[论文解读] 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 9

一句话总结

RadioAstron 是一项空间 VLBI 任务，通过将一颗位于高偏心率地球轨道上的 10 米射电望远镜与地面射电望远镜相结合，实现了长达 350,000 公里的基线，使在 1.3 厘米波长下达到 7 微角秒的角分辨率成为可能。这一前所未有的基线将非常长基线干涉测量（VLBI）的能力扩展至地球基线限制之外，实现了对类星体和活动星系核等致密天体物理源的高分辨率研究。

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.

研究动机与目标

• 将非常长基线干涉测量（VLBI）的动态范围和角分辨率扩展至纯地球基线无法达到的极限之外。
• 实现对类星体和星系核等致密天体物理射电源的亚微角秒分辨率观测。
• 证明利用高偏心率轨道卫星实现空间 VLBI 的可行性及其科学潜力。
• 为以最高角分辨率探测河外射电源的结构和辐射机制提供一种新型观测工具。

提出的方法

• 利用一颗运行在高偏心率地球轨道上、轨道周期为 8–9 天的 10 米射电望远镜。
• 将该空间天线与地面射电望远镜结合，形成最长可达 350,000 公里的干涉基线。
• 在四个频段运行：1.3 厘米（23 GHz）、6 厘米（4.9 GHz）、18 厘米（1.6 GHz）和 92 厘米（327 MHz），实现从 7 到 500 微角秒的分辨率。
• 在空间站与地面站之间实现精确的时间和频率同步，以保持干涉测量中的相干性。
• 使用数字信号处理技术对空间站与地面站的信号进行相关处理，实现高保真度的相位和幅度测量。
• 应用先进的校准技术，校正电离层和对流层延迟，以及卫星复杂运动带来的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在 VLBI 配置中，空间望远镜与地面望远镜之间可实现的最大基线长度是多少？
• RQ2 在相同观测频率下，地空 VLBI 系统的角分辨率与纯地球基线 VLBI 相比如何？
• RQ3 在 350,000 公里基线上，维持相干性和相位稳定性的技术和观测挑战有哪些？
• RQ4 该系统在微角秒量级下能够解析哪些天体物理源？
• RQ5 该系统在多大程度上能够解析致密类星体和活动星系核中的精细结构？

主要发现

• RadioAstron 任务实现了长达 350,000 公里的基线，使最大基线长度比纯地球基线 VLBI 延长了一个多数量级。
• 该系统在 1.3 厘米波段实现了 7 微角秒的角分辨率，这是射电天文学史上达到的最高角分辨率。
• 在 6 厘米、18 厘米和 92 厘米波段的观测中，分别实现了 35、100 和 500 微角秒的分辨率。
• 该任务证明了利用高偏心率轨道卫星实现高精度干涉观测的可行性，并实现了稳定的相位相干性。
• 该系统首次实现了对遥远类星体和活动星系核中致密射电核心的亚微角秒量级高分辨率成像。
• 数据证实了在星际距离上时间与频率传递的稳定性与精确性，这对空间 VLBI 运行至关重要。