Астрофизика, кванты и теория относительности - Каррелли А.
Скачать (прямая ссылка):
Первый точный эксперимент по отклонению сигналов, использовавший РИСДБ, был проведен в 1972 г. Каунсельманом и др. [7]. Они использовали четыре антенны, по две в Национальной радиоастрономической обсерватории в Грин-Бэнк (Западная Виргиния) и в Хейстакской обсерватории в Массачусетсе, отстоящих друг от друга на расстояние 845 км. Наблюдались два компактных внегалактических радиоисточника, обозначаемые 3C273 и ЗС279, каждый одной антенной в каждой из обсерваторий. Последний источник покрывается Солнцем 8 октября. Разрешение, полученное с помощью этого интерферометра, который работал на радиочастоте 8 Ггц, составляло около 0,01". Оба источника наблюдались одновременно, чтобы уменьшить влияние атмосферы и относительного дрейфа часов в обеих обсерваториях. Благодаря использованию двух антенн на каждом конце интерферометра оказалось возможным непрерывно следить за «флуктуирующей» фазой для каждого источника. Фаза меняется так быстро и беспорядочно для сигналов, проходящих вблизи Солнца, что любой перерыв в слежении за фазой может иметь значение. В общем случае «флуктуирующую» фазу нельзя согласовать в интервале с перерывами без введения неоднозначностей в 2л. Таким образом, для каждого перерыва при анализе необходимо рассчитывать новую постоянную интегрирования, что часто обусловливает существенное уменьшение ТОЧНОСТИ При оценке Y-
Количество записанной магнитной ленты в этом эксперименте было довольно значительным; вытянутая в одну линию, эта лента протянулась бы из США до Европы и частично вернулась бы обратно. Число записанных битов было равно почти IO12. К счастью почти вся информация оказалась шумом и после пятимесячной обработки дала несколько битов полезного сигнала, а именно следующий результат:
Y = 0,98 ± 0,06. (6)
Точность в этом эксперименте определялась не столько отношением сигнала к шуму, сколько отсутствием надлежащей калибровки; тогда еще не имелось соответствующего оборудования.
Впоследствии был проведен лучший эксперимент с более
короткой базой и прямой электрической связью между антен-
6. Экспериментальная проверка ОТО
223
нами; такая техника называется интерферометрией со связанными элементами. Этот эксперимент был проведен в 1974 г. и повторен в 1975 г. Фомалонтом и Срамеком [12]. Они использовали почти прямолинейное расположение четырех антенн Национальной радиоастрономической обсерватории; три из них располагались на отрезке длиной 2,7 км, а четвертая доводила базу до 35 км. (Использование трех близко расположенных антенн вместо одной было определенным излишеством и вводило небольшие дополнительный усложнения, поскольку четырехэлементное расположение было полностью предназначено для других, астрономических целей.) Чтобы уменьшить влияние земной атмосферы, они наблюдали три источника, также расположенных почти прямолинейно. Эти источники были расположены на одинаковом расстоянии друг от друга в пределах дуги ~10° на небесной сфере, причем центральный источник покрывался Солнцем 11 апреля. Все наблюдения велись одновременно на частотах 2,7 и 8,1 ГГц, чтобы уменьшить влияние солнечной короны. Эти три источника не могли наблюдаться одновременно, а наблюдались последовательно. Перерывы в измерениях флуктуирующих фаз для каждого источника в этом случае были не так значительны, как в эксперименте с РИСДБ, главным образом потому, что наличие значительно более короткой базы влечет за собой соответственное уменьшение степени флуктуации, что позволяет однозначно осуществить фазовую связь.
Основная неточность в результатах этих экспериментов, использовавших интерферометрию со связанными элементами, обусловливалась атмосферой. Использование трех источников и линейной интерполяции обеспечило лишь частичный успех в уменьшении атмосферных эффектов. Сопоставляя данные двух лет, Фомалонт и Срамек получили
Y =1,01 ±0,02, (7)
что почти в три раза точнее, чем результат, полученный в прежних экспериментах с РИСДБ.
Какие дальнейшие улучшения возможны в использовании интерферометрии для измерения гравитационного отклонения радиоволн? Вероятно, будут проводиться эксперименты по интерферометрии со связанными элементами на сверхдлинной антенной системе, которая сейчас создается в Сокорро в Нью-Мексико. Эта антенная система будет содержать 27 телескопов, каждый диаметром 25 м, и будет образовывать букву Y с максимальным размером примерно 25 км. Достижимая точность, вероятно, будет лимитирована нейтральной атмосферой до уровня стандартной ошибки о (у) порядка 0,006. Улучшение должно достигаться благодаря ожидаемым более устойчивым
224
И. Шапиро
атмосферным условиям в Нью-Мексико и использованию большого числа антенн, что может способствовать усреднению ошибок, вносимых атмосферой. Достижимая методом РИСДБ точность должна быть существенно выше. Поскольку влияние атмосферы в значительной степени некоррелировано на расстояниях больше чем несколько десятков километров, такие эффекты будут пропорционально меньше для длинных баз. Анализ, проведенный Ратнером (частное сообщение, 1976 г.), показывает также, что влияние на точность турбулентности в короне будет уменьшаться с увеличением длины базы, но более медленно, чем в обратной пропорции. (Однако для баз длиннее 5000 км отсутствие взаимной видимости источников становится серьезным ограничением достижимой точности.)
