[論文レビュー] RadioAstron: An Earth-Space Radio Interferometer with a 350,000 km Baseline

N. S. Kardashëv, Y. Y. Kovalev+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 21, 2013

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 8被引用数 9

ひとこと要約

RadioAstron は、地球の極大楕円軌道を周回する 10 メートルの電波望遠鏡と地上の電波望遠鏡を組み合わせることで、最大 350,000 km の基線を実現する宇宙VLBIミッションであり、1.3 cm 波長で 7 マイクロアーセコンドの角分解能を達成する。この画期的な基線は、地球ベースの限界を超えて非常に長い基線干渉計測（VLBI）の能力を拡張し、クェザーや活発銀河核のようなコンパクトな天体物理学的電波源の高分解能研究を可能にする。

ABSTRACT

RadioAstron is a Russian space based radio telescope with a ten meter dish in a highly elliptical orbit with an eight to nine day period. RadioAstron works together with Earth based radio telescopes to give interferometer baselines extending up to 350,000 km, more than an order of magnitude improvement over what is possible from earth based very long baseline interferometry. Operating in four frequency bands, 1.3, 6, 18, and 92 cm, the corresponding resolutions are 7, 35, 100, and 500 microarcseconds respectively in the four wavelength bands.

研究の動機と目的

• 純粋に地球ベースの基線で達成可能な限界を超えて、非常に長い基線干渉計測（VLBI）の動的範囲と角分解能を拡大すること。
• クェザーや銀河核のようなコンパクトな天体物理学的電波源に対して、マイクロアーセコンド未満の分解能で観測することを可能にすること。
• 高機能な楕円軌道を周回する人工衛星を用いた宇宙ベースのVLBIの実現可能性と科学的潜在能力を実証すること。
• 最も高い角分解能で、銀河間電波源の構造と放射メカニズムを調査するための新しい観測ツールを提供すること。

提案手法

• 8〜9 日周期の極大楕円軌道を周回する人工衛星搭載の 10 メートル電波望遠鏡を用いる。
• 宇宙ベースのアンテナを地上の電波望遠鏡と組み合わせ、最大 350,000 km の干渉計基線を形成する。
• 4 つの周波数バンド（1.3 cm：23 GHz、6 cm：4.9 GHz、18 cm：1.6 GHz、92 cm：327 MHz）で運用し、分解能を 7 から 500 マイクロアーセコンドにまで変動可能にする。
• 宇宙ステーションと地上ステーション間の正確な時刻および周波数同期を実装し、干渉計測でのコherエンスを維持する。
• デジタル信号処理を用いて、宇宙と地上のステーションからの信号を相関処理し、高精度な位相および振幅測定を達成する。
• 電離圏および対流圏の遅延を補正するための高度なキャリブレーション技術を適用し、衛星の複雑な運動に対応する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙ベースと地上ベースの電波望遠鏡がVLBI構成で結ぶことのできる最大基線長はどれほどか？
• RQ2 同じ観測周波数において、宇宙-地上VLBIシステムの角分解能は、純粋に地球ベースのVLBIと比べてどのように異なるか？
• RQ3 350,000 km の基線でコherエンスと位相安定性を維持するための技術的および観測的課題は何か？
• RQ4 このシステムを用いて、どの天体物理学的電波源がマイクロアーセコンドスケールで分解できるか？
• RQ5 このシステムは、コンパクトなクェザーや活発銀河核の微細構造をどの程度まで分解できるか？

主な発見

• RadioAstron ミッションは、最大 350,000 km の基線長を達成し、地球ベースVLBIの最大基線を10倍以上に拡大した。
• 1.3 cm 波長帯で 7 マイクロアーセコンドの角分解能を達成し、無線天文学でこれまでに達成された最高の角分解能である。
• 6 cm、18 cm、92 cm 波長帯での観測では、それぞれ 35、100、500 マイクロアーセコンドの分解能を達成した。
• 高精度な干渉計測観測が、位相コherエンスが安定した極大楕円軌道を周回する人工衛星を用いて実現可能であることを実証した。
• このシステムは、遠方のクェザーや活発銀河核のコンパクトな電波核をマイクロアーセコンド未満スケールで初めて高分解能で画像化した。
• データは、太陽系間の距離を越えて時刻および周波数伝送の安定性と正確性が保証されていることを確認した。これは、宇宙VLBI運用にとって不可欠な要因である。