Metsähovin Radiotutkimusasema
VLBI - pitkäkantainterferometria
VLBI, tarkat havainnot |
VLBI in Metsähovissa |
Johdanto
Metsähovin radiotutkimusasema on EVN:n pitkäaikainen jäsen ja on osallistunut pitkäkantainterferometria havaintoihin vuodesta 1991 saakka. Metsähovin erikoisalaa ovat lyhyet aallonpituudet, muun muassa mm-VLBI, sekä laitekehitys. Huomattava osuus Metsähovin radioteleskoopin havaintoajasta käytetäänkin VLBI-havaintoihin 22, 43 ja 85--115 GHz:lla.
1990-luvun alusta lähtien Metsähovi on ollut yksi harvoista laitoksista koko maailmassa, jossa on aktiivisesti sekä rakennettu että kehitetty jo valmiita VLBI-datankeräyslaitteita eteenpäin. Metsähovi on toimittanut MARK4 luku/kirjoitus-elektroniikkaa kaikille tärkeille EVN observatorioille sekä NASAn Deep Space Network (DSN) asemille. Tämän jälkeen Metsähovi on keskittynyt niin sanotun Commercially available Off-The-Shelf (COTS) tekniikan soveltamiseen VLBI-datankeräysjärjestelmissä.
Metsähovin radiotutkimusasemalla kehitetään tällä hetkellä seuraavan sukupolven datankeräysjärjestelmää, jonka avulla VLBI-dataa siirretään internetin yli useita gigabittejä sekunnissa ja jonka on tarkoitus syrjäyttää nyt käytössä olevat kovalevyt tiedonsiirtovälineinä (lue lisää VLBI-tekniikasta seuraavasta kappaleesta).
VLBI, tarkat havainnot
VLBI (Very Long Baseline Interferometry) eli pitkäkantainterferometria viittaa menetelmään, jossa useat radioteleskoopit havaitsevat yhtäaikaisesti samaa kohdetta tallettaen tulokset tarkkojen havaintoaikatietojen kera. Myöhemmin erilliset havainnot yhdistetään sellaisin matemaattisin menetelmin, että saatu tulos vaikuttaa siltä kuin havainnot olisi suoritettu yhdellä valtavan suurella radioteleskoopilla, jonka koko vastaa suurinta teleskooppien välistä etäisyyttä.
Kullakin VLBI-asemalla tulee olla sopivat tekniset laitteet, kuten erittäin tarkka kello ja nauhuri, jolla tallentaa suuret havaintotietomäärät. Aikareferenssinä käytetään maser-kelloa ja tallennusvälineenä kovalevyjä. Kovalevyt lähetetään "korrelaattorille", joka yhdistää havainnot ja toimittaa tulokset tutkijalle jatkokäsittelyä ja tulkintaa varten.
Erään havaintojen tekoa koskevan lainalaisuuden voi
yksinkertaistaa seuraavasti: mitä suurempi teleskooppi on
verrattuna havaittavaan aallonpituuteen, sitä parempi
on tarkkuus.
Tyypilliset VLBI-havaintotaajuudet ovat välillä
0.3 MHz - 86 GHz (aallonpituudet 90 cm - 3 mm).
"Virtuaalisen VLBI-antennin" koko voi olla maapallon
läpimitta tai jopa suurempikin, sillä avaruudessa
maata kiertävän satelliitin avulla läpimittaa saadaan
kasvatettua jopa kymmeniin tuhansiin kilometreihin.
VLBI-menetelmällä saavutetaan suurempi erotuskyky kuin
millään muulla tähtitieteen
havaintomenetelmällä.
VLBI-tekniikan rajoituksena on usein huono "herkkyys", mikä johtuu kohteista tulevaa säteilyä keräävän virtuaalisen antennin suhteellisen pienestä pinta-alasta ja suuren, mutta edelleen osittain riittämättömän, tiedontallennuskapasiteetin aiheuttamista rajoituksista. Siksi pienet, mutta voimakkaat eli "kirkkaat" lähteet sopivat paremmin VLBI-tekniikalla havaittaviksi kuin suuret, heikot lähteet. Tälläisiä ovat esimerkiksi kvasaarit tai maserit, joiden yksityiskohtaiseen tutkimiseen VLBI-tekniikan tarkkuus on omiaan.
VLBI Metsähovissa
Metsähovi aloitti VLBI-havainnot vuonna 1991. Nykyisin Metsähovi on jäsenenä eurooppalaisessa VLBI- havaintoverkossa (European VLBI Network, EVN) ja kansainvälisessä millimetritaajuuksiin erikoistuneessa havaintoverkossa (Coordinated Millimetre VLBI Array, CMVA). Lisäksi Metsähovi osallistuu EVN:n ja Yhdysvaltalaisen VLBI-havaintoverkon ( Very Large Baseline Array, VLBA) yhteishavaintoihin.
Normaalisti VLBI-mittaukset vievät noin kolmanneksen Metsähovin vuosittaisesta havaintoajasta. VLBI-mittauksia tehdään Metsähovissa taajuuksilla 22 GHz (1.3 cm), 43 GHz (0.7 cm) ja 85 - 115 GHz (3 mm). Vuonna 2001 Metsähovi ja Ranskalais-Espanjalais-Saksalainen (Instituto de Radio Astronomia Milimetrica, IRAM) tekivät ensimmäisinä maailmassa onnistuneen VLBI-kokeen korkealla 147 GHz taajuudella.
Vuonna 2002 147 GHz koe toistettiin. Tällä kertaa mukana oli vielä kaksi teleskooppia Yhdysvalloista: Heinrich Hertz Telescope (HHT) ja Kitt Peak (KP). Ensimmäiset tulokset julkistettiin Bonnissa, 6. EVN Symposiumin yhteydessä. Jälleen kerran saavutettiin maailmanennätys, tällä kertaa tehtiin maailman ensimmäiset Atlantin ylittävät havainnot tällä korkealla taajuudella.
Metsähovista löytyy myös tietotaitoa VLBI-laitteiston ja -ohjelmistojen kehittämiseen ja tekemiseen. Seuraavan sukupolven VLBI-tekniikan kehittämisessä Metsähovin tietämys edustaa alan ehdotonta huippua ja Metsähovilla onkin useita, etupäässä kansainvälisiä yhteisprojekteja meneillään.
Metsähovin englanninkielisilt� kotisivuilta voi lukea lisää VLBI:stä.