VLBI. Very Long Baseline Interferometry. Professora Dra Daniele Barroca Marra Alves. Jéssica Sauer Gonçalves Thiago Silva Ribeiro

Transcrição

1 VLBI Very Long Baseline Interferometry Professora Dra Daniele Barroca Marra Alves Jéssica Sauer Gonçalves Thiago Silva Ribeiro

2 Atividade

3 Atividade

4 Atividade Responde Desafia outro

5 Resposta correta Responde

6 Desafiado Erra Acerta Desafia outro

7 Quando ninguém acerta?

8 Introdução

9 Karl Jansky 1929 Estudou o ruído de fundo dos receptores de rádio, em particular a componente atmosférica do ruído. Construiu uma antena direcional, para o comprimento de onda de 14,6 m. Verificou a direção da origem de grande parte dos ruídos que apresentavam uma variação de um dia sideral. Concluiu em 1932, que as emissões tinham origem extraterrestre e de uma direção fixa no espaço. As coordenadas que ele determinou para esta direção (ascenção reta: 18 h; declinação: -10 ).

10 Reber, 1940 Protótipo do radiotelescópio moderno Montou a primeira carta de distribuição destas emissões cósmicas no comprimento de onda de l,87m para isso ele utilizou uma antena parabólica de 9 m de diâmetro e um equipamento receptor que ele mesmo construiu.

11 McCready et al,1946 Inicio da rádio interferometria Uso de um interferômetro marinho (uma antena que recebe a radiação direta e radiação refletida pela superfície do mar). Também em 1946 Ryle e Vonberg usaram pela primeira vez um interferômetro de duas antenas

12 Janela radio Radiação λ < 1 cm, parcialmente absorvida pelo vapor d'água λ >30 m, refletida ou absorvida pela ionosfera.

13 O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO Espectro Eletromagnético Penetra a atmosfera? s Comprimento de onda ( ) em metros s Microond. Infraverm. Visível Ultraviol. Raios-X Raio Gama Do tamanho de... prédios humanos abelha agulha protozoários moléculas átomos núcleo atomico freqüência em Hertz Temperatura - em Celsius 1mm 100 Km 272ºC - 173ºC 5KHz 300GHz ºC 10 Milhões ºC

14 Quasares Objetos extragalácticos muito brilhantes e distantes Acredita-se que a energia emitida provem de buracos negros localizados no núcleo de galáxias ativas. Seu brilho pode ser um trilhão de vezes maior que o do Sol

15 Interferometria

16 Interferometria

17 Bare,Moran, Broten entre outros, 1957 Foi demostrada a possibilidade de realizar observações rádio interferométricas de fontes de rádio extragaláticas utilizando-se de antenas distantes umas das outras, sem conexão em tempo real, Onde Cada estação possui um relógio atômico para locar osciladores locais e controlar a gravação dos sinais. Este método de interferometria com base muito longa foi denominado Very Long Baseline Interferometry (V L BI).

18 Caracteristicas

19 VLBI - Very Long Baseline Interferometry Usa a diferença de tempo que as ondas de rádio, extraterrestres, levam para atingir as diversas antenas; Antenas distâncias; separadas por grandes Quanto mais espaçadas estiverem as antenas, mais precisas serão as observações; Conjunto de rádio telescópios. Imagem por Denise Coleman via Flickr

20 Sistema de referência Fontes celestes Quasares Núcleos Galáctico

21 Geometria

22 Geometria Antenas intercontinentais não conectadas por cabos; Capta e grava o sinal de fontes de radio extraterrestre e a diferença de tempo de chegada em cada uma das antena.

23 Geometria Dadas dua antenas (A e B), O sinal atinge primeiro a A, e depois a B com certo atraso. Introduzindo um atraso no caminho da onda da antena A, obteremos sinais em fase no correlacionador O Correlator combina os dois sinais (vindos de A e B) formando o chamado "Interference Fringe". Fonte:

24 Geometria S: Fontes de rádio particular; b: Linha de base terrestre intercontinentais das antenas; c: Velocidade da luz no vácuo; τ. c: Diferença no tempo de chegada do sinal em nas antenas.

25 Geometria As S são Consideradas paralelas, pela grande distancia dos quasares. Registro em fita magnética

26 Geometria As fitas são enviadas para um correlacionador, onde é feito o processamento, os dados são cruzados até que ambos os fluxos de sinais estejam perfeitamente alinhados. A saída do dispositivo de correlação mostra um padrão de interferência de amplitude máxima do sinal de alinhamento.

27 Frequência de Fringe (máximos e mínimos da amplitude) 1 Τ (t )= b s (t )+Δ t AB (t )+Δ t Instru + Δ t Atm. c Τ (t ) 1 Δ t AB (t )= (r 2 s)τ (t ) c Δ t Instru =a1 +a 2 t Δ t Atm. : Atraso no sinal; : Tempo, definido pelos relógios das estações : Aberração Diurna; :Correção da distorção e deriva dos relógios da estação; : Correção para a refração troposférica.

28 Equação da Frequência de Fringe υ0 f (t )= b s (t )+ Δ f AB +Δ f Instru +Δ f Atm. c υ0 :Sinal de frequência recebido

29 Equação da Frequência de Fringe υ0 f (t )= b s (t )+ Δ f AB +Δ f Instru +Δ f Atm. c υ0 :Sinal de frequência recebido

30 Atividade

31 O que são Quasares? Qual sua importância para a técnica VLBI?

32 Vantagens

33 Vantagens E independente do campo de gravida de da terra Não é afetado por erros de órbita de satélites no campo de gravidade; Independencia no valor de incerteza GM (Constante Gravitacional da Terra) e, portanto, tambem dos problemas relacionados à escala.

34 Desvantagens

35 Desvantagens Técnica muito cara, o que ocasiona, um números limitado de Telescópios; Os erros instrumentais como deformação da antena VLBI, são de difícil solução; Os resultados não são disponibilizados em tempo real

36 Retardamento da fase Θ0 Existe uma dificuldade em determinar o centro de fase devido a efeitos de propagação atmosférica, movimento de rotação da Terra e o movimento das antenas em relação a fonte Portanto o processo de correlação geralmente determina posições relativas relativas

37 Atividade

38 Em qual fenômeno físico se baseia a técnica VLBI?

39 Onde adquirir as observações T(t). Disponibilizados no site do IVS - (International VLBI Service fro Geodesy & Astrometry); Em formato de arquivos de texto no padrão NGS Card File ; As observações VLBI, devem estar disponíveis em no máximo uma semana

40 IVS International VLBI Service for Geodesy & Astrometry (Serviço Internacional de VLBI para Geodésia e Astrometria)

41 IVS International VLBI Service for Geodesy & Astrometry sa.gov/

42 IVS International VLBI Service for Geodesy & Astrometry IVS é uma colaboração internacional de organizações (IAG, IUS e ICSU: International Council for Science's) que operam ou suportam componentes (dados e produtos para a comunidade científica) de Very Long Baseline Interferometry (VLBI).

43 OBJETIVOS: Fornecer um serviço para apoiar pesquisas geodésicas, geofísicas e astrométricas e atividades operacionais. Interagir com a comunidade de usuários de produtos VLBI e integrar o VLBI em um sistema global de observação da Terra. Promover atividades de pesquisa e desenvolvimento em todos os aspectos da técnica de VLBI geodésica e astrométrica.

44 O IVS fornece dados e produtos para a comunidade científica. Alguns dos produtos são: referencial terrestre (TRF), referencial celestial internacional (ICRF) e parâmetros de orientação da terra (EOP). Todos os dados e produtos IVS são arquivados em data centers e estão disponíveis para pesquisas em áreas relacionadas de geodésia, geofísica e astrometria.

45 DADOS E PRODUTOS - IVS a.gov/productsdata/index.html

46 DADOS E PRODUTOS - IVS Os dados são adquiridos por Estações de Rede e depois são processados por Correladores que submetem os bancos de dados aos Data Centers. As bases de dados processadas são analisadas pelos Centros de Análise para gerar produtos.

47 DADOS E PRODUTOS - IVS O conteúdo dos Data Centers (Centro de Dados) é organizado em dois tipos: DADOS, incluindo dados primários, como bases de dados e arquivos de cartão NGS, e dados auxiliares, como arquivos de agendamento e arquivos de log. PRODUTOS, como EOP (Parametros de Orientação da Terra), TRF (referencial terrestre), CRF (referencial celeste).

48 DADOS - IVS Os três centros de dados primários são: BKG (Alemanha), CDDIS (EUA) e OPAR (França). Esses Data Centers se espelham várias vezes ao dia, de modo que as propriedades/dados são consistentes.

49 DADOS - IVS Todos os arquivos de dados são organizados em subdiretórios por ano e, em seguida, por sessão.

50 PRODUTOS - IVS

51 PRODUTOS - IVS O IVS fornece os seguintes produtos: Série Intensiva de Parâmetros de Orientação da Terra Série de Parâmetros de Orientação da Terra da Sessão Referencial Terrestre Referencial Celeste Soluções diárias UT1 Soluções diárias de EOP + coordenadas de estação Parâmetros troposféricos Séries temporais de comprimentos da linha de base Todos os produtos são gerados por Centros de Análise individuais e estão disponíveis nas páginas dos produtos.

52 PRODUTOS - IVS Combina as soluções VLBI gerando os resultados abaixo:

53 Combina as soluções VLBI gerando os resultados abaixo:

54 ESTAÇÕES VLBI

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57 No BRASIL temos: Fortaleza, CE Movendo-se 12 mm/ano em direção ao norte, 5 mm/ano em direção oeste, 2 mm/ano para cima (INPE, 2007). Seu diâmetro é de 14,2 metros. É o único do gênero no país e integra o Rádio Observatório Espacial do Nordeste (Roen). A antena faz parte de uma rede internacional com mais 30 grandes radiotelescópios concentrados principalmente na Europa, Estados Unidos, Japão, Rússia, Austrália e África do Sul.

58 Aplicações VLBI Geodésia espacial; Geodinâmica; Geofísica; Astrofísica; Rádio astronomia; Estudo de propagação na Troposfera e Ionosfera.

59 Custos Em geral, a técnica de VLBI concentra grandes quantidades de investimentos para construção e operação,conforme pode ser verificado a seguir(iag/usp): Receptores: US$1 Milhão; Antena: US$14 Milhões; Antena adicional: US$8 Milhões; Testes, transporte e instalação: US$1,5 Milhão; Tempo de operação (10anos): US$2 Milhões.

60 Acurácia Possui alta qualidade na aquisição de dados, visto que o uso dos relógios atômicos pode determinar as diferenças temporais próximo a alguns picosegundos(10 12segundos), deste modo as posições espaciais relativas dos telescópios e das fontes de raio astronômicas podem ser determinadas com poucos milímetros e/ou milissegundos.

61 Atividade

62 Atividade As organizações que colaboram com o IVS são: IAG, IUS e IERS. VERDADEIRO OU FALSO???

63 Atividade As organizações que colaboram com o IVS são: IAG, IUS e IERS. FALSO Elas são: IAG, IUS e ICSU.

64 Atividade Cite DUAS aplicações do VLBI.

65 Atividade Cite DUAS aplicações do VLBI. RESPOSTA: Geodésia espacial; Geodinâmica; Geofísica; Astrofísica/Astronomia; Rádio astronomia; Estudo de propagação na Troposfera e Ionosfera.

66 Novidades

67 E-VLBI Europa investiu na conexão de, 6 telescópios com fibras ópticas de 1 Gigabit por segundo que estão agora conectados ao JIVE (Joint Institute for VLBI in Europe) Os primeiros experimentos astronômicos usando esta nova técnica (e-vlbi) obtiveram sucesso o que acelera e simplifica significativamente o processo de observação. Devido a alta taxa de dados em uma observação de VLBI é difícil enviar os dado através de conexões de Internet normais, pois a taxa de dados em uma observação de VLBI é muito mais alta que o tráfego total de internet global.

68 Obrigado!!!