt, indem die Signale von jeder Antenne einem großen, schnellen Computer zugeführt werden, der als Korrelator bekannt ist. In den frühen Tagen der interferometrischen Bildgebung wurde die Interferenz jedoch tatsächlich elektronisch durchgeführt, wobei verstärkte Signale von jeder Antenne in einem Mischer und anderer Elektronik kombiniert wurden.

Tatsächlich verwendete eine der frühesten Techniken der Funkinterferometrie eine einzelne Antenne, die sowohl ein direktes Signal von der Quelle als auch ein Signal aufnahm, das einen längeren Weg zurücklegte, indem es von Wasser reflektiert wurde! Dies wird Seeinterferometrie genannt und in diesem Fall fungiert das Wasser als Lloyd's Mirror . Dies ist nur eine eindimensionale Abbildung.

Lesen Sie mehr darüber in Radio Astronomy at Dover Heights sowie in der Arbeit Galactic Radiation at Radio Requencies V. The Sea Interferometer JG Bolton and OB Slee, Australian Journal of Physics, vol. 6, S. 420, Dezember 1953.

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oben: Sehr großes Array ( Quelle )

Möglicherweise haben Sie kürzlich Bilder von (Material um) ein Schwarzes Loch gesehen. In diesem Fall wurden die Signale von jeder Antenne auf Festplatten aufgezeichnet, die dann an einen zentralen Ort versandt wurden, bevor sie in einen Computerkorrelator eingegeben wurden, aber mathematisch gesehen ist es derselbe Prozess. Siehe Antwort(en) auf Wie implementiert das Event Horizon Telescope die Interferometrie?

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3. Direkte Abbildung unter Verwendung von Focal-Plane-Arrays

Die Frage Was ist das Focal-Plane-Array mit der höchsten Körnigkeit bei einem Parabolantennen-Radioteleskop? Oder ist das der EINZIGE? zeigt das erste Bild unten des Parkes 21cm Multibeam Receiver und scheint 1997 datiert zu sein. In dieser Antwort wird auf das erste Bild mit Apertif verlinkt: ein neues Leben für das Westerbork-Radioteleskop , das im zweiten Bild gezeigt wird.

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4. Delay-Doppler-Radar

Das ist die coolste Methode! Es basiert auf Radar, was bedeutet, dass Astronomen von einer Schüssel aus ein sorgfältig moduliertes Funksignal auf einen Planeten oder Asteroiden richten und den reflektierten Strahl in einer separaten Schüssel empfangen. Diese Art von Radar wird Verzögerungsdoppler genannt, weil es zwei Arten von Informationen aus dem zurückgesendeten Signal extrahiert, die Gesamtverzögerungszeit, die Entfernungen angibt, und die Dopplerverschiebung, die durch die Geschwindigkeit der reflektierenden Oberfläche verursacht wird.

Wenn sich der Körper dreht, bewegen sich je nach Standort verschiedene Bereiche auf uns zu oder von uns weg, und je nach Standort sind verschiedene Teile näher oder weiter von uns entfernt. Wenn sie über einen ausreichend langen Zeitraum genügend Signale empfangen, können sie ein hypothetisches Bild der Form des Objekts rekonstruieren.

Weitere Informationen zu dieser Technik finden Sie in Emily Lakdawalla, Senior Editor und Planetary Evangelist der Planetary Society, How radioteleskope erhalten "Bilder" von Asteroiden und diese Antwort .

Links: Eine sehr langsame GIF- Quelle .

Rechts: Ein Radarbild zeigt den Asteroiden 3122 Florence und winzige Echos seiner beiden Monde. Hier ist eine Animation , die sie deutlicher zeigt. Die Richtung der Radarbeleuchtung (und damit die Richtung zur Erde) ist oben." Von hier aus . NASA / Jet Propulsion Laboratory. Dies ist eine kleine Teilmenge der Frames, die im ursprünglichen 36-MB-GIF enthalten sind, und die Größe wurde um den Faktor 2 verringert, um in die 2-MB-Grenze von SE zu passen Aus der Frage Was ist die physikalische Geometrie dieser scheinbaren "Eklipse" eines winzigen Mondes des Asteroiden Florence?

Hinweis: Diese beiden Bilder müssen nicht unbedingt die gleiche Ausrichtung haben.