望遠鏡與觀測天文學
干涉測量
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造一台一公里寬的單體望遠鏡是不可能的。但如果你能把幾台較小的望遠鏡鋪開在一公里範圍內,讓它們如同一台來工作呢?干涉測量正是這個訣竅——把分隔開的望遠鏡捕獲的光或電波合併起來,使陣列獲得寬如它們之間間距的單台儀器的銳度。
這個方法利用了光的波動本性。當來自兩台望遠鏡的信號匯合,它們的波會發生干涉——波峰對齊處相加,波峰遇波谷處抵消。這種干涉圖樣編碼了關於源的、比任何一面碟單獨所能分辨的遠為精細的細節。有了處於許多間距的多台望遠鏡,加上地球自轉掃過它們的視角,電腦便能「合成」出一幅影像,其解析度由最長的間距(稱為基線)決定,而非由任何一面碟的大小決定——這種技術稱為綜合孔徑。
干涉測量買到的是解析度,而非聚光力:陣列銳如其全幅,靈敏度卻只等於各碟集光面積之和。在單碟解析度很差的電波天文學中,它是獲取精細細節的標準手段,如今也已延伸到光學和紅外,儘管合併短波長的光需要把光程匹配到波長的幾分之一以內。像 ALMA 的數十面碟和橫跨全球的事件視界望遠鏡都是干涉儀,正是這一原理拍出了黑洞陰影的首張影像。
智利的 ALMA 把多達 66 面碟鋪開在最寬達 16 公里的範圍內,使其擁有寬 16 公里的單碟解析度——銳利到足以拍下遙遠塵埃盤中正在形成的行星刻出的環縫。
許多小碟,合成一隻巨眼。
干涉儀能匹敵巨型單碟的解析度,卻匹敵不了其聚光力——它只收集各真實碟面之和的光,因此能看到精細細節,但要看暗弱源仍需明亮目標或長時間積分。
又稱
另見