alex_semenov
Око Ра
Как мы знаем, последние веяния в телескопостроении нам обещают настоящий рай. Космос удивительно прозрачен. Во всяком случае на расстояниях в 10-1000 св.лет тут у нас.
Для того чтобы мы могли наблюдать на таких расстояниях маленькие объекты (скажем размером в 10 -1000 км) вся, что нам нужно – телескоп-интерферометр космического базирования. Оптический прибор с очень большим разрешением.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Разрешение (оптика)
Пускай мы хотим рассмотреть на L= 10 св.лет хоть какие-то детали у объекта, скажем, 1000 км в диаметре (парус у Форварда именно такого размера). Вот с таким, например, качеством:
Это наша Луна. Не узнали? Насколько я понимаю, даже из такого изображения можно выжать очень много. Если учесть что его можно получить не только в видимом спектре и наблюдать за ним в течение некоторого времени.
Просто море разведывательной информации!
На этой картинке от края до края изображения 50 пикселов (глупые считают пальчиком). То есть, если это объект диаметром 1000 км, то разрешение (один пиксель) должен быть r=20 км.
Из этого легко рассчитать минимальную интерферометрическую базу D.
D=1.22*L*l/r
L=10 св.лет =9,46073E+16 м, l – длинна волны. Возьмем середину видимого спектра. 500 нм =0,0000005м. Тогда база:
D=1.22*9,46073E+16 *0,0000005 /20 000 = 2 885 523 м = 2 885 км.
Это диаметр зеркала телескопа. Мало того, что такого диметра сплошной телескоп утопия. Сплошное зеркало таких размеров собирало бы в фокусе настолько большой поток, что сожгло бы светочувствительную матрицу.
Но "Дякуватеме богу, що потрiбне зробила неважким, а важке непотрiбним" (укр).
Как мы теперь знаем, для получения такого разрешения нам не нужно сплошное зеркало.
Если отражение от двух разнесенных на расстояние D отдельных зеркал соединяется в середине (с точностью до l/8) то мы получим ожидаемую картинку с ожидаемым разрешением.
Расплата за чудо - точность положения двух зеркал и окуляра должна быть в пределах l/8. То есть в 10 раз точнее длинны волны. В принципе этого тоже можно добиться используя монохроматичный свет (лазер) длинной волны < l/8. В нашем случае это будет рентгеновский лазер.
Для инфракрасного спектра (в 10 раз длинней) можно пользоваться видимым лазером (но база нужна в 10 раз больше!).
Если я наврал - астрономы меня поправят.
Однако если вы построите в космосе интерферометр с такой базой, то это еще не Око Ра.
С двумя зеркалами вы получите четкую картину только в одной плоскости. Если вы ловите точечный источник (хотите получить спектр) этого вам достаточно. Но для построения того самого изображения что выше, вам нужна еще одна пара зеркал с базой перпендикулярно расположенной первой. Крестовина. И теперь вам нужно точно совместить в пространстве 5 объектов. 4 зеркала и приемник в центре. Тогда вы можете получить ожидаемое изображение из пикселей.
Но у меня остается сомнение, что это Око Ра.
Почему?
Око Ра не просто должно следить за очень далекими объектами с фантастическим увеличением.
Оно должно следить по крайней мере за всей звездной системой диаметром ~ 40а.е.
То есть в его ПОЛЕ ЗРЕНИЯ должны находиться все подобные объекты одновременно.
Как посчитать поле зрения (назовем P) интерферометра, исходя из его разрешения (назовем его r)?
P =f(r)?
Я на вскидку не нашел.
Обычно говорят о поле зрения простого телескопа. Оно тем меньше, чем больше его увеличение. Хотя, как я понял, тут есть нюансы. Простой телескоп ограничивается разрешением сетчатки человеческого глаз.
Можно ли сделать телескоп (вернее интерферометр) одновременно с сумасшедшим разрешением и большим полем зрения?
Я так и не понял.
Подсказывайте!
Если можно то как? Астрономы!
Формулу дайте!
Я пока могу сделать вот какую оценку. Изображение взятое в качестве примера выше принимается не человеческим глазами а чувствительной матрицей. Минимальный размер пикселя такой матрицы НЕ МОЖЕТ БЫТЬ меньше длинны волны. То есть 0,0000005м. Тогда 50 пикселей (наше изображение) займет квадратик 0,000025 м2 на матрице. Это, если помните, изображение объекта с реальным физическим размером в 1000 км.
Но мы хотим видеть (контролировать) одновременно всю удаленную от нас на световые годы систему в 40а.е = 40*150 000 000 км = 6 000 000 000 км.
Считаем, что наша ось зрения перпендикулярна плоскости эклиптики системы. Мы на нее смотрим сверху или снизу. Я даже не знаю худший это случай или лучший? Но для наблюдающей матрицы это худший. Она будет максимальных размеров.
Если для сферы 1000 км нам нужен участок матрицы со стороной 0,000025 м, то для сферического объекта в шесть миллиардов километров:
M= 6 000 000 000*0,000025/1000 =150 м.
То есть нам нужна чувствительная матрица (с пикселем всего в 500 нм) размером 150*150 м!
И это "пятнышка в фокусе телескопа"!
Вот это уже королевские размеры!
Вот это уже похоже на Око Ра.
Количество элементов тут 9E+16 штку. Нала матрица в терминах современнаго хай-тека в 90 000 Тера-пикселей.
Сравнили с вашим фотоаппаратом?
А поток информации с нее? Это же телекамера (она следит за вспышками, например изменениями потоков).
Для этого надо оценить градацию (по всему ее спектру!) и тогда получим биты на кадр.
Потом оценить длительность кадра. Минута? Час?... Гм...
Кто возьмется посчитать?
Очевидно, большая часть такого поля зрения будет заполнена посторонним шумом фона. А сколько ошибок? А как ее ремонтировать? Защищать от радиации?
А...
И без супервычислений и тонких алгоритмом отсеять нужную информацию тут не получится.
Логично?
То есть мы в итоге тут построили прибор на грани фантастики. Как все тут у нас.
На грани физически возможного. Но не за ней...
Ну и еще. В отличие от наступающих, которые следят за одной единственной системой, той которую собираются атаковать, обороняющиеся должны следить за всеми ближайшими системами. И желательно одновременно (в реальном режиме времени).
Вокруг Солнца в радиусе 5 парсек (16 св. лет) находится 50 звездных систем. Если для каждой иметь свою систему из 4-х зеркал и матрицы (со своим супервычислителем) то понадобится система из 2000 зеркал и 50-и матриц, направленная во все стороны и расположенная в космическом пространстве диаметром ~3 000 км.
Вот это и есть Глаз Ра.
При этом сами зеркала не могут быть меньше 150 м в диаметре.
150 м - это худший случай, когда нет усиления. Усиление потока происходит только за счет накопления фотонов.
Если поток надо усилить хотя бы в 10 раз*, то нужны уже зеркала в 1.5 км. И интерферометром тут не обойдешься. Нужно усиливать именно поток. Нужна площадь.
Кстати, а какое минимальное усиление надо будет?
Гм...
