¿Qué técnicas se utilizan para convertir las señales de radio recibidas por la antena en imágenes?

Puedo pensar en al menos cuatro formas muy diferentes en que "los astrónomos convierten las señales de radio recibidas por su antena en imágenes".

1. Escaneo

Esta es la forma más antigua y fácil de entender de crear imágenes. La respuesta a la pregunta ¿Cómo generaron originalmente imágenes los radiotelescopios de plato único (o receptor único)? lo resume de forma concisa:

Escanean el objeto, si apunta el plato a un punto en el cielo mientras la Tierra gira el plato escanea a través de objetos astronómicos, luego mueve el plato para apuntar a una posición ligeramente diferente y deja que escanee a través del objeto una y otra vez. Después de un tiempo, puede reconstruir una imagen a partir de las líneas de exploración de forma similar a la televisión analógica.

Aquí hay una proyección 1D temprana del escaneo del plano de nuestra galaxia, la Vía Láctea, desde El sistema galáctico como una nebulosa espiral Oort, JH; Kerr, FJ; Westerhout, G. MNRAS 118, (1958) p. 379. Esta imagen tiene el tono invertido para mayor claridad.

Para obtener más información, consulte las respuestas a ¿ Por qué las cuñas en blanco en este mapa muy antiguo de 21 cm de la Vía Láctea? (Oort et al. 1958)

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2. Interferometría (técnica más común hoy en día)

Si recibe un frente de onda entrante desde dos o más ubicaciones diferentes, lo que en este caso significa dos o más antenas, puede usar las matemáticas para reconstruir una imagen. Esto se llama imágenes interferométricas y en estos días se hace alimentando las señales de cada antena a una computadora grande y rápida conocida como correlador. Sin embargo, en los primeros días de la generación de imágenes interferométricas, la interferencia en realidad se hacía electrónicamente, con señales amplificadas de cada antena combinadas en un mezclador y otros dispositivos electrónicos.

De hecho, una de las primeras técnicas de interferometría de radio utilizaba una sola antena que recogía tanto una señal directa de la fuente como una señal que tomaba un camino más largo al reflejarse en el agua. Esto se llama interferometría del mar y en este caso el agua actúa como un espejo de Lloyd . Esta es una imagen unidimensional solamente.

Lea más sobre esto en Radioastronomía en Dover Heights, así como en el artículo Galactic Radiation at Radio Requencies V. The Sea Interferometer JG Bolton y OB Slee, Australian Journal of Physics, vol. 6, p.420, diciembre de 1953.

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arriba: Very Large Array ( Fuente )

Es posible que hayas visto imágenes de (material alrededor) de un agujero negro recientemente. En este caso, las señales de cada antena se registraron en discos duros, que luego se enviaron a una ubicación central antes de colocarse en un correlador de computadora, pero matemáticamente es el mismo proceso. Consulte las respuestas a ¿Cómo implementa la interferometría el Event Horizon Telescope?

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3. Imágenes directas utilizando matrices de plano focal

La pregunta ¿Cuál es la matriz de plano focal de granularidad más alta en un radiotelescopio de plato? ¿O es este el ÚNICO? muestra la primera imagen a continuación, del receptor multihaz Parkes de 21 cm y parece estar fechada en 1997. En esta respuesta se vincula a la primera imagen con Apertif: una nueva vida para el radiotelescopio Westerbork que se muestra en la segunda imagen.

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4. Radar Doppler de retardo

¡Este es el mejor método! Se basa en el radar, lo que significa que desde un plato los astrónomos emiten una señal de radio cuidadosamente modulada hacia un planeta o asteroide y reciben el haz reflejado en un plato separado. Este tipo de radar se denomina doppler de retardo porque extrae dos tipos de información de la señal devuelta, el tiempo de retardo total que proporciona las distancias y el desplazamiento doppler causado por la velocidad de la superficie que refleja.

Si el cuerpo está girando, diferentes áreas se acercarán o alejarán de nosotros dependiendo de su ubicación, y diferentes partes estarán más cerca o más lejos de nosotros, también dependiendo de la ubicación. Si reciben suficientes señales durante un período de tiempo suficientemente largo, pueden reconstruir una imagen hipotética de la forma del objeto.

Consulte Cómo los radiotelescopios obtienen "imágenes" de asteroides de la editora principal y evangelista planetaria de The Planetary Society, Emily Lakdawalla, y esta respuesta para obtener más información sobre esta técnica.

Izquierda: una fuente GIF muy lenta .

Derecha: Una imagen de radar muestra el asteroide 3122 Florence y pequeños ecos de sus dos lunas. Aquí hay una animación que los muestra más claramente. La dirección de la iluminación del radar (y, por lo tanto, la dirección hacia la Tierra) está en la parte superior". Desde aquí . NASA/Laboratorio de Propulsión a Chorro. Este es un pequeño subconjunto de los fotogramas contenidos en el GIF original de 36 MB, y el tamaño se ha disminuido por un factor de 2 para encajar en el límite de MB de SE de 2. De la pregunta ¿ Cuál es la geometría física de este aparente "eclipse" de una pequeña luna del asteroide Florence?

Nota: Estas dos imágenes no tienen necesariamente la misma orientación.