very long baseline interferometry (vlbi)
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Very Long Baseline Interferometry (VLBI)Interferometría de linea de base muy larga
San Juan, 17.10.19 Dr. Hayo Hase, AGGO-BKG
Very Long Baseline Interferometry Contenido
• Introducción a VLBI• Las fuentes en el universo• La Tierra con nuestros instrumentos• El análisis de datos VLBI• La coordinación de VLBI por el IVS• Una mirada al futuro• El resumen
Principio de un interferómetro VLBI
retraso = c · τ
Cross-correlation functionfunción de la correlación cruzada
Cij (τ)=Corr (v i , v j)=⟨v i(t )v j(t+τ)⟩
maxCij (k )k→τ
=1N ∑
l=1
N
v i [l]v j [l+k ]
esquema:
formula:
formula para corrientes de bits de las observaciones VLBI buscando τ por variación de k:
Productos de VLBI
ICRF
posiciones de cuásares ITRF
posiciones y velocidades de pp.rr.series de tiempolineas de base
EOP
precesiónnutación
movimiento polarUT1-UTC
VLBI es el único métodopara determinar todoslos parametros de larotación de la Tierra.
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• Introducción a VLBI• Las fuentes en el universo• La Tierra con nuestros instrumentos• El análisis de datos VLBI• La coordinación de VLBI por el IVS• Una mirada al futuro• El resumen
Fuentes de microondas usado por VLBICuásares, Active Galactic Nuclei (AGN)
Credit: C.M. Urry and P. Padovani
Distancia a la Tierra:1..13 mil millones años luz
fuente como punto es ideal
sin movimiento propio es ideal
→sistema de referencia celeste es inercialE = m c²
Astrometría por VLBI
imágen de la mas alta resolución del agujo negro en Centaurus-A Tanami
imagén óptico imagén con VLBI
x 720.000
2008
Imagen del agujero negro M87 por VLBI
2019
Morfología de Cuásares
Cortesia Patrick Charlot
Evolution of radio sources over time
Cortesia Patrick Charlot
International Celestial Reference Frame 2ICRF-2
1448 multi-session sources
295 defining sources
IERS Technical Note 35, BKG, 2009
International Celestial Reference Frame 3ICRF-3
ICRF3 esta basado en 4536 fuentes.
303 fuentes, distribuidas homogenicas, definen los ejes del marco de referencia.
En la alta declinación en el sur faltan mas observaciones. Errores de la posición son mas elevados.
CART + AGGO pueden contribuir a mejorar la situación en banda S/X.
ICRF3 contiene también 824 fuentes en banda K (24 GHz) y 678 fuentes en banda X/Ka (32 GHz). CART pueda contribuir a estos catalogos.
ICRF3 esta adoptado hace 1 de enero, 2019.
http://hpiers.obspm.fr/icrs-pc/newwww/icrf/index.php
ICRF3-S/Xfuentes definiendos
ICRF3-Xerrores de posición
vacío de observatorios
en el sur
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Simple ecuación de la observación VLBI
kbWSNPc
1-=
b vector de linea de base entre dos estaciones VLBIk vector unitario a la fuente de la emisiónW matrix para el movimiento polar S matrix para el spin diarioN matrix para la nutación P matrix para la precesión
EOP: parametros de la orientación de la tierra
retraso = c · τ
Monitoreo de los parametros dela orientación de la tierra (EOP) por VLBI
movimiento polar 1984-2006.3
El Niño
La Niña
nutación 1980-2011.5
orientación de la tierra: ±0.2 mas
UT1-UTC
Cortesía Axel Nothnagel
VLBI vs. GNSSOrientación de la tierra
¿A qué relaciona la orientación de la tierra?• Se busca una dirección estable a nivel de 1 ppb• Las òrbitas de GNSS cumplen este damanda en periodos de dias, pero
exponen en los nodos drift en periodos de semanas.
Solución: • Cambio de las fuentes GNSS en nano-años luz de
distancia por las fuentes de VLBI en giga-años luz de distancia. (equivalente a 18 órdenes de magnitud!)
• VLBI esta calibrando UT1 de la tierra.
satelites GNSS
cuásar
Monitoreo de placas tectónicas por VLBI
+33.24 ± 0.27 mm/a
+5.18 ± 0.54 mm/a +48.63 ± 0.98 mm/a
8430 km
9208 km
9167 km
Linea de base Wettzell-Westford
Baseline parameters and standard deviations (1983-2017)Slope [mm/a] Y-intercept [m] at 2000 WRMS [mm] Sessions Excluded16.94 ± 0.02 5998325.594 ± 0.001 5.4 1735 27
http://www.ccivs.bkg.bund.de/EN/Quarterly/VLBI-Baseline/vlbi-baseline_node.html
Linea de base Kokee-TIGO
Baseline parameters and standard deviations (2001-2015)Slope [mm/a] Y-intercept [m] at 2000 WRMS [mm] Sessions Excluded60.22 ± 0.39 0.000 ± 0.000 17.1 859 348
terremoto M8.82010-02-27
http://www.ccivs.bkg.bund.de/EN/Quarterly/VLBI-Baseline/vlbi-baseline_node.html
VLBI aplicado a misiones espaciales
SMART-1 caida a la lunaobservado por TIGO
2006-09-03 01:42:22 UT
Small Missions for Advanced Research in Technology
primera misión lunar de la ESAError: ± 2 cm
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Fenómenos geofísicos presentes en las observaciones
loadingsocean
atmosphereglaciers
groundwater
gravitatingobjects in
spaceprecession
nutationEarth tides
angular momentumoceanatmosphere
pole tide
geophysical effectsplate tectonicsregional tectonicEarth‘s interiorconvectionvulcanismearthquakes
localdeformation
changes inEarth rotation
polar motionlength of day variation
deformation ofEarth body
Observaciones VLBI contienen todos estos efectos geofísicos.
Marea terrestre Carga oceánica, carga atmosférica
H. Schuh
Ny-Ålesund, SpitsbergenWettzell, Alemania
N-S
E-W
radial
mar
eate
rres
tre
carg
aoc
eáni
caca
rga
atm
osfé
rica
[h]
[mm]
1 de abril 2010
VLBI Data Analysis
←retraso τ de la correlación
←calibración por observación en dos bandas S y X←calibración por datos meterológicos o modelos
←datos de calibración de cables y relojes
del obs ervatori o
VLBI Data Analysis Software
• CALC/SOLVE (John Gipson), Linux• MODEST (Ojars Sovers)• OCCAM (Oleg Titov)• GLORIA (Sébastien Lambert)• SteelBreeze (Sergei Bolotin)• GEOSAT (Per Helge Andersen)• VieVS (Johannes Böhm), MatLab• c5++ (Thomas Hobiger)
• Download contact: http://ivscc.gsfc.nasa.gov/analysis/index.html
International Terrestrial Reference FrameITRF2014
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Servicio Internacional de VLBI (IVS)
16 miembros
http://ivscc.gsfc.nasa.gov
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VLBI Global Observing System (VGOS)
• VGOS es un projecto del IVS.• VGOS es la contribución del IVS a realizar GGOS.• observaciones continuas con ciclos de 30s slew/track • radiotelescopios muy rapidos, ≥12m reflectores
parametros kinematicos: vAz
=12°/s, vEl=6°/s, a
AzEl=3°/s²
• feed de ancho banda, 2-14 GHz (2-18 GHz)• digital baseband converter• high-sampling data acquisition rate, ≥ 8Gb/s• e-transfer, e-VLBI• operación distribuida y remotamente controlado • correlador de software• analísis automatizado
Mas información: http://ivscc.gsfc.nasa.gov/technology/vgos-general.html
VLBI Observation Modes
24h observaciones S/X 24h observaciones VGOS
bandwidths: 150 MHz S-band 800 MHz X-Band
bandwidths: 4x 1000 MHz
in 2-14GHz range
present future
better sampling of atmosphere
cortesía Axel Nothnagel
New VGOS radio telescopes
VGOS Radio Telescopes
Santa Maria, Azores - PT Yebes - ES
RAEGE-Project
New VGOS radio telescopes for IVS
under construction
funded
proposal submitted
planning phase upgrade
based on available informationFebruary 2016
planning phase
operational
Status of new VGOS infrastructure2016
cortesía IVS-VPEG
Laguna mas grande en la red de VGOS
mrp = most remote point Hase, Pedreros; J Geod (2014) 88:989–1006
Componentes de una estación VLBI
• radio telescopio con reflector de 10-25m de diametro• feed con receptor cryogénico, 2-14GHz• sampler de alta velocidad, 1Gs/s• sistemas de grabación de datos, 1-8Gb/s• maser hidrógeno como fuente de frecuencia de referencia, 10-15
TwinTelescope Wettzell
feed
amplificador de bajos ruidos data recorder
H-maser
~1 – 5.000.000 €
~3 – 800.000 €
~20.000 €
~20.000 €
~150.000 €
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Resumen
• VLBI es la única técnica que determina todos los parametros de la rotación de la Tierra y que realiza el ICRF.
• VLBI tiene muchas aplicaciones en la geodesia, la astronomía y la exploración del espacio.
• VGOS es una iniciativa y contribución del IVS para el Global Geodetic Observing System (GGOS).
• En la red VGOS faltan puntos de referencia en América Latina.
• AGGO es el primer paso para mejorar la configuración de la red VLBI.
• CART es un segundo paso. Gi lmore CreekYellowkni fe
Al gonqui n
Kokee Park
Fortaleza
O' Hi ggi ns
Syowa
120°105°90° 165°150°135°75°60°45°30°15°0 °- 15°-30°- 45°- 60°- 75°- 90°- 105°- 120°- 135°- 150°- 165°
0 °
30°
45°
60°
75°
- 15°
- 30°
- 45°
- 60°
- 75°
15°
Hartebeesthoek
Medici na
Y ebe s
Ny Ål esund
Not o
Wettzell
Sesha n
Nansha n
BK G
Westford
JPL
Bo rdeaux
Sha n ghai
N ICT
F FI
Mi zusawa
Canadian VLBI
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05/19/2003
Ka shi ma3 4
Network Stati onOperation CenterCorrelatorData CenterAnalysis CenterTec hnol ogy Devel opment CenterCoordinating Center
Pari s
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Onsal a
Ka shi ma 1 1Koganei
Tsukuba
MateraG G A O
Vi enna
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