¿Qué es un "telescopio de homología" de radio y es el plato de 500 m en China?

Esta pregunta trata sobre los aspectos de diseño de los grandes platos de radiotelescopios que les permiten flexionarse bajo la influencia de la gravedad a medida que cambian el ángulo de elevación y aún así mantener un buen rendimiento óptico en longitudes de onda cortas, del orden de un centímetro o menos.

¿Qué es un "telescopio de homología" de radio y es el plato de 500 m en China?

Fondo:

Estaba leyendo sobre radioastronomía para conocer los antecedentes de ¿Cómo generaron imágenes originalmente los radiotelescopios de plato único (o receptor único)? y ¿ Cuál es la matriz de plano focal de granularidad más alta en un radiotelescopio de plato? ¿O es este el ÚNICO?

En esta página informativa y entretenida de NRAO vi el término telescopio de homología por primera vez, así que inmediatamente seleccioné-clic-derecho-busqué. Al principio me confundieron estos enlaces de Mathematics Stackexchange y Stanford Bio-X:

  1. homología del telescopio cartográfico de un monoide
  2. acción de un monoide en un telescopio de mapeo
  3. Telescopio espacial del genoma: llevando la homología de secuencias de ADN al siglo XXI

hasta que me doy cuenta de que estos renuncian a diferentes usos de homología y/o telescopio :-)

Encontré la siguiente explicación en Tools of Radio Astronomy de Thomas Wilson, Kristen Rohlfs y Susanne Huettemeister (Hüttemeister) particularmente concisa y útil:

7.5 El diseño práctico de reflectores parabólicos

7.5.1 Consideraciones generales

Las mediciones de las propiedades mecánicas de una antena son importantes para su desempeño. Esto es especialmente cierto si la antena se deforma homólogamente. Por Homología se entiende que, en varias elevaciones, el reflector principal se deforma de un paraboloide a otro. Hoy en día, la homología es una parte intrínseca del diseño de todos los reflectores simétricos.

Más adelante en la misma subsección:

Sin embargo, el diseño de un paraboloide desplazado tiene complicaciones. Dado que el diseño tiene menos simetría, la homología es más difícil de lograr y, por lo tanto, activa, se necesitan ajustes en tiempo real de la superficie si se quiere alcanzar el límite de diseño de 7 mm o quizás 3 mm de longitud de onda. Esto se logrará mediante un sistema actuador controlado en tiempo real por un sistema de medición láser. Pero para longitudes de onda más largas, el GBT no requerirá un ajuste de superficie activo (Fig. 7.10).

Aquí hay una captura de pantalla de la Figura 7.10 de Google Books

captura de pantalla de la Figura 7.10 de Tools of Radio Astronomy* por Thomas Wilson, Kristen Rohlfs y Susanne Huettemeister (Hüttemeister)

nota: Hay una serie de buenas fotos y algunas discusiones sobre el telescopio Green Bank y su homología (¿homología?) en la página de NRAO donde comencé, también.

Así que aquí está el grupo de preguntas en el que estoy atascado actualmente.

  1. Si los telescopios fuera del eje requieren ajustes mecánicos activos para mantener una figura de paraboloide homóloga, ¿los telescopios en el eje mencionados lo hacen pasivamente, solo por diseño mecánico ? ¿Se inclinan naturalmente, por diseño , de manera diferente a diferentes elevaciones (diferentes ángulos sobre el horizonte) para retener una figura de paraboloide?

  2. Para el diseño pasivo, ¿es a) el mismo paraboloide pero con una sección diferente, b) u otro paraboloide con el mismo punto focal, o c) tiene un punto focal diferente y, por lo tanto, requiere un movimiento axial del espejo secundario o alimenta?

  3. ¿Es el plato de 500 m casi completado en China ( FAST ) un telescopio de homología ? Sé que tiene mucha articulación y funciona fuera de eje, pero la palabra esférica está en el nombre y el receptor/alimentación se traduce lateralmente. ¿Sigue utilizando el principio de homología , pero de una manera diferente?

Respuestas (1)

La definición precisa de "homólogo" parece cambiar según con quién hables. Una definición general general es que un radiotelescopio homólogo conserva un tipo particular de forma a medida que se mueve. A menos que pueda construir un plato increíblemente rígido, la gravedad cambiará naturalmente las posiciones de las diferentes partes del plato de diferentes maneras, cambiando la forma a una que hará un mal trabajo al enfocar la luz. Un plato homólogo compensará sutilmente esto; si inicialmente formó una parábola, entonces formará una nueva parábola cuando la incline, y todo lo que tiene que hacer es compensar la posición del foco cambiando ligeramente.

En muchos casos, existe la implicación adicional de que un radiotelescopio homólogo compensa las deformaciones de forma pasiva, como el plato de 100 metros en Effelsberg , que fue el primer telescopio homólogo. He visto referirse enfáticamente al telescopio Green Bank como "homólogo", "no homólogo" e incluso "parcialmente homólogo" . El término final es probablemente el más cercano a la verdad. El diseño fuera del eje dificulta la construcción de una superficie pasiva que se deforme correctamente, por lo que se rechazó un diseño homólogo verdadero (por lo tanto, "no homólogo"). Por otro lado, hay cierta deformación para compensar la gravedad (por lo tanto, "parcialmente homóloga") y la diferencia la compensa la superficie activa (por lo tanto, "homóloga"

Esta superficie activa también es valiosa porque puede compensar factores además de la gravedad, como los gradientes térmicos y los efectos del viento. El RMS de la superficie puede ser tan bajo como ~250-300 micrones en condiciones óptimas y varias veces cuando las condiciones son peores. Esto realmente solo es importante una vez que superas unos pocos GHz; probablemente pueda convencerse de que las pequeñas desviaciones son importantes cuando se llega a longitudes de onda cortas/frecuencias altas.

FAST es otra bestia por completo. Como sucedió con Arecibo, es demasiado grande para ser dirigido como los platos de aproximadamente 100 metros en Green Bank o Effelsberg o Parkes. Si bien el plato en sí tiene 500 metros de ancho y es esférico, solo se usa una parte de 300 metros de ancho en un momento dado. Esta parte del plato se deforma en una parábola mediante un sistema complejo de 2.225 actuadores , y la parábola se mueve alrededor del plato para rastrear las fuentes; las partes individuales del plato no se mueven como lo haría un telescopio orientable normal. En este sentido, las deformaciones conservan la forma, pero 1) son intencionales, 2) se logran únicamente a través de una superficie activa y 3) no compensan las deformaciones naturales que surgen de la gravedad y la inclinación.

Claro, conciso, fácil de entender y definitivo. ¡Gracias!