ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ VLBI / InSAR / LISA

Παρουσίαση με θέμα: "ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ VLBI / InSAR / LISA"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ VLBI / InSAR / LISA
Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών ΤΑΤΜ/ΑΠΘ ΓΕΩΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ Τεχνολογίες Αιχμής στη Γεωδαισία και Τοπογραφία Σύγχρονες Εφαρμογές Συμβολομετρίας VLBI / InSAR / LISA Δημήτριος Τσούλης (ΕΚ, ΤΑΤΜ/ΑΠΘ) Τμήμα Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης

2 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Αυτή τη στιγμή υπάρχουν στον κόσμο γύρω στα 50 μεγάλα ραδιοτηλεσκόπια

3 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Wettzell Fundamental Station

4 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Cassegrain Antenna

5 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Παρατηρώντας πολλές ραδιοπηγές υπολογίζονται τo b καθώς και τα διανύσματα κατεύθυνσης προς τις διάφορες πηγές

6 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) To παραλαμβανόμενο σήμα είναι μιας πολύ υψηλής συχνότητας fr Διαμορφώνεται με μια καθαρά αρμονική συχνότητα fο Η συχνότητα fr - fο του διαμορφωμένου σήματος είναι της τάξης των μερικών MHz Το σήμα ψηφιοποιείται σε διαστήματα των Nanoseconds (10-9 sec) και καταχωρείται σε μαγνητική ταινία ως μία ακολουθία Bits (1 για θετικά και 0 για αρνητικά πλάτη του σήματος) μαζί με το χρόνο παρατήρησης Για ρυθμό απόκτησης δεδομένων ίσο με 100 Nanoseconds, η δυνατότητα καταγραφής της μαγνητικής ταινίας πρέπει να ισούται με 107 Bits/s ισοδυναμεί με μερικά Gbits ανά ραδιοπηγή που παρατηρείται μερικά λεπτά της ώρας

7 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Τα σήματα καταυθάνουν στον συσχετιστή (Correlator, ΗΠΑ, Γερμανία, Ιαπωνία) ο οποίος συσχετίζει ανα ζευγάρια τα σήματα προς την ίδια πηγή που έχουν καταγραφεί τήν ίδια χρονική στιγμή από τους σταθμούς VLBI ανά τον κόσμο Συσχετιστής: Προσωρημένο hardware/software για ψηφιακή ανάλυση σήματος που μετατοπίζει τα δύο σήματα μέχρι να μεγιστοποιηθεί η τιμή της συνάρτησης (δια-)συσχετισμού R

8 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Λόγω της μεταβαλλόμενης γεωμετρίας από τη σχετική κίνηση ραδιοπηγής-δέκτη (περιστροφή της γης) το συσχετισμένο σήμα εμφανίζει μια μη περιοδική αλλαγή στη συχνότητα και ισοδύναμα τη φάση του. Μιλάμε για την αλλοίωση φάσης (fringe rate Φ(t)) και την αλλοίωση συχνότητας (fringe frequency f) Τα fringe rates Φ(t) υπεισέρχονται σε μία συνόρθωση για τον υπολογισμό των βέλτιστων τιμών των παρατηρούμενων μεγεθών, δηλαδή της φάσης Φο, της υστέρησης βάσης και του ρυθμού υστέρησης φάσης, σύμφωνα με την ακόλουθη διγραμμική σχέση

9 + + Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Για την καθαρά γεωμετρική ή Νευτώνια διαφορά χρόνου ισχύει Για να εξασφαλιστεί η υψηλή ακρίβεια των μετρήσεων VLBI πρέπει το μοντέλο αυτό να επεκταθεί περιγράφοντας την κίνηση της βάσης στο χώρο και στο χρόνο Εισαγωγή ενός αδρανειακού συστήματος αναφοράς + Ορισμός διορθώσεων λόγω αποκλίσεων μεταξύ αδρανειακού συστήματος και πραγματικών δεδομένων + Ορισμός σχετιστικών διορθώσεων

10 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Ορισμός ενός αδρανειακού (βαροκεντρικού) συστήματος αναφοράς με αρχή το κέντρο του ηλιακού συστήματος

11 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Διορθωτικοί όροι λόγω της περιστροφής της γης (παραλακτικοί όροι, aberration terms) Βαρυκεντρικό σύστημα Γεωκεντρικό μη αδρανειακό σύστημα Ταχύτητα του Γεώκεντρου ως προς αδρανειακό Ταχύτητα του σταθμού ως προς το Γεώκεντρο Ειδική θεωρία της σχετικότητας (μετασχηματισμός Lorentz) (Μήκος της βάσης στο Γεωκεντρικό σύστημα)

12 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Διορθωτικοί όροι λόγω της περιστροφής της γης (παραλακτικοί όροι, aberration terms) Χρόνος υστέρησης σήματος εκφρασμένος στο βαρύκεντρο Ημερήσια παράλλαξη Ετήσια παράλλαξη Ημερήσια παράλλαξη

13 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Επίδραση της θεωρίας της σχετικότητας Η υστέρηση χρόνου έχει εκφραστεί μέχρι τώρα στο βαρυκεντρικό σύστημα αναφοράς. Αυτή η μέτρηση πρέπει να μετασχηματιστεί και στο σύστημα του ιδίου χρόνου του κάθε ατομικού ρολογιού που βρίσκεται στους επιμέρους σταθμούς παρατήρησης. Η παρατήρηση του Δτ προκύπτει τελικά από τη διαφορά των ιδίων χρόνων των ατομικών ρολογιών των επίγειων σταθμών. Στα πλαίσια της ειδικής θεωρίας της σχετικότητας ο τρόπος που μετρούν αυτά τα ρολόγια επηρεάζεται από το βαρυτικό πεδίο της γης, του ήλιου, του φεγγαριού και των πλανητών. Όσο πιο έντονο είναι το βαρυτικό πεδίο τόσο πιο αργά μετρούν τα ρολόγια, ενώ κινούμενα ρολόγια μετρούν επίσης πιο αργά από ακίνητα. Η διαφορά μεταξύ ιδίου χρόνου τ’ και βαρυκεντρικού χρόνου τ, εαν U δηλώνει το δυναμικό της βαρύτητας στο μέρος του ρολογιού και uA την ταχύτητα του ρολογιού ως προς το αδρανειακό σύστημα θα είναι

14 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Επίδραση της θεωρίας της σχετικότητας Ταχύτητα του Γεώκεντρου ως προς το βαρυκεντρικό σύστημα Βάση εκφρασμένη στο Γεωκεντρικό σύστημα

15 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Επίδραση της θεωρίας της σχετικότητας Ακόμα και οι μετρήσεις Δτ’ των χρονομέτρων πρέπει να διορθωθούν σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας, για να προσμετρηθεί το γεγονός, ότι ένα σήμα γενικά επιβραδύνεται όταν διέρχεται μέσα από ένα βαρυτικό πεδίο. Ο διορθωτικό όρος που εκφράζει αυτή την αργοπορία (εαν υποτεθεί ότι η κεραία 1 υποδέχεται πρώτη το σήμα) θα είναι (Ακτίνα του Schwarzschild) Για το βαρυτικό πεδίο της Γης προκύπτει ο απλουστευμένος όρος

16 Συμβολομετρία πολύ μεγάλης βάσης
Very Long Baseline Interferometry (VLBI) Συνολικά 200 ραδιοπηγές

17 The European VLBI Network

18 Joint Institute for VLBI in Europe
JIVE formed by the EVN in 1993 to build and operate the EVN Mk IV correlator and to provide central support for EVN users. July 21, 1997 : first fringes Hosted by ASTRON (the Netherlands Foundation for Research in Astronomy) in Dwingeloo, The Netherlands

19 Radio jet and black hole physics - I
Hong et al, 2002, in prep Multi-epoch VLBI (8), MERLIN(3) & VLA(1) monitoring of blazar VLBI reveals oscillatory jet at milliarcsec scale, after ~40 mas jet straightens. MERLIN shows 2 arcsec straight jet, then 90o bend – strong polarization High proper motion (~8c) detected All data indicates the projection of a helical jet possibly originating from precessing BH or binary BH.

20 Radio jet and black hole physics - II
2.3 GHz 8.4 GHz Chen et al, 2001 (Chin. J. Astron. Astrophys) Multi-frequency VLBI of NRAO150 Highly one-sided jet Identification of new, steep spectral index component

21 Radio jet and black hole physics - IIΙ
EVN+MERLIN observations of 3C264 (Lara et al, 1999, ApJ) Superb comparison with HST Radio jet has same wavelength as optical jet but higher amplitude Disruption of radio jet at point of impact with dust ring

22 Gravitational Lenses JVAS B0218+357 Biggs et al
Global 8.4 GHz, resolution ~ 1 mas Image A is stretched tangentially compared to B Instances of parity reversal visible Textbook case of gravitational lensing

23 Space VLBI (NASA / Jet Propulsion Laboratory)
Institute of Space and Astronautical Science ISAS (Japan) HALCA Radiotelescope

24 Space VLBI

25 Σύστημα συμβολομετρικού radar
Interferometric Synthetic Aperture Radar (IN-SAR)

26 Σύστημα συμβολομετρικού radar
Interferometric Synthetic Aperture Radar (IN-SAR)

27 Σύστημα συμβολομετρικού radar (IN-SAR)
Αρχή Μέτρησης

28 Σύστημα συμβολομετρικού radar
Interferometric Synthetic Aperture Radar (IN-SAR)

29 Σύστημα συμβολομετρικού radar
Interferometric Synthetic Aperture Radar (IN-SAR)

30 Σύστημα συμβολομετρικού radar
Interferometric Synthetic Aperture Radar (IN-SAR)

31 Σύστημα συμβολομετρικού radar
Interferometric Synthetic Aperture Radar (IN-SAR)

32 Σύστημα συμβολομετρικού radar
Interferometric Synthetic Aperture Radar (IN-SAR)

33 Σύστημα συμβολομετρικού radar
Interferometric Synthetic Aperture Radar (IN-SAR)

34 Σύστημα συμβολομετρικού radar
Interferometric Synthetic Aperture Radar (IN-SAR)

35 Σύστημα συμβολομετρικού radar (IN-SAR)
Συμβολομετρικά Διαγράμματα (Interferograms)

36 Σύστημα συμβολομετρικού radar (IN-SAR)
Συμβολομετρικά Διαγράμματα (Interferograms)

37 Σύστημα συμβολομετρικού radar (IN-SAR)
Παραγωγή ψηφιακών μοντέλων εδάφους

38 Σύστημα συμβολομετρικού radar (IN-SAR)
Μελέτη παραμορφώσεων του στερεού φλοιού

39 Σύστημα συμβολομετρικού radar (IN-SAR)
Μελέτη παραμορφώσεων του στερεού φλοιού

40 Σύστημα συμβολομετρικού radar (IN-SAR)
Μελέτη παραμορφώσεων του στερεού φλοιού

41 Σύστημα συμβολομετρικού radar (IN-SAR)
Μελέτη παραμορφώσεων του στερεού φλοιού Izmit Earthquake 1999

42 Σύστημα συμβολομετρικού radar (IN-SAR)
Ακρίβεια μεθόδου

43 Laser Interferometry Space Antenna (LISA)
ESA / NASA Εντοπισμός βαρυτικών κυμάτων (gravitational waves) Μελέτη μαύρων τρυπών Μελέτη του πρώιμου σύμπαντος Έλεγχος της γενικής θεωρίας της σχετικότητας

44 Laser Interferometry Space Antenna (LISA)

45 Laser Interferometry Space Antenna (LISA)
Η αποστολή θα λειτουργεί κάπου στα 50 εκατ. χλμ από τη Γη με τους δορυφόρους να απέχουν 5 εκατ. χλμ μεταξύ τους

46 Laser Interferometry Space Antenna (LISA)

47 Laser Interferometry Space Antenna (LISA)

48 Laser Interferometry Space Antenna (LISA)