• Nie Znaleziono Wyników

MOŻLIWE POCHODZENIE CHARONA

W dokumencie Postępy Astronomii nr 1/1984 (Stron 35-42)

Liczne obserwowane fakty i teoretyczne badania ( L i n 1981; M i g n a r d 198l) faworyzują taką hipotezę pochodzenia sateli­ ty: powstał on w wyniku rozszczepienia „pierwotnie" istniejącej planety. Teoretycznie wyliczona przez autorów (podanych wyżej) wartość krytycznego momentu kątowego rotującego ciała, po przekro­ czeniu której staje się ono niestabilne i zaczyna się dzielić, jest niewiele różna od całkowitego momentu kątowego systemu Plu- ton-Charon. Obecnie w konfiguracji Pluton-Charon obserwuje się też jedyną w swym rodzaju sytuację w Układzie Słonecznym, a mia­ nowicie okres obiegu satelity wokół Plutona jest praktycznie pra­ wie równy okresowi obrotu planety. Za taki stan czyni się odpo­ wiedzialne pływowe przyciąganie w systemie. Ewolucja pływowa za­ chodzi z powodu zniekształcenia planety przez satelitę - i odwrot­ nie. Proces ten przebiega tak długo, aż rotacyjna prędkość kątowa planety będzie równa prędkości orbitalnego ruchu średniego. Widać więc, że system Pluton-Charon osiągnął stan końcowy pełnej syn­ chronizacji tych dwu prędkości. Teoretycznie wyliczony stosunek mas odpowiedzialny za obecność synchronicznego stanu jest w dużej zgodności z wartością 8-10, jaką charakteryzuje się stosunek mas Plutona do Charona. Wszystkie te fakty wzmacniają ufność w hipo­

tezę pływowego pochodzenia synchronizmu. Rozważania nad tym, czy orbita Charona była usytuowana w przeszłości na zewnątrz, czy w e ­ wnątrz obecnej orbity (przy stanie synchronicznym możliwe są do

26 B. Todorovic-CJuchniewicz

rozważenia te dwie możliwości), daję bardziej wiarygodny obraz drugiego przypadku. Za nim przemawia czas rozwoju systemu do sta­ nu bieżącego, który mieści się wewnątrz wieku Układu Słonecznego. Może go również potwierdzać obserwacja jednakowego współczynnika odbicia dla obu ciał. W rezultacie można przyjęć, że Charon w przeszłości był bliżej Plutona niż obecnie. Niektórzy astronomo­ wie uważają, że pochodzenie Charona trzeba powiązać z wytłumacze­ niem pochodzenia samego Plutona. H a r r i n g t o n i v a n F l a n d e r n (l979), F a r i n e l l a i in. (l979), D o - r m a n d i W o o l f s o n (1980) zaintrygowani małę masę Plutona i zdecydowanie różnę budowę niż wielkie planety, badali hipotezę pochodzenia Plutona proponowanę jeszcze przez L y t t- 1 e t o n a, a dotyczęcę ucieczki satelity od Neptuna. W wyniku zbliżenia nieznanej planety do Neptuna satelita ten (dzisiejszy Pluton) zostałby wyrzucony na orbitę okołosłonecznę, która mogła­ by być bliska obecnej. To samo zdarzenie mogło spowodować odłama­ nie się kawałka uciekajęcego satelity, który stałby się Charonem. W konsekwencji Pluton byłby planetę o nieregularnym kształcie z

różnicę jasności w krzywej blasku spowodowanę rotację planety. Prezentowane przed chwilę pochodzenie Charona nie stoi w sprzecz­ ności z hipotezę pływowę M i g n a r ° d a i L i n a , bowiem oderwane ciało uzyskuje n o w ę , dużą prędkość kętowę powodującą ro­ tacyjną niestabilność, która podzieli to ciało. Deżeli tak byłoby, to stosunek rozmiarów Plutona do Charona będzie zbliżony do war­ tości 1.9. Najmniej wydaje się być prawdopodobna hipoteza pocho­ dzenia Charona podana przez W a l k e r a (1980), w myśl której Pluton i Charon to szczętki jędra komety, która rozpadła się.

6. PODSUMOWANIE

Na podstawie dotychczas zebranego i udostępnionego materiału dotyczęcego satelity Plutona nie ma już żadnych wątpliwości, że Charon istnieje, choć nie przestaje być dla nas obiektem zagadko­ wym .

Charon jest ciałem małym, porusza się w niewielkiej odległoś­ ci od planety i te jego cechy powodują duże trudności obserwacyj­ ne . To z kolei pociąga za sobę niepewność wyznaczenia elementów orbity oraz niedostatek danych dotyczących fizycznych parametrów satelity. Kłopoty w o s z a c o w a n i u wartości połowy wielkiej osi

orbi-C h a r o n 27 t y ( d o k ł a d n o ś ć w y z n a c z e n i a t e j w i e l k o ś c i j e s t s i l n i e u z a l e ż n i o n a od t y p u o b s e r w a c j i ) o d b i j a j ą s i ę na w y z n a c z e n i u w a r t o ś c i masy s y s ­ tem u. Mimo t o w ł a ś n i e o k r y c i e C h a r o n a p o z w a l a z w e r y f i k o w a ć n a s z e p o g l ą d y na z n a j o m o ś ć masy P l u t o n a . Z i s t n i e j ą c y c h d a n y c h o C h a r o ­ n i e s z a c u j e s i ę , ż e masa P l u t o n a j e s t o k o ł o dwa r z ę d y w i e l k o ś c i m n i e j s z a od d o t y c h c z a s p r z y j ę t e j (masa P l u t o n a z a a k c e p t o w a n a p r z e z M ię d z y n a r o d o w ą U n i ę A s t r o n o m i c z n ą w 1976 r . w y n o s i 7 * 10 g ) . Z d o t y c h c z a s uz n a w a n ych mechanizmów p o c h o d z e n i a s a t e l i t ó w w U k ł a d z i e S ł o n e c z n y m , t a k i c h j a k a k r e c j a , wychw yt c z y r o z s z c z e p i e ­ n i e , p r a w d o p o d o b n ie t r z e c i z n i c h j e s t o d p o w i e d z i a l n y z a p o c h o ­ d z e n i e C h a r o n a . A ż e b y j e d n a k o p i s s y s t e m u P l u t o n - C h a r o n b y ł c o r a z b a r d z i e j b l i ż s z y p ra w d y , p o t r z e b n e s ą j e g o d a l s z e o b s e r w a c j e w y k o r z y s t u j ą ­ ce w s z y s t k i e d o s t ę p n e t e c h n i k i o b s e r w a c y j n e . L IT E R A T U R A A n d e r s s o n L . E . , F i x 3 . D . , 1 9 7 3 , I c a r u s , 2 0 , 2 7 9 . A n d e r s s o n L . E . , 1 9 7 8 , B u l l , Am. A s t r o n . S o c . , 1 0 , 5 8 6 . A r n o l d S . 3 . , B o k s e n b e r g A . . S a r g e n t W . L . W ., 1 9 7 9 , A p . 3 2 3 4 , L 1 5 9 . B o n n e a u D . , F o y R . , 1 9 8 0 , A s t r . A s t r o p h y s . , 9 2 , L I . C h r i s t y 3 . W. , H a r r i n g t o n R . S . , 1 9 7 8 , A . 3 . . 8 3 , 1 0 0 5 . O o r m a n d O . R . , W o o l f s o n M . M . , 1 9 8 0 , M . N . R . A . S . , 1 9 3 . 1 7 1 . F a r i n e l l a P . , M i 1 a n i A. M . , V a l s e c c h i G. B . , 1 9 7 9 , T he Moon and th e P l a n e t s , 2 0 , 4 1 5 . H a r r i n g t o n R . S . , C h r i s t y 3.W . 1 9 8 0 a , A . 3 . , 8 5 , 1 6 8 . H a r r i n g t o n R . S . , C h r i s t y J . W . , 1 9 8 0 b , I c a r u s , 4 4 , 3 8 . H a r r i n g t o n R . S . , C h r i s t y 3 . W ., 1 9 8 1 , A . 3 . , 8 6 , 4 4 2 . H a r r i n g t o n R . S . , V a n F l a n d e r n T . C . , 1 9 7 9 , I c a r u s , 3 9 , 1 3 1 . H e g e K . E . , H u b b a r d E. N. , D r u m m o n d 3 . D. , S t r i t t m a t t e r P. A . , W o r d e n S . P . , L a u e r T . , 1 9 8 2 , I c a r u s , J50 , 7 2 .

f 28 B . Todorovic-Ouchniewicz H e t t e r i c h N. , W e i g e l t G . , 1983, A s tr . Aatrophys., 1 2 5 , 2 46. L i n D . N . , 1981, M . N . R . A . S . , 197, 1081. M l g n a r d F . , 1981, A s tr. Astrophys., 96, L I . M u l h o l l a n d 3 . D . , B i n z e l R . P . , 1983a , A .3 . , 88, 2 2 2

.

M u l h o l l a n d D . D . , B i n z e l R . P . , 1983b, IAU C i r c . , No, 3 8 2 9 . T h o m s e n B. , A b i e s H . O . , 1978, B u ll . Am. Astron.Soc. 10, 586. V a n F l a n d e r n T . C . , P u l k k i n e n K . F . , 1981, B u l l. Am. Astron. S o c . , 13, 573. W a l k e r A . R . , 1980, M . N . R . A . S . , 192, 47P.

P o stę py A st r o n o m i i Tom XXXII (1984). Zeszyt 1

I N T E R F E R O M E T R I A W I E L K O B A Z O W A C zęść IV

S Y N T E Z A APER T U R Y

K A Z I M I E R Z M. B O R K O W S K I

a n d r z e d ' d . K U S

K a t e dra R a dioastronom ii Uni wersy tetu M. K o p e r n i k a (Toruń) PA£HOHHTEP$EPOMETPHfl CO CBEPXJUIHHHHMH BA3AMH

HacTb IV CHHTE3 AIIEPTyPH

K. M. E o p K o b c k h , A . H. K y C

C o f l e p a c a H a e

IIpeflCTaBJieHO o6ąee BBefleHHe b KJiaccmiecKHft cnHTe3 anepiypu h MeTOffu PCJIE paaBHTHe b nocJieflHHe rofihi. OCcyacfleHO 3aTpyflHeHHH Bme- KaioąHe H3 Ce^Horo noKpuTHH hjiockocth npocipaHCTBeHHux ^acTOT h ot- CyTCTBHH H3MepeHHft $a3H $yHKUHH BHflHMOCTH. MeXfly flpyrHMH npeflCTa- BaeHo MeTOflH £5e3$a30B0r0 peKOHCTpyHpoBaHHH H3o6paaceHH0 h aBioicajiH- OpaqHOHHue npoqeAypu.

T H E VE R Y LONG BASELINE INTERFEROMETRY Part IV

VLBI A P E R T U R E SY N T H E S I S

S u m m a r y

Genera l in troduction to classical aperture synthesis and m e t h ­ ods of VLBI source m a p pin g developed during the past decade is presented. D i f ficulties due to in complete uv plane coverage and the phase problem are di scussed to some extent. A m o n g other m e t h ­ ods the p haseless image reco nstruction and a few s e l f c a l i b r a t i n g procedures are outlined.

30 K. M. Borkowski, A. 3. Kus

Przedstawiony artykuł jest kolejnym z serii traktującej o in­ terferometrii wielkobazowej (VLBl). Poprzednie odcinki tego prze­ glądu nosiły następujące podtytuły: część I - „Wprowadzenie” ( B o r k o w s k i i K u s 1983a), część II - „Systemy VLBI" ( B o r k o w s k i i K u s 1983b) i część III - „Obróbka da­ nych V L B I " ( B o r k o w s k i 1984). Zachowujemy numerację roz­ działów, wzorów i rysunków w obrębie każdej części. Spisy litera­ tury są kompletne w każdej z nich, mimo że niektóre pozycje były już cytowane wcześniej.

1. WSTgP

Pod pojęciem „synteza apertury“ rozumie się zwykle kompletowa­ nie albo składanie pewnej powierzchni zbierającej sygnał za pomo­ cą ruchomych elementów, czyli tzw. syntezę Ryle'a. Istnieje wszak­ że wiele innych sposobów syntezy, w tym także technika V L B I , w których przy niezbyt wielkich nieruchomych antenach osiąga się zdolność rozdzielczą odpowiadającą jednej wielkiej antenie o za­ pełnionej, lub znacznie wy pe łn io ne j, powierzchni. W związku z tym użycie słowa „apertura" do określenia tych innych sposobów synte­ zy jest niekiedy zasadnie krytykowane, ale utrzymujemy je, by być w zgodzie z terminologią powszechnie stosowaną w literaturze świa­ towej .

Chociaż zasady syntezy zostały sformułowane przez R y l e ' a dopiero w 1959 r. ( R y l e 1960; R y l e i H e w i s h I960), to jej przypadki szczególne (interferometry ze zmienną bazą, in­ terferometry wieloelementowe, krzyż Millsa i krzyż Christiansena) stosowano już poczynając od 1950 r. Kilka z fundamentalnych prac tamtego okresu cytuje F o m a l o n t (1979).

Gdyby pewien obszar Ziemi był całkowicie pokryty antenami, to wszystkie możliwe kombinacje baz istniałyby jednocześnie, a po­

prawna analiza sygnałów wyjściowych wszystkich interferometrycz­ nych par dałaby taki sam wynik, jaki dostałoby się z pojedynczej anteny o powierzchni tego obszaru. Sieci VLBI składają się na ogół z zaledwie kilku anten rozrzuconych na obszarach o rozmia­ rach kontynentu, lub wręcz globu ziemskiego, co stanowi wypełnie­ nie apertury (powierzchni) skrajnie niewystarczające. Bazy (wek­ tory łączące poszczególne anteny) widziane z obserwowanego odleg­ łego źródła są rzutami na płaszczyznę prostopadłą do kierunku w i ­ dzenia, ciągle zmieniającymi swe położenie i wymiar na skutek

ob-Interferometria wielkobazowa 31 rotu Ziemi. W przeciągu doby zmiany rzutów baz są znaczne, a syg­ nały uzyskane kolejno w czasie z każdego z interferometrów sę w sumie równoważne sygnałom otrzymanym z wielokrotnie więcej różnych interferometrów pracujących wielokrotnie krócej, ale jednocześnie. W ten sposób efekt równoważny bogatej sieci anten uzyskuje się z

pary lub kilku anten obserwując dany obiekt przez odpowiednio dłuż­ szy czas, potrzebny na znaczący obrót Ziemi. Metoda ta nazywa się syntezą rotacyjną (Earth-rotation synthesis), albo supersyntezę. Wypełnienie aparatury wskutek rotacji Ziemi, albo lepiej: pokry­ cie płaszczyzny prostopadłej do kierunku źródła (zwanej płaszczyz­ nę częstości przestrzennych, uv) wygodnie przedstawia się na w y ­ kresie położenia końców wektorów baz zajmowanych w ciągu doby (po­ mijając czas, kiedy źródło znajduje się pod „horyzontem interfe­

rometru” ). Przykład takiego pokrycia sporządzony dla Europejskiej Sieci VLBI (e v n) podajemy na rys. 1. W przypadku radioźródła

znaj-i

Rys. 1. Pokrycie płaszczyzny uv uzyskane z 12-godzinnej obserwa­ cji w trzech stacjach EVN: God- rell Bank (□), Toruń (t) i Wes- terbork (w). Częstości przes­ trzenne wyskalowano na falę o długości ~ 50 cm (609 MHz) i de­ klinację 3 0 ° 3 6 ' (sin ff => 0,5)- Interpretację takiego przedsta­

wienia zawiera Dodatek 1

dującego się na biegunie nieba wszystkie bazy, w rzucie na płasz­ czyznę uv, zataczają okręgi o promieniach równych składowym rów­ nikowym baz. Dla źródeł poza biegunami okręgi takie przechodzą w elipsy, by wreszcie zdegenerować się do odcinków prostych, gdy źródła znajdą się na równiku niebieskim. Rygorystyczniej pisaliś­ my już o tym w punkcie 3.1. cz. I tego przeglądu (por. ponadto też R y l e i N e v i l 1962; D u g i n i in 1971; T s e y t l i n 1976).

32 K . M. Borkowski, A . 3 . Kus

Przypomnimy je s zc ze , że użycie interferometrii radiowej w kla­ sycznych badaniach dwuwymiarowych rozkładów jasności źródeł na sferze niebieskiej (np. R y l e i i n . 1959; B r a c e w e l l 1961; C h r i s t i a n s e n i H o g b o m 1969; S w e n ­ s o n 1969; 1981; R y l e 1972; F o m a l o n t 1973, 1979; F o m a l o n t i W r i g h t 1974; R o g e r s i i n . 1974; B r o u w 1975; P o o 1 e y 1976; D ' A d d a r i o 1980; R o- g e r s 1980) znajduje teoretyczną podbudowę w znanym w optyce twierdzeniu Van Cittert-Zernike ( B o r n i W o l f 1 9 6 4 ). Twierdzenie to stanowi, że dwuwymiarowa funkcja widzialności V , traktowana Jako funkcja częstości przestrzennych u i v , jest tran­ sformatę Fouriera rozkładu jasności źródła B ^ , ^ ) (por. wzór (13) c z . i ) . Znajęc współrzędne bazy interferometru zawsze można wyzna­ czyć jej składowe w kierunku deklinacji (v) i rektascensji (u) źródła dla każdej chwili pomiaru funkcji korelacji r, a więc tak­ że funkcji widzialności V (c z . I wzory (11) i ( l 2 ) ) . Po dostate­ cznie wielu pomiarach odpowiednio gęsto rozłożonych na płasz­ czyźnie uv można odtworzyć rozkład jasności B odwrotnym przeksz­ tałceniem Fouriera przeprowadzonym na funkcji w idzia lno śc i.

W dokumencie Postępy Astronomii nr 1/1984 (Stron 35-42)

Powiązane dokumenty