توليف الفتحة

تركيب الفتحة أو التصوير التركيبي هو نوع من أنواع قياس التداخل الضوئي ، حيث يمزج الإشارات من مجموعة من التلسكوبات لإنتاج صور بنفس الدقة الزاوية لجهاز بحجم المجموعة بأكملها. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} عند كل مسافة واتجاه، يُنتج نمط الفصوص في مقياس التداخل إشارةً تمثل أحد مكونات تحويل فورييه للتوزيع المكاني لسطوع الجسم المرصود. وتُنتج صورة (أو "خريطة") المصدر من هذه القياسات. تُستخدم مقاييس التداخل الفلكية بشكل شائع في عمليات الرصد الفلكي عالية الدقة في مجالات الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والموجات دون المليمترية والموجات الراديوية . على سبيل المثال، استخلص مشروع تلسكوب أفق الحدث أول صورة لثقب أسود باستخدام تركيب الفتحة. ^{[ 4 ]}

لا يمكن إجراء توليف الفتحة إلا إذا قام كل تلسكوب بقياس كل من سعة وطور الإشارة الواردة . بالنسبة للترددات الراديوية، يُمكن تحقيق ذلك إلكترونيًا، بينما بالنسبة للترددات الضوئية، لا يُمكن قياس المجال الكهرومغناطيسي مباشرةً ومعالجته برمجيًا، بل يجب نقله عبر بصريات حساسة وتداخله بصريًا. يتطلب ذلك دقة عالية في تأخير الإشارة الضوئية وتصحيح انحرافات جبهة الموجة الجوية، وهي تقنية بالغة التعقيد لم تُصبح ممكنة إلا في تسعينيات القرن الماضي. لهذا السبب، استُخدم التصوير بتوليف الفتحة بنجاح في علم الفلك الراديوي منذ خمسينيات القرن الماضي، وفي علم الفلك الضوئي/الأشعة تحت الحمراء منذ مطلع الألفية. للمزيد من المعلومات، انظر مقياس التداخل الفلكي .

لإنتاج صورة عالية الجودة، يلزم عدد كبير من المسافات المختلفة بين التلسكوبات المختلفة (تُسمى المسافة المتوقعة بين أي تلسكوبين كما تُرى من مصدر الراديو خط الأساس) - كلما زاد عدد خطوط الأساس المختلفة، كان ذلك أفضل للحصول على صورة جيدة. يُعطى عدد خطوط الأساس ( n_b) لمصفوفة من n تلسكوب بالعلاقة n_b = ( n ₂ ^-  n ) / 2. ${\displaystyle {\binom {n}{2}}}$أو ⁿ C ₂ ). على سبيل المثال، تحتوي المصفوفة الكبيرة جدًا على 27 تلسكوبًا توفر 351 خط أساس مستقل في وقت واحد، ويمكنها تقديم صور عالية الجودة.

وعلى النقيض من المصفوفات الراديوية، فإن أكبر المصفوفات البصرية حاليًا لا تحتوي إلا على 6 تلسكوبات، مما يؤدي إلى جودة صورة أضعف من خطوط الأساس الـ 15 بين التلسكوبات.

تستخدم معظم مقاييس التداخل ذات التركيب الفتحي بترددات الراديو دوران الأرض لزيادة عدد خطوط الأساس المختلفة المُضمنة في عملية الرصد (انظر الرسم البياني على اليمين). يتيح جمع البيانات في أوقات مختلفة إجراء قياسات بمسافات وزوايا مختلفة بين التلسكوبات دون الحاجة إلى تلسكوبات إضافية أو تحريك التلسكوبات يدويًا، حيث ينقل دوران الأرض التلسكوبات إلى خطوط أساس جديدة.

تمت مناقشة استخدام دوران الأرض بالتفصيل في ورقة بحثية نُشرت عام 1950 بعنوان " مسح أولي للنجوم الراديوية في نصف الكرة الشمالي" . ^{[ 5 ]} تستخدم بعض الأجهزة دورانًا اصطناعيًا لمصفوفة مقياس التداخل بدلاً من دوران الأرض، كما هو الحال في قياس التداخل باستخدام قناع الفتحة .

طُرح مفهوم تركيب الفتحة لأول مرة عام 1946 على يد عالمي الفلك الراديوي الأستراليين روبي باين-سكوت وجوزيف باوسي . انطلاقًا من دوفر هايتس في سيدني ، أجرى باين-سكوت أولى عمليات الرصد باستخدام مقياس التداخل في علم الفلك الراديوي في 26 يناير 1946، مستخدمًا رادارًا تابعًا للجيش الأسترالي كتلسكوب راديوي. ^{[ 6 ]}

طُوِّرت تقنية تصوير تركيب الفتحة لاحقًا بأطوال موجية راديوية على يد مارتن رايل وزملاؤه من مجموعة علم الفلك الراديوي بجامعة كامبريدج . وقد حصل مارتن رايل وتوني هيويش معًا على جائزة نوبل لهذا الإسهام وغيره من الإسهامات في تطوير قياس التداخل الراديوي. ^{[ 7 ]}

قام فريق علم الفلك الراديوي في كامبريدج بتأسيس مرصد مولارد لعلم الفلك الراديوي بالقرب من كامبريدج في الخمسينيات من القرن الماضي. وخلال أواخر الستينيات وأوائل السبعينيات، ومع تطور قدرة أجهزة الكمبيوتر (مثل تيتان ) على التعامل مع عمليات عكس تحويل فورييه المكثفة حسابيًا المطلوبة، استخدموا توليف الفتحة لإنشاء  فتحة فعالة "ميل واحد" ولاحقًا "5 كيلومترات" باستخدام تلسكوبي الميل الواحد ورايل ، على التوالي.

تم تطوير هذه التقنية لاحقًا في مجال قياس التداخل ذي الخطوط الأساسية الطويلة جدًا للحصول على خطوط أساسية تمتد لآلاف الكيلومترات، وحتى في التلسكوبات البصرية . ويمكن أن يشير مصطلح "تركيب الفتحة" أيضًا إلى نوع من أنظمة الرادار يُعرف باسم رادار الفتحة التركيبية ، إلا أن هذا النظام لا يرتبط تقنيًا بطريقة علم الفلك الراديوي، وقد طُوّر بشكل مستقل.

في الأصل، كان يُعتقد أنه من الضروري إجراء قياسات عند كل طول أساسي واتجاه حتى حد أقصى معين: يحتوي تحويل فورييه الذي تم أخذ عينات منه بالكامل رسميًا على المعلومات المكافئة تمامًا للصورة من تلسكوب تقليدي بقطر فتحة يساوي الحد الأقصى للطول الأساسي، ومن هنا جاء اسم توليف الفتحة .

سرعان ما اكتُشف أنه في كثير من الحالات، يمكن إنتاج صور مفيدة باستخدام مجموعة متفرقة وغير منتظمة نسبيًا من الخطوط الأساسية، لا سيما بمساعدة خوارزميات فك الالتفاف غير الخطية مثل طريقة الإنتروبيا القصوى . ويُشير الاسم البديل " التصوير التركيبي" إلى التحول في التركيز من محاولة تركيب الفتحة الكاملة (مما يسمح بإعادة بناء الصورة عن طريق تحويل فورييه) إلى محاولة تركيب الصورة من أي بيانات متاحة، باستخدام خوارزميات قوية ولكنها مكلفة حسابيًا.

لتجنب هذه العقبة الحسابية، تستخدم تلسكوبات مثل مصفوفة ديب سينوبتيك عددًا كبيرًا من الهوائيات (2000 هوائي في هذه الحالة) موزعة عشوائيًا لأخذ عينات شبه كاملة من مستوى uv . ينتج عن ذلك دالة انتشار نقطية تسمح بإعادة بناء أبسط بكثير، بحيث يمكن حساب الصور فور وصول البيانات من التلسكوب. يُشار إلى هذا النوع من التلسكوبات باسم كاميرا الراديو .

تجدر الإشارة إلى أن توليف الفتحة مستقل تقنياً وتاريخياً عن رادار الفتحة التركيبية ، وهي تقنية دوبلر ، طُوِّرت في الأصل في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي على يد كارل أ. وايلي . مبادئ التشغيل غير مرتبطة. ^{[ 8 ]}

• تشكيل الحزمة
• الرادار ذو الفتحة التركيبية التداخلي (IfSAR أو InSAR)
• مجال الضوء
• الكشف البصري غير المتجانس (SAHD)
• قياس المغناطيسية بالفتحة التركيبية
• سونار الفتحة التركيبية
• الرادار ذو الفتحة التركيبية (SAR) والرادار ذو الفتحة التركيبية العكسية (ISAR)
• نظرية فان سيترت – زرنيك # تركيب الفتحة

• تطوير التداخل الراديوي ، من كتاب التداخل البصري الفلكي، مراجعة أدبية بقلم بوب توبس، كامبريدج، 2002
• تلسكوب كامبريدج لتوليف الفتحة البصرية
• محاكي توليف الفتحة (أداة تفاعلية لتعلم مفاهيم توليف الفتحة)