Mikro-ívmásodperces felbontás felé (2. rész)
(Rovat: Japán a világűrben, Távoli világok kutatói - 2008.01.14 08:04.)

A 2012-ben felbocsátandó japán ASTRO-G mesterséges holddal és a földi rádióteleszkópok alkotta hálózattal akár 40 mikro-ívmásodperces szögfelbontást is el lehet majd érni!

Ez annak ellenére igaz, hogy az új műhold pályája az elődjéénél (vagyis az 1997-ben indított HALCA űr-VLBI holdénál) nem lesz lényegesen magasabb. Az interferométer-hálózat szögfelbontását azonban nem csak a méretének növelésével lehet javítani. A felbontás arányosan annál finomabb, minél kisebb az észlelt elektromágneses sugárzás hullámhossza. Ez a HALCA esetében 18 ill. 6 cm volt. Az ASTRO-G három hullámhosszon (3 cm, 1,3 cm és 7 mm) működik majd.

A rövid hullámhossz (vagy másképp fogalmazva a magas frekvencia) egyben nagy technikai kihívás elé állítja az antenna tervezőit. Annak ugyanis a rádióhullámok megfelelő fókuszálása érdekében 0,4 mm pontossággal meg kell felelnie az ideális forgási paraboloid alaknak. Ellenkező esetben a legnagyobb, 43 GHz-es frekvencián már jelentősen csökken az antenna teljesítőképessége.

A finom szögfelbontás mellett legalább ilyen fontos másik szempont az érzékenység. Korábban a HALCA csupán a „jéghegy csúcsát”, vagyis a legfényesebb égi rádióforrásokat tudta sikerrel megfigyelni. Az érzékenység növelését segíti most az antenna átmérőjének növelése (8-ról 9,3 méterre) és a sávszélesség megnyolcszorozása. A legnagyobb fegyvertény mégis az ún. fázisviszonyítás (angol szakszóval phase-referencing) technikájának alkalmazása lenne. A pontos részletek ismertetése nélkül ez azt jelenti, hogy elvileg tetszőleges ideig lehetne megfigyelni egy-egy kiválasztott rádióforrást. Ezt a földi teleszkópok esetében – amelyek természetesen az űr-VLBI-ben is a hálózat részei – a rádióhullámok légköri koherenciaideje korlátozza.

A technikai trükk az, hogy a megfigyelni kívánt halvány objektum közelében (tőle legfeljebb néhány fokos szögtávolságban az égbolton) egy fényeset is megfigyelünk. A két célpont közt a koherenciaidőn belül ide-oda váltogatva a rádióteleszkópjainkkal, a fényes égitest segítségével meghatározott korrekciókat a halványra is alkalmazhatjuk. (Az így korrigált fázishibák főleg a légkörben és magában a megfigyelőműszerben keletkeznek.) Így kikerülhető a koherenciaidő szabta korlát, ami magas frekvenciáknál már igen rövid, percekben mérhető.

A rádiótávcsövek célpontjának váltogatása a földi távcsövekkel nem okoz gondot, annál inkább az űrteleszkópnál! Nem elég átforgatni az antennát a másik helyre, de meg kell várni, míg az ennek során fellépő vibrációk lecsillapodnak. Az ASTRO-G megtervezésében ez a második jelentős kihívás: az antennát 5 ezredfokos pontossággal irányban tartani, s akár 3 fokra elforgatni, 15 másodperc alatt!

A fázisviszonyítás működési vázlata. Az antennák a célpont (Target, piros irány) és a kalibrátor (Calibrator, kék) közt „bólogatnak”.

S mindez még nem is elegendő. Hogy a fázisviszonyítás jól működjön, az űrbeli antenna helyzetét precízen kell ismerni. (Ez a földi antennáknál általában nem gond, de a műhold gyorsan mozog.) A pontossági igény annál nagyobb, minél magasabb a megfigyeléshez használt frekvencia. A sikeres 43 GHz-es fázisviszonyításos megfigyelések feltétele 3 cm (!) pontos pályameghatározás. Ezt elsősorban a fedélzeten elhelyezett GPS (és Galileo) műholdvevő segítségével, valamint az ASTRO-G-re végrehajtott lézeres távmérés eredményeinek felhasználásával szeretnék elérni, de ez egyáltalán nem lesz egyszerű feladat! A navigációs műholdak használatát korlátozza, hogy az ASTRO-G pályálya – legalábbis földtávolban – azok pályamagassága fölött húzódik...

A tudományos lehetőségekkel kapcsolatban egyelőre annyit érdemes kiemelni, hogy a VSOP programnál bevált módszer szerint a rendelkezésre álló idő legnagyobb részét nyílt versenyben ítélik majd oda a világ csillagászainak. Ez méltó a VLBI technika nemzetközi jellegéhez, és ez biztosítja a leghatékonyabb felhasználást is. A lehetőségre itthon, a FÖMI Kozmikus Geodéziai Obszervatóriumában is készülünk, amit a KvVM Magyar Űrkutatási Iroda témapályázatán nyert támogatás segít.