อินเทอร์เฟอโรเมทรี: สร้างกล้องขนาดเท่าโลก

ความละเอียดของกล้องขึ้นกับขนาดหน้ากล้องเทียบกับความยาวคลื่น \theta\approx\lambda/D สำหรับคลื่นวิทยุ ต้องใช้จานขนาดหลายกิโลเมตรจึงจะเห็นรายละเอียดเท่ากล้องแสงธรรมดา ซึ่งสร้างไม่ได้ แต่มีทางออกที่ชาญฉลาด

หลักการ

เมื่อกล้องสองตัวรับคลื่นจากแหล่งเดียวกัน คลื่นจะมาถึงแต่ละตัวในเวลาต่างกันเล็กน้อย ขึ้นกับทิศของแหล่งกำเนิด เมื่อนำสัญญาณทั้งสองมารวมกันอย่างแม่นยำ จะเกิดการแทรกสอด ซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างของแหล่งกำเนิดในระดับรายละเอียดที่กำหนดโดยระยะห่างระหว่างกล้อง เรียกว่าเส้นฐาน B ยิ่งเส้นฐานยาว ยิ่งเห็นรายละเอียดเล็ก เหมือนเป็นกล้องตัวเดียวที่ใหญ่เท่าระยะห่างนั้น

กล้องคู่หนึ่งให้ข้อมูลเพียงชิ้นเดียว แต่ถ้ามีกล้องหลายตัวก็มีหลายคู่ และเมื่อโลกหมุน แต่ละคู่จะเห็นแหล่งกำเนิดจากมุมที่เปลี่ยนไป ข้อมูลจึงเติมเต็มขึ้นเรื่อย ๆ จนคอมพิวเตอร์สร้างภาพขึ้นมาได้ เทคนิคนี้เรียกว่าการสังเคราะห์ช่องรับแสง พัฒนาโดย มาร์ติน ไรล์ ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ในปี ค.ศ. 1974

เครือข่ายกล้องที่สำคัญ

• Very Large Array ในรัฐนิวเม็กซิโก จาน 27 ใบขนาด 25 เมตร เรียงเป็นรูปตัว Y เลื่อนตำแหน่งได้บนรางรถไฟ
• ALMA ในทะเลทรายอาตากามา ประเทศชิลี ที่ความสูงราว 5,000 เมตร จาน 66 ใบทำงานในย่านมิลลิเมตร ถ่ายภาพจานก่อกำเนิดดาวเคราะห์ที่มีร่องว่างซึ่งดาวเคราะห์อายุน้อยกำลังกวาดอยู่
• VLBI การแทรกสอดแบบเส้นฐานยาวมาก ใช้กล้องที่อยู่คนละทวีป บันทึกสัญญาณพร้อมเวลาจากนาฬิกาอะตอมลงฮาร์ดดิสก์ แล้วนำมารวมกันทีหลังด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์

ภาพแรกของหลุมดำ

Event Horizon Telescope เป็นเครือข่ายกล้องวิทยุแปดแห่งทั่วโลก ตั้งแต่ฮาวาย ชิลี สเปน จนถึงขั้วโลกใต้ ทำงานที่ความยาวคลื่น 1.3 มิลลิเมตร เส้นฐานยาวเกือบเท่าเส้นผ่านศูนย์กลางโลก ความละเอียดที่ได้คือ ความละเอียดที่ได้คือราว 25 ไมโครพิลิปดา

ละเอียดพอจะอ่านตัวหนังสือในปารีสจากนิวยอร์ก ในปี ค.ศ. 2019 ทีมนี้เผยภาพแรกของเงาหลุมดำ M87* และในปี ค.ศ. 2022 ภาพของ Sgr A* ใจกลางทางช้างเผือก

อินเทอร์เฟอโรเมทรีกับแสง

ทำได้ยากกว่ามากเพราะความยาวคลื่นสั้น ต้องควบคุมเส้นทางแสงให้แม่นยำในระดับนาโนเมตร และรวมแสงจริงเข้าด้วยกัน ไม่สามารถบันทึกแล้วรวมทีหลังได้ แต่ก็มีที่ทำได้ เช่น กล้อง VLT ของยุโรป ซึ่งรวมกล้องขนาด 8 เมตรสี่ตัว ใช้ติดตามดาวที่โคจรรอบหลุมดำใจกลางทางช้างเผือกอย่างละเอียด