Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

चंद्र सतह पर बड़े पैमाने पर रेडियो सरणी की इमेजिंग का अनुकरण

Published: July 30, 2020 doi: 10.3791/61540
Automatic Translation
1
1Department of Climate and Space Sciences and Engineering, University of Michigan

Summary

चंद्रमा की सतह पर बड़े पैमाने पर रेडियो सरणी की इमेजिंग क्षमताओं के परीक्षण के लिए एक सिमुलेशन फ्रेमवर्क प्रस्तुत किया गया है। प्रमुख शोर घटकों पर चर्चा की जाती है, और एक सॉफ्टवेयर पाइपलाइन को उपन्यास वैज्ञानिक उपयोगों के लिए इसे अनुकूलित करने के तरीके के विवरण के साथ चला जाता है।

Abstract

हाल के वर्षों में प्रकृति में वैज्ञानिक और अन्वेषणात्मक दोनों कारणों से चंद्रमा पर लौटने में नए सिरे से रुचि रही है । चंद्रमा बड़े पैमाने पर कुर्सियां बनाने के लिए सही प्रशिक्षण मैदान प्रदान करता है जो एक मंगल जैसे अन्य ग्रहों पर लागू हो सकता है । चंद्र दूर की ओर एक रेडियो शांत क्षेत्र के अस्तित्व जल्दी ब्रह्मांड अध्ययन और एक्सोप्लैनेट खोजों के लिए वादा किया है, जबकि निकट पक्ष एक स्थिर आधार है कि पृथ्वी के मैग्नेटोस्फेयर से कम आवृत्ति उत्सर्जन का पालन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है कि मदद कर सकता है आने वाले अंतरिक्ष मौसम के लिए अपनी प्रतिक्रिया गेज प्रदान करता है । बड़े पैमाने पर रेडियो सरणी का निर्माण बड़े वैज्ञानिक रिटर्न प्रदान करने के साथ-साथ अन्य ग्रहों पर संरचनाओं के निर्माण की मानवता की क्षमता के परीक्षण के रूप में कार्य करेगा। यह काम सैकड़ों या हजारों एंटेना से मिलकर चंद्रमा पर छोटे से बड़े पैमाने पर रेडियो सरणी की प्रतिक्रिया का अनुकरण करने पर केंद्रित है। सरणी की प्रतिक्रिया सरणी के विन्यास और संवेदनशीलता के साथ उत्सर्जन की संरचना पर निर्भर है। रिसीवर स्थानों की ऊंचाई की विशेषता के लिए चंद्र टोही ऑर्बिटर लेजर अल्टिमर उपकरण से डिजिटल ऊंचाई मॉडल का उपयोग करके नकली रेडियो रिसीवर के लिए स्थानों का एक सेट चुना जाता है। एक कस्टम कॉमन एस्ट्रोनॉमी सॉफ्टवेयर एप्लीकेशन कोड का वर्णन किया जाता है और नकली रिसीवर से डेटा को संसाधित करने के लिए उपयोग किया जाता है, यह सुनिश्चित करने के लिए कि उचित अनुमानों का उपयोग इमेजिंग के लिए उचित अनुमानों का उपयोग करने के लिए स्पाइस का उपयोग करके चंद्र और आकाश समन्वय फ्रेम को संरेखित किया जाता है। यह सिमुलेशन फ्रेमवर्क देखने के एक छोटे से क्षेत्र में किसी भी दिए गए वैज्ञानिक लक्ष्य इमेजिंग के लिए सरणी डिजाइन को पुन: तैयार करने के लिए उपयोगी है। यह फ्रेमवर्क वर्तमान में सभी स्काई इमेजिंग का समर्थन नहीं करता है।

Introduction

रेडियो खगोल विज्ञान का क्षेत्र 1 9 32 में कार्ल जी जानस्की1 द्वारा 20 मेगाहर्ट्ज में गांगेय रेडियो उत्सर्जन का आकस्मिक पता लगाने के साथ शुरू हुआ, एक सीमा में जिसे अब आमतौर पर कम आवृत्ति रेडियो कहा जाता है। तब से, रेडियो खगोल विज्ञान तेजी से वृद्धि हुई है, उच्च आवृत्ति ऑप्टिकल टिप्पणियों कि सदियों के लिए अब चल रहा है के साथ पकड़ने । एक अन्य सफलता रेडियो इंटरफेरोमेट्री का उपयोग था, जहां बड़ी दूरी से अलग एंटीना के समूहों का उपयोग सिंथेटिक अपर्चर बनाने के लिए किया जाता है, जो रेडियो टिप्पणियों की संवेदनशीलता और संकल्प को बढ़ाने का एक तरीका प्रदान करता है2,3। यह सहज रूप से ऑप्टिकल टिप्पणियों के लिए नियमित संकल्प सूत्र के विस्तार के रूप में सोचा जा सकता है:

Equation 1

आकार डी मीटर के अवलोकन पकवान के लिए, और λ मीटर की एक अवलोकन तरंगदैर्ध्य के लिए, Θ एचपीबीडब्ल्यू हाफ पावर बीम चौड़ाई(एचपीबीडब्ल्यू) के रेडियंस में कोणीय आकार है, जो आकाश पर संकल्प को परिभाषित करता है। ज्यादातर खाली क्षेत्र में केवल बिखरे हुए बिंदुओं के साथ एक बड़े पूर्ण पकवान के एक अंश को संश्लेषित करने की इस प्रक्रिया को एपर्चर संश्लेषण भी कहा जाता है। रेडियो इंटरफेरोमेट्री के दायरे में, एक सरणी का संकल्प सरणी में किसी भी दो रिसीवर के बीच दूर की दूरी से निर्धारित होता है, और इस दूरी का उपयोग समीकरण 1 में डी के रूप में किया जाता है।

इंटरफेरोमेट्री के पीछे गणित अच्छी तरह से रेडियो खगोल विज्ञान 3 में थॉमसन के इंटरफेरोमेट्री और संश्लेषण कीतरहक्लासिक ग्रंथों में प्रलेखित किया गया है । बुनियादी अंतर्दृष्टि को अनौपचारिक रूप से सूचित किया जा सकता है "(देखने के एक छोटे से क्षेत्र को देख रहे planar सरणी के लिए) किसी भी 2 रिसीवर (एक दृश्यता)के बीच संकेतों के पार सहसंबंध आकाश चमक पैटर्न के एक 2 डी फोरियर गुणांक के बारे में जानकारी निकलेगा। फोरियर मोड का नमूना लिया जाता है, यह रिसीवर (बेसलाइन)के पृथक्करण पर निर्भर करता है, जो अवलोकन तरंगदैर्ध्य द्वारा सामान्यीकृत होता है। रिसीवर जो आगे के अलावा हैं (इमेजिंग लक्ष्य की ओर उन्मुख मानक यूवीडब्ल्यू समन्वय प्रणाली में) नमूना उच्च स्थानिक आवृत्ति सुविधाओं, छोटे तराजू पर उच्च संकल्प विवरण उपज। इसके विपरीत, रिसीवर जो एक ही यूवीडब्ल्यू फ्रेम नमूना कम स्थानिक आवृत्तियों में एक साथ बंद होते हैं, जो कम संकल्प पर बड़े पैमाने पर संरचनाओं की जानकारी देते हैं।

सबसे कम रेडियो आवृत्तियों के लिए, पृथ्वी के आयनमंडल में मुफ्त इलेक्ट्रॉन 10 मेगाहर्ट्ज से नीचे रेडियो तरंगों को अंतरिक्ष से जमीन की यात्रा करने से रोकतेहैं, और इसके विपरीत । इस तथाकथित "आयनमंडलिक कटऑफ" ने लंबे समय से इस आवृत्ति सीमा के लिए आकाश की जमीन आधारित टिप्पणियों को रोका है। इस सीमा का स्पष्ट जवाब अंतरिक्ष में रेडियो रिसीवर डाल जहां वे पृथ्वी के वायुमंडल और मुक्त इलेक्ट्रॉनों के प्रभाव से मुक्त डेटा रिकॉर्ड कर सकते है अपने आयनमंडल में डाल रहा है । यह पहले विंड4 और स्टीरियो5जैसे अंतरिक्ष यान पर एकल एंटेना के साथ किया गया है, जिसने इस कम आवृत्ति रेडियो रेंज में उत्सर्जन का उत्पादन करने वाली कई खगोलभौतिक प्रक्रियाओं का खुलासा किया है । इसमें पृथ्वी के मैग्नेटोस्फेयर के साथ इलेक्ट्रॉनों की बातचीत, सौर विस्फोट से इलेक्ट्रॉन त्वरण और आकाशगंगा से ही उत्सर्जन शामिल है। एकल एंटीना अवलोकन ऐसी घटनाओं के कुल प्रवाह घनत्व को माप सकते हैं, लेकिन यह इंगित नहीं कर सकते कि उत्सर्जन कहां से आ रहा है। इस कम आवृत्ति उत्सर्जन को स्थानीयकृत करने और पहली बार इस आवृत्ति शासन में छवियां बनाने के लिए, कई एंटेना को अंतरिक्ष में भेजना होगा और सिंथेटिक एपर्चर बनाने के लिए उनके डेटा को संयुक्त करना होगा।

ऐसा करने से एक नई खिड़की खुलेगी जिसके माध्यम से मानव जाति ब्रह्मांड का निरीक्षण कर सकती है, जिससे कई वैज्ञानिक माप ों को सक्षम किया जा सकेगा जिन्हें इन सबसे कम आवृत्तियों में आकाश की छवियों की आवश्यकता होती है। चंद्रमा अंतरिक्ष में एक सिंथेटिक एपर्चर के लिए एक संभावित साइट है, और यह मुक्त उड़ान परिक्रमा सरणी की तुलना में पेशेवरों और विपक्ष के साथ आता है । चंद्र दूर की ओर एक अनूठा रेडियो शांत क्षेत्र है कि सामांय मानव निर्मित संकेतों से आ रही हस्तक्षेप के सभी ब्लॉक है, जबकि निकट पक्ष पृथ्वी के लिए एक स्थिर जगह प्रदान करता है सरणी देख, और अगर चंद्र उप पृथ्वी बिंदु पर निर्माण, पृथ्वी हमेशा आकाश के चरम पर होगा । एक स्थिर सरणी के साथ, बड़े पैमाने पर उत्सर्जन को मापने के लिए छोटी आधार रेखा प्राप्त करना आसान है, क्योंकि उन्हें मुक्त उड़ान सरणी के विपरीत टकराने का कोई खतरा नहीं है। चंद्र सरणी की कमियां मुख्यतः लागत और शक्ति में कठिनाइयां हैं । चंद्रमा पर एक बड़े पैमाने पर सरणी बुनियादी ढांचे और पैसे की एक पर्याप्त राशि की आवश्यकता होगी, जबकि छोटे परिक्रमा सरणी अभी तक कम संसाधनों की आवश्यकता होगी । सत्ता का मुद्दा भी है; चंद्रमा पर अधिकांश स्थानों प्रत्येक चंद्र दिन के 1/3 के लिए सौर ऊर्जा उत्पादन के लिए पर्याप्त सूर्य के प्रकाश के संपर्क में हैं । दिन-रात चंद्र से लेकर रात तक तापमान में बड़े झूलों को जीवित करना भी इंजीनियरिंग की चिंता का सबब है । इन कठिनाइयों को दरकिनार करते हुए, अभी भी यह सुनिश्चित करने की समस्या है कि प्रस्तावित सरणी डिजाइन अपने निर्दिष्ट विज्ञान लक्ष्य (एस) के लिए उपयुक्त है। किसी भी व्यूह की प्रतिक्रिया सरणी के विन्यास और संवेदनशीलता के साथ देखे जा रहे उत्सर्जन की संरचना पर निर्भर करती है।

दशकों से चंद्रमा की सतह पर जाने के लिए कई वैचारिक सरणी तैयार की गई हैं । शुरुआती डिजाइन सबसे विस्तृत नहीं थे, लेकिन फिर भी वैज्ञानिक प्रगति को मान्यता दी गई जो ऐसीसरणी6,7,8,9,10द्वारा प्राप्त की जा सकती थी। हाल के वर्षों में और अधिक सरणी भी सामने रखी गई हैं, जिनमें से कुछ, जैसे FARSIDE11,DEX12,और डाली13 10-40 मेगाहर्ट्ज रेंज में redshifted तटस्थ हाइड्रोजन 21-सेमी संकेत के अवशोषण गर्त को मापने के लिए तथाकथित "डार्क एज" और प्रारंभिक ब्रह्मांड के ब्रह्मांड मॉडल विवश की जांच करना चाहते हैं । ROLSS14 जैसे अन्य लोग अपने सम्मोहक विज्ञान मामले के रूप में कोरोनल मास इजेक्शन के भीतर सौर ऊर्जावान कण त्वरण की साइट की पहचान करने के लिए हेलियोस्फीयर में दूर तक उज्ज्वल सौर प्रकार II रेडियो फटने को ट्रैक करने के लिए कॉल करते हैं। छोटे पैमाने पर सरणी भी 2 तत्व इंटरफेरोमीटर RIF15की तरह वर्णित किया गया है, जो एक एकल लैंडर और एक चलती रोवर का उपयोग करने के लिए कई आधार रेखा का नमूना के रूप में यह लैंडर से जावक चलता है । आरआईएफ पहली बार इन कम आवृत्तियों का आकाश मानचित्र बनाने की क्षमता पर केंद्रित है, और एकीकृत टिप्पणियों के लिए यूवी कवरेज और संश्लेषित बीम की गणना करता है।

अंतरिक्ष आधारित रेडियो सरणी भी दूर रेडियो आकाशगंगाओं की कम आवृत्ति इमेजिंग चुंबकीय क्षेत्र और एस्ट्रोमेट्रिक माप16निर्धारित करने के लिए सक्षम कर सकता है । इन निकायों की कम आवृत्ति छवियां इन प्रणालियों को नियंत्रित करने वाली भौतिकी की अधिक पूर्ण तस्वीर प्रदान करेंगी, विशेष रूप से इलेक्ट्रॉन ऊर्जा वितरण के निचले छोर के लिए सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जन डेटा प्रदान करती हैं। इन कम आवृत्तियों पर होने वाले विभिन्न मैग्नेटोस्फेरिक उत्सर्जनों की एक श्रृंखला भी है, जो वैश्विक (निरंतर सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जन) और स्थानीय (फटने, कर्ण किलोमेट्रिक विकिरण) दोनों प्रदान करती है जो जमीन17से पता लगाने योग्य नहीं हैं। इस प्रकार के प्रतिभाशाली दर्ज उत्सर्जन पृथ्वी और बृहस्पति से आए हैं, क्योंकि ये मजबूत मैग्नेटोस्फेयर वाले निकटतम ग्रह हैं। हालांकि, पर्याप्त संवेदनशीलता और संकल्प वाले सरणी अन्य बाहरी ग्रहों, या यहां तक कि एक्सट्रासोलरग्रहों 18से मैग्नेटोस्फेरिक उत्सर्जन का निरीक्षण कर सकते हैं। विशेष रूप से इस विषय को हाल ही में ग्रहविज्ञान विजन 2050 कार्यशाला में रुचि के क्षेत्र के रूप में बुलाया गया था।

यह काम चंद्रमा पर रेडियो सरणी की प्रतिक्रिया का अनुकरण करने पर केंद्रित है जिसमें सैकड़ों या हजारों एंटेना शामिल हैं। यह सिमुलेशन फ्रेमवर्क देखने के एक छोटे से क्षेत्र (कुछ वर्ग डिग्री) में किसी भी दिए गए वैज्ञानिक लक्ष्य इमेजिंग के लिए सरणी डिजाइन को पुन: तैयार करने के लिए उपयोगी है, लेकिन वर्तमान में सभी स्काई इमेजिंग का समर्थन नहीं करता है। यथार्थवादी शोर प्रोफाइल के साथ भविष्यवाणी की चमक नक्शे के सटीक अनुमानों को सुनिश्चित करने के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए कि एक दिया सरणी आकार/विन्यास एक निश्चित शोर स्तर या संकल्प करने के लिए लक्ष्य का पालन करने के लिए पर्याप्त है । सरणी की ज्यामिति को उच्च डिग्री के लिए भी जाना चाहिए ताकि डेटा की सही इमेजिंग को सक्षम करने के लिए बेसलाइन की सही गणना की जा सके। वर्तमान में, चंद्र सतह के सबसे अच्छे नक्शे चंद्र टोही ऑर्बिटर (LRO)19 चंद्र ऑर्बिटर लेजर Altimeter (LOLA)20से डिजिटल ऊंचाई मॉडल (DEMs) हैं । सिमुलेशन पाइपलाइन प्रत्येक रिसीवर के लिए देशांतर अक्षांश निर्देशांक स्वीकार करती है और पूर्ण 3 डी स्थिति की गणना करने के लिए मौजूदा डीईएम से इन बिंदुओं पर ऊंचाई को इंटरपोलेट करती है।

इन निर्देशांक से बेसलाइन की गणना की जाती है और एक सामान्य खगोल विज्ञान सॉफ्टवेयर अनुप्रयोगों (CASA)21 माप सेट (एमएस) फ़ाइल में डाला जाता है। एमएस प्रारूप का उपयोग कई मौजूदा विश्लेषण और इमेजिंग एल्गोरिदम के साथ किया जा सकता है, और आकाश के साथ सरणी विन्यास, दृश्यता डेटा और संरेखण के बारे में जानकारी रखता है। हालांकि, इनमें से कई सॉफ्टवेयर दिनचर्या पृथ्वी की सतह के साथ घुमाने वाले सरणी के साथ काम करने के लिए कड़ी मेहनत कर रही हैं, और परिक्रमा या चंद्र सरणी के लिए काम नहीं करती हैं। इसे दरकिनार करने के लिए, यह पाइपलाइन मैन्युअल रूप से किसी दिए गए सरणी और इमेजिंग लक्ष्य के लिए आधारभूतों और दृश्यता की गणना करती है, और डेटा को एमएस प्रारूप में सम्मिलित करती है। स्पाइस22 लाइब्रेरी का उपयोग चंद्र और आकाश समन्वय प्रणालियों को सही ढंग से संरेखित करने और चंद्रमा, पृथ्वी और सूर्य की गति को ट्रैक करने के लिए किया जाता है।

यहां वर्णित सिमुलेशन फ्रेमवर्क हेगेडस एट अल17का अनुसरण करता है, और सॉफ्टवेयर को https://deepblue.lib.umich.edu/data/concern/data_sets/bg257f178?locale=en में संग्रहीत डीप ब्लू आर्काइव23में मिशिगन विश्वविद्यालय पुस्तकालय द्वारा संग्रहीत किया जाता है। इस संग्रहीत सॉफ्टवेयर के लिए कोई भी पैच या अपडेट https://github.com/alexhege/LunarSynchrotronArray पर पाया जा सकता है। निम्नलिखित अनुभाग इस सॉफ़्टवेयर के लिए आवश्यकताओं का वर्णन करेगा, और एक सरणी बनाने की प्रक्रिया के माध्यम से चलेगा, उचित शोर स्तर स्थापित करेगा, सरणी को लक्षित उत्सर्जन की एक नकली सत्य छवि खिलादेगा, और CASA स्क्रिप्ट का उपयोग करके उत्सर्जन के सरणी के नीरव और शोर पुनर्निर्माण का अनुकरण करेगा।

Protocol

1. सॉफ्टवेयर सेटअप

  1. सबसे पहले https://deepblue.lib.umich.edu/data/concern/data_sets/bg257f178?locale=en पर जाएं और सॉफ्टवेयर पैकेज डाउनलोड करें। इस सॉफ्टवेयर का परीक्षण केवल संयुक्त राष्ट्र के वातावरण में किया गया है, और अन्य वातावरण में पूरी तरह से कार्य नहीं कर सकता है। इस पैकेज में README आवश्यक सॉफ्टवेयर और उसके उपयोगों के बाकी के माध्यम से एक गाइड में मदद मिलेगी ।
  2. सुनिश्चित करें कि अजगर 2.7 या उससे अधिक स्थापित है। रेडमी में एक लिंक प्रदान किया जाता है। कई आम अजगर पुस्तकालयों की भी आवश्यकता है जिनमें न्यूम्पी, मैटप्लॉटलिब, पायलैब, स्किपी, सबप्रोसेस, क्षणभंगुर और डेटटाइम शामिल हैं।
  3. सुनिश्चित करें कि CASA 4.7.1 या अधिक स्थापित है। रेडमी में प्रदान की गई एक कड़ी।
  4. सुनिश्चित करें कि जीसीसी 4.8.5 या उससे अधिक स्थापित है। रेडमी में एक लिंक प्रदान किया जाता है।
  5. सुनिश्चित करें कि स्पाइस के लिए सी टूलकिट स्थापित है। इस सॉफ्टवेयर का उपयोग विभिन्न खगोलीय संदर्भ फ्रेम को संरेखित करने और ग्रहों, चंद्रमाओं और उपग्रहों की सापेक्ष स्थितियों को ट्रैक करने के लिए किया जाता है। इस सॉफ्टवेयर को डाउनलोड करने का एक लिंक भी README में शामिल है।
    1. खगोलीय और चंद्र संदर्भ फ्रेम, साथ ही चंद्रमा, पृथ्वी और सूर्य की कक्षीय गतिशीलता के बारे में जानकारी शामिल कई गुठली डाउनलोड करें । आवश्यक विशिष्ट गुठली को रीडेम में सूचीबद्ध किया गया है, जहां उन्हें डाउनलोड करना है।
  6. अंतिम शर्त डेटा की जरूरत प्राप्त करें: एलआरओ लोला माप से बनाई गई चंद्र सतह के डिजिटल ऊंचाई मॉडल (डीईएम) । आवश्यक विशिष्ट फ़ाइल को सूचीबद्ध किया गया है और रीडेम में जोड़ा गया है।

2. सरणी विन्यास बनाना

  1. createArrayConfig.py स्क्रिप्ट को कस्टमाइज़ करें।
    1. प्रत्येक एंटीना के लिए देशांतर और अक्षांश निर्देशांक की एक सूची प्रदान करके सरणी का विन्यास चुनें।
      नोट: स्क्रिप्ट वर्तमान में १०२४ तत्वों के साथ एक 10 किमी व्यास सरणी के लिए स्वरूपित है, ३२ लॉग स्पेस दूरी एंटीना प्रत्येक के साथ ३२ हथियार, एक निरंतर कारक का उपयोग करने के लिए मीटर और देशांतर की डिग्री के बीच परिवर्तित/ सरणी की साइट, (-1.04 डिग्री, -0.43 डिग्री), चुना गया था क्योंकि यह चंद्रमा एमई फ्रेम में उप-पृथ्वी बिंदु (0 डिग्री, 0 डिग्री) के करीब सबसे कम ऊंचाई भिन्नता (σ = 5.6 मीटर) के साथ 10x10 किमी पैच का केंद्र है।
    2. चंद्र सतह के ऊंचाई डेटा युक्त डिजिटल ऊंचाई मॉडल के नए डाउनलोड स्थान को प्रतिबिंबित करने के लिए स्क्रिप्ट में चंद्रपथ चर बदलें ।
  2. "अजगर createArrayConfig.py" के साथ createArrayConfig.py स्क्रिप्ट चलाएं। यह प्रत्येक देशांतर और प्रत्येक एंटीना के लिए अक्षांश पर ऊंचाई के लिए हल करने के लिए चंद्र डिजिटल ऊंचाई मॉडल का उपयोग करेगा । देशांतर, अक्षांश, और फ़ाइलों को ऊंचाई बचाने के लिए और आसान नकल और अगली स्क्रिप्ट में चिपकाने के लिए स्क्रीन पर प्रिंट। स्थानीय चंद्र स्थलाकृति(चित्रा 1)के शीर्ष पर सरणी विन्यास दिखा आंकड़े बनाओ ।

3. निर्देशांक संरेखित करने के लिए स्पाइस का उपयोग करना

  1. eqArrOverTimeEarth.c स्क्रिप्ट को कस्टमाइज़ करें।
    1. पिछली स्क्रिप्ट, देशांतर, अक्षांश, और प्रत्येक एंटीना की ऊंचाई से आउटपुट लें और उन्हें स्क्रिप्ट में संबंधित सूचियों में कॉपी करें, रिसीवर और इसी निर्देशांक की संख्या के साथ चर 'एनएससी' को भी अपडेट करें।
      नोट: चूंकि सी में गतिशील सरणी आवंटन नहीं है, इसलिए डेटा में स्वचालित रूप से पढ़ने का कोई आसान तरीका नहीं था, इसलिए मैन्युअल कॉपी की जानी चाहिए।
    2. आवश्यक फ्रेम और क्षणभंगुर फ़ाइलों के लिए नए पथ नामों के साथ पैकेज में शामिल lunar_furnsh.txt को अपडेट करें।
    3. निर्दिष्ट करें कि किस सेट पर निरीक्षण करने के लिए तिथियों का सेट। यह स्पाइस के भीतर क्षणभंगुरता को सटीक रूप से ट्रैक करने के लिए सूचित करेगा जहां पृथ्वी और सूर्य उन तिथियों के लिए परिभाषित सरणी के संबंध में हैं। स्क्रिप्ट में वर्तमान में ४८ वर्ष २०२५ से अधिक मोटे तौर पर साप्ताहिक होने वाली तारीखों का चयन कर रहे हैं ।
    4. ट्रैक और छवि के लिए सरणी के लिए आकाश के लक्षित क्षेत्र निर्दिष्ट करें। वर्तमान में स्क्रिप्ट पृथ्वी के आरए दिसंबर बचाता है के रूप में चंद्रमा की सतह से देखा है, लेकिन एक आसानी से सिर्फ स्थिर आरए दिसंबर के बजाय निर्देशांक में डाल सकते हैं ।
  2. eqArrOverTime.c स्क्रिप्ट संकलित
    1. स्क्रिप्ट के शीर्ष पर टिप्पणी में जीसीसी कमांड का उपयोग करके स्क्रिप्ट संकलित करें। यह कुछ ऐसा होगा जैसे "जीसीसी eqArrOverTimeEarth.c-o eqArrOverTimeEarth-I/home/alexhege/SPICE/cspice/शामिल/घर/alexhege/SPICE/cspice/lib/cspice.a-lm-std=c99" । जहां cspice पुस्तकालयों स्थित है प्रतिबिंबित करने के लिए रास्तों को बदलें ।
  3. "./eqArrOverTime" के साथ eqArrOverTime क्रियांवित रन करें । इसके परिणामस्वरूप उनमें चर के एक सेट के साथ प्रत्येक फाइल की एक संख्या में परिणाम होना चाहिए। सबसे महत्वपूर्ण J2000 निर्देशांक में प्रत्येक एंटीना की XYZ स्थिति हैं, और सही उदगम और गिरावट (आरए और दिसंबर) आकाश में लक्षित क्षेत्र के निर्देशांक (वर्तमान में चंद्रमा के नजरिए से पृथ्वी के उन) । आउटपुट वेरिएबल सभी अनुरोधित तिथियों के लिए डेटा वाली फ़ाइलों .txt सेव किए जाते हैं।

4. सरणी प्रतिक्रिया अनुकरण करने के लिए CASA का उपयोग करना

  1. LunarEarthPicFreqIntegration.py स्क्रिप्ट को कस्टमाइज़ करें।
    1. एक छवि बनाने के लिए सरणी के लिए अवलोकन आवृत्ति निर्दिष्ट करें। यह वर्तमान में 0.75 मेगाहर्ट्ज के लिए सेट है।
    2. एक CASA संगत सत्य छवि निर्दिष्ट (या एक .fits छवि फ़ाइल से बनाने के लिए सरणी के लिए Jansky/pixel मूल्यों के साथ पुनर्निर्माण के लिए (जैसे, चित्रा 2)। इनपुट सत्य छवि के आकार और संकल्प को प्रतिबिंबित करने के लिए कोड में कॉन्स्टेंशन (आरएसएस, रेस 1, चौड़ाई, आर्कमिनडिव) को बदलने की आवश्यकता होगी।
      नोट: यदि आरए दिसंबर निर्देशांक प्रदान करने के लिए स्पाइस विधि का उपयोग करते हैं, तो कोई भी इस स्क्रिप्ट में 'आयात क्षणभंगुर' बयान पर टिप्पणी कर सकता है। इस पुस्तकालय को स्थापित करने के लिए कासा-पायथन पैकेज से कासा-पिप के उपयोग की आवश्यकता होती है, लेकिन
      अजगर के भीतर अन्य खगोलीय वस्तुओं की ट्रैकिंग के लिए अनुमति देता है।
  2. LunarEarthPic.py स्क्रिप्ट चलाएं। स्क्रिप्ट के शीर्ष पर टिप्पणी कैसे स्क्रिप्ट चलाने के लिए पर उदाहरण हैं । कमांड लाइन से स्क्रिप्ट चलाने के तरीके पर निम्नलिखित कमांड एक उदाहरण है:
    "nohup casa--nologger--nologfile--nogui--agg-c LunarEarthPicFreqIntegration.py-outDir । -सहसंबंधित सच -numSC 1024 | टी अर्थ.आउट और"
    -numSC ध्वज का उपयोग कोड को सूचित करने के लिए किया जाता है कि कितने एंटीना/रिसीवर का उपयोग किया जा रहा है, और रिसीवर निर्देशांक वाली .txt फाइलों से डेटा को अनपैक करने में मदद करता है ।
    नोट: एंटीना बेसलाइन वेक्टर, अवलोकन तरंगदैर्ध्य (λ) की इकाइयों में मापा जाता है, लंबाई डीλ और घटकों(υ, 1, डब्ल्यू)= (∆x, ∆ ∆z) λ / पाइपलाइन तब दृश्यता की गणना करती है, या एंटेना की प्रत्येक जोड़ी के लिए क्रॉस सहसंबद्ध वोल्टेज मनाया जाता है। यहां देखने के छोटे क्षेत्र सन्निकटन का उपयोग दृश्यता की गणना करने के लिए कियाजाता है, थॉमसन एट अल 2 से आवृत्ति पर एक असीम बैंडविड्थ के लिए मानक सूत्र का पालन किया जाता है।
    Equation 2
    लक्ष्य सरणी के आकाश निर्देशांक इमेजिंग चरण केंद्र माना जाता है, जो जेड, या डब्ल्यू, फ्रेम की धुरी बताया जाता है। (एल, एम, एन)(यू, वी, डब्ल्यू)समन्वय प्रणाली से दिशा cosines हैं । अवलोकन के तहत स्रोत के चारों ओर आकाश चमक पैटर्न मैं(एल, एम)है । स्पेक्ट्रल फ्लक्स घनत्व अक्सर व्युत्पन्न इकाई 1 Jansky (Jy) = 10−26 W/m2/Hzमें प्रस्तुत किया जाता है । स्पेक्ट्रल चमक आकाश में एक विशेष क्षेत्र से आने वाले प्रवाह की मात्रा का प्रतिनिधित्व करने के लिए बस Jy/steradian है । एकसामान्यीकृत एंटीना प्राथमिक बीम पैटर्नहै,या आकाश में उस बिंदु से आने वाले विकिरण के प्रति यह कितना संवेदनशील है।
    यह स्क्रिप्ट पिछली स्क्रिप्ट से निर्देशांक आउटपुट से उचित अनुमानित संदर्भ फ्रेम में एंटीना अलगाव की गणना करती है। यह तो एंटीना की प्रत्येक जोड़ी के लिए दृश्यता डेटा की गणना करने के लिए समीकरण 2 का उपयोग करता है । परिणामस्वरूप दृश्यता एक CASA माप सेट फ़ाइल (.ms) में आधार रेखा के साथ संग्रहीत कर रहे हैं । यह एमएस फाइल इस स्क्रिप्ट का प्राथमिक आउटपुट है।

5. डेटा इमेजिंग - नीरव और शोर

  1. noiseCopies.py स्क्रिप्ट को कस्टमाइज़ करें।
    1. सिस्टम समकक्ष फ्लक्स घनत्व (एसईएफडी) सेट करें, जिसे स्क्रिप्ट में एवनोइस के रूप में जाना जाता है। SEFD एक रेडियो एंटीना के कुल शोर के बारे में बात करने का एक सुविधाजनक तरीका है क्योंकि यह सिस्टम तापमान और प्रभावी क्षेत्र दोनों में संबंध है, और सीधे संकेत और शोर की तुलना करने का एक तरीका प्रदान करता है। यह वर्तमान में 1.38e7 Jansky है, जो 0.75 मेगाहर्ट्ज के लिए एक आशावादी शोर स्तर है करने के लिए सेट है।
      नोट: कम आवृत्ति रेडियो शासन के लिए, लगातार शोर पर तीन मुख्य स्रोत हैं: एम्पलीफायर शोर, मुक्त इलेक्ट्रॉनों से अर्धठनहने वाला (मेयेर-वर्नेट एट अल द्वारा अनुमानित।24 0.75 मेगाहर्ट्ज पर 6.69e4 Jy होने के लिए, एक विद्युत रूप से कम डाइपोल सन्निकटन का उपयोग करते हुए), और आकाशगंगा से गांगेय पृष्ठभूमि विकिरण (नोवाको और ब्राउन द्वारा अनुमानित25 पूर्ण आकाश के लिए 0.75 मेगाहर्ट्ज पर 4.18e6 जांस्की होगा, जिसमें से एक चंद्र सरणी केवल कुछ हिस्सा देखेगी)। 1.38e7 Jy का यह इष्टतम शोर स्तर मानता है कि एम्पलीफायर शोर अन्य शर्तों पर हावी है। एक और अधिक विस्तृत चर्चा के लिए Hegedus एट अल देखें ।
    2. बैंडविड्थ को वेरिएबल 'शोर' लाइन 200 में एकीकृत किया जा रहा है। 500 किलोहर्ट्ज के लिए सेट करें।
    3. वेरिएबल 'शोर' लाइन 200 में एकीकरण का समय निर्धारित करें।
  2. "nohup casa--nologger--nologfile--nogui--agg-c noiseCopies.py | के साथ noiseCopies.py स्क्रिप्ट चलाएं टी noise.out और "।
    1. स्क्रिप्ट पहले नीरव दृश्यता डेटा से एक छवि बनाने के लिए, मानक रेडियो खगोल विज्ञान एल्गोरिथ्म स्वच्छ26 बुला चित्रा 3की तरह एक छवि बनाने के लिए होगा ।
    2. स्क्रिप्ट तो एमएस की प्रतियां बनाने के लिए और जटिल दृश्यता डेटा और छवि यह साफ का उपयोग करने के लिए उपयुक्त शोर स्तर जोड़ देगा । स्क्रिप्ट वर्तमान में 24 घंटे तक एकीकरण के समय की एक श्रृंखला के लिए छवियों को बनाता है और कई मजबूत भार योजना मूल्यों पर । सरणी के विन्यास के आधार पर, छवि की गुणवत्ता डेटा भार योजनाओं के विकल्प के साथ भिन्न हो सकती है। ये शोर छवियां चित्रा 4की तरह कुछ दिखेंगी, जिसने 4 घंटे के एकीकरण के समय का उपयोग किया।
      नोट: शोर सूत्रों के लिए मानक संकेत के साथ जोड़ा जाता है। टेलर2 से एक ध्रुवीकरण के लिए इंटरफेरोमेट्रिक शोर है
      Equation 3
      यहां, η सिस्टम दक्षता या सहसंबंध दक्षता है, जिसे 0.8 के रूढ़िवादी मूल्य के लिए निर्धारित किया गया है। एनचींटी सरणी में एंटेना की संख्या है (प्रत्येक व्यक्ति दृश्यता के लिएएनचींटी = 2), ∆ बैंडविड्थ हर्ट्ज में एकीकृत किया जा रहाहै, और ∆टी सेकंड में एकीकरण का समय है।

Representative Results

सॉफ्टवेयर पाइपलाइन के बाद काफी सीधा होना चाहिए, और यह स्पष्ट होना चाहिए कि प्रत्येक कदम के रूप में यह चाहिए काम कर रहा है । स्टेप 2 से createArrayConfig.py रनिंग को चित्रा 1जैसा एक आंकड़ा बनाना चाहिए, जहां परिभाषित सरणी का विन्यास चंद्र सतह की स्थानीय स्थलाकृति के शीर्ष पर प्लॉट किया जाता है, जैसा कि एलआरओ लोला व्युत्पन्न डिजिटल ऊंचाई मॉडल से प्राप्त होता है।

चरण 3 को अन्य लोगों के अलावा eqXYZ_EarthCentered.txt, रास.txt और डीईएसएस.txt प्रमुख आउटपुट फाइलें देनी चाहिए। इन फ़ाइलों के उदाहरण डाउनलोड किए गए पैकेज में स्थित हैं।

चरण 4 को एक सत्य छवि बनानी चाहिए जो चित्र 2के समान है, जिसका उपयोग दृश्यता डेटा की गणना करने के लिए किया जाता है। इसे एक CASA माप सेट (.ms) फ़ाइल भी आउटपुट करना चाहिए जो यह देखने के लिए कि बेसलाइन और दृश्यता डेटा दोनों की गणना और सहेजे गए थे, कासब्राउसर के सामान्य CASA कमांड के साथ ब्राउज़ कर सकते हैं।

चरण 5 को क्रमशः नीरव और शोर छवियों के लिए चित्रा 3 और चित्रा 4 के समान आंकड़े आउटपुट करना चाहिए। शोर छवियों को नीरव छवि की तुलना में कम स्पष्ट दिखना चाहिए।

Figure 1
चित्रा 1: चंद्र सतह के ऊंचाई नक्शे पर सरणी का विन्यास।
यह एक उदाहरण सरणी विन्यास है जिसमें 10 किमी से अधिक एक लॉगरिथमिक रूप से दूरी वाली गोलाकार सरणी शामिल है। विन्यास में कुल 1024 एंटीना के लिए 32 लॉगरिथमिक रूप से दूरी वाले एंटीना के 32 हथियार हैं। सरणी की साइट, (-1.04 डिग्री, -0.43 डिग्री) को चुना गया था क्योंकि यह चंद्रमा मतलब पृथ्वी (एमई) फ्रेम में उप-पृथ्वी बिंदु (0 डिग्री, 0 डिग्री) के करीब सबसे कम ऊंचाई भिन्नता (σ = 5.6 मीटर) के साथ 10x10 किमी पैच का केंद्र है। ऊंचाई डेटा एलआरओ लोला माप से प्राप्त डिजिटल ऊंचाई मानचित्र से प्राप्त किया गया था। यह आंकड़ा हेगेडस एट अलसेलिया गया था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्र 2: चंद्र दूरी पर विकिरण बेल्ट से सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जन की सत्य छवि।
यह छवि के लिए सरणी के लिए एक विज्ञान लक्ष्य का एक उदाहरण है । इसके बाद बरामद छवि की तुलना सरणी के प्रदर्शन को निर्धारित करने के लिए इस इनपुट से की जाती है। चमक नक्शा सलामम्बो इलेक्ट्रॉन सिमुलेशन डेटा से बनाया गया था और चंद्र दूरी पर मनाया जाएगा कि सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जन का निर्धारण करने के लिए एक गणना के माध्यम से चलाते हैं । 1.91 डिग्री पृथ्वी एक पैमाने पर संकेतक के लिए जोड़ा जाता है। यह आंकड़ा हेगेडस एट अलसेलिया गया था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्र 3: इनपुट सत्य छवि के लिए 10 किमी व्यास सरणी की नीरव प्रतिक्रिया।
यह चरण 5 के आउटपुट में से एक है, जो मानक रेडियो खगोल विज्ञान इमेजिंग एल्गोरिदम क्लीन लागू करता है, जो कि −0.5 की मजबूती पैरामीटर के साथ ब्रिग्स भार योजना का उपयोग करता है। यह आंकड़ा हेगेडस एट अलसेलिया गया था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: इनपुट सत्य छवि के लिए 10 किमी व्यास सरणी का शोर प्रतिक्रिया।
यह चरण 5 के आउटपुट में से एक है, जो मानक रेडियो खगोल विज्ञान स्वच्छ लागू करता है, जो कि −0.5 के मजबूती पैरामीटर के साथ ब्रिग्स भार योजना का उपयोग करता है। इस छवि के लिए, 1.38e7 Jansky के सिस्टम समकक्ष फ्लक्स घनत्व का उपयोग किया गया था, 500 किलोहर्ट्ज का एकीकरण बैंडविड्थ, और 4 घंटे का एकीकरण समय। 1K एंटीना सरणी के बजाय 16K एंटीना सरणी की प्रतिक्रिया का अनुकरण करने के लिए शोर को 16 के कारक द्वारा भी कम किया गया था। यह आंकड़ा हेगेडस एट अलसेलिया गया था । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Discussion

सिमुलेशन पाइपलाइन का प्रत्येक चरण आवश्यक है और अगले में फ़ीड करता है, चंद्र सतह पर एक सरणी विन्यास लेते हुए, संदर्भ फ्रेम को आकाश में लक्ष्य क्षेत्र में सरणी को उन्मुख करने के लिए सही ढंग से संरेखित करता है, दृश्यता डेटा की गणना करता है, उचित शोर स्तर जोड़ता है, और परिणामस्वरूप डेटा पर इमेजिंग एल्गोरिदम चलाता है।

प्रत्येक चरण के लिए, अनुकूलन किए जा सकते हैं। चरण 2 में, उपयोगकर्ता परिभाषित सरणी विन्यास देशांतर और अक्षांश की कोई सूची हो सकती है। यह तब चरण 3 में स्पाइस स्क्रिप्ट में फ़ीड करता है, जहां कोई नियोजित मापों का सही समय चुन सकता है, साथ ही साथ आकाश में सरणी को कहां केंद्रित किया जाना चाहिए। चरण 3 में, कोई भी नकली सत्य उत्सर्जन को निर्दिष्ट कर सकता है कि सरणी एक उपयुक्त CASA .truth फ़ाइल प्रदान करके छवि बनाने का प्रयास कर रही है। फिर चरण 4 में एक अवलोकन आवृत्ति और अपेक्षित हार्डवेयर क्षमताओं के आधार पर शोर के अपेक्षित स्तर को बदल सकता है। कोड का यह सेट एक लचीला सिमुलेशन फ्रेमवर्क का गठन करता है जिसका उपयोग लक्षित विज्ञान के आधार पर किसी भी संख्या के उपयोग के लिए सरणी डिजाइन को पुनरेट करने के लिए किया जा सकता है। इन कोड सभी एक औसत लैपटॉप या वर्कस्टेशन पर चलाया जा सकता है, हालांकि गणना समय एंटेना की संख्या के साथ बढ़ जाती है । प्रक्रिया के सबसे धीमे हिस्से दृश्यता की भविष्यवाणी कर रहे हैं, इमेजिंग के बाद। छोटी सरणी के लिए, पूरी प्रक्रिया मिनटों में की जा सकती है, जबकि कुछ सौ या हजार रिसीवर की बड़ी सरणी के लिए, घंटे या दिन की आवश्यकता हो सकती है।

कुछ अगले कदम है कि इस पाइपलाइन के साथ अपने यथार्थवाद को बढ़ाने के लिए लिया जा सकता है एक चैनल पर निर्भर अग्रभूमि हटाने प्रणाली जोड़ने शामिल हैं । इसके लिए एक वैश्विक आकाश मॉडल बनाने की आवश्यकता होती है, जो गांगेय सिंक्रोट्रॉन उत्सर्जन और कैस ए जैसे कुछ उज्ज्वल स्रोतों द्वारा कम आवृत्तियों पर प्रभुत्व है, ट्रैकिंग आकाश का कौन सा हिस्सा रिसीवर को दिखाई देता है, और प्राथमिक बीम के साथ उस चमक पैटर्न को शामिल करता है, जिसमें इमेजिंग लक्ष्य की ओर गठबंधन सरणी का चरण केंद्र होता है। लंबे समय तक एकीकरण के समय के लिए, आकाश की स्पष्ट गति पर नज़र रखना भी एक मुद्दा है। एक और सुधार जो जोड़ा जा सकता है वह एक क्षणिक घटना/रेडियो फ्रीक्वेंसी हस्तक्षेप (आरएफआई) ध्वजांकित प्रणाली है जो सामान्य इमेजिंग से फ़्लैग किए गए चैनलों को हटा सकता है, और उन्हें एक विशेष पाइपलाइन में भेज सकता है जो फ़्लैग किए गए डेटा को चित्रित और विशेषता देता है । यह क्षणिक घटना पाइपलाइन तब यूवीमॉडलफिट जैसे विशेष एल्गोरिदम का उपयोग कर सकती है जो इन घटनाओं के शोर अनुपात के लिए उच्च संकेत का लाभ उठा सकती है ताकि उन्हें सरणी27के सामान्य संकल्प से बेहतर बताया जा सके।

अतिरिक्त प्रभाव भी हैं जिन्हें पूर्ण सरणी अंशांकन के लिए ध्यान में रखा जाना चाहिए, जिनमें से एक पारस्परिक युग्मन है। जैसा कि एलिंगसन28में चर्चा की गई है, इससे सरणी में संवेदनशीलता में कमी आ सकती है यदि उनके पास रिसीवर हैं जो एक दूसरे की कुछ तरंगदैर्ध्य के भीतर हैं। यह सरणी के लिए संवेदनशीलता में कमी में देखा जाता है, या समान रूप से, SEFD में वृद्धि। यह चरम से 10 डिग्री से अधिक बीम के लिए विशेष रूप से सच है। इस काम में उदाहरण सरणी पृथ्वी को लक्षित करता है, जो हमेशा डिजाइन द्वारा चरम सीमा के पास होता है, इसलिए पारस्परिक युग्मन को इस विशेष इमेजिंग लक्ष्य को प्रभावित नहीं करना चाहिए, लेकिन ऊंचाई कोणों और आवृत्तियों की पूरी श्रृंखला पर एसईएफडी के अध्ययन को अपनी पूरी क्षमता को अनलॉक करने के लिए किसी भी वास्तविक सरणी के लिए कमीशनिंग में किए जाने की आवश्यकता होगी। इस सरणी सिमुलेशन पाइपलाइन की एक और कमी अपूर्ण चंद्र सतह नक्शे में निहित है । एलआरओ लोला मापन से DEMs सबसे अच्छा ५१२ पिक्सल/डिग्री नक्शे में 60x60 मीटर/पिक्सेल का एक संकल्प है । कोई भी नकली सरणी के लिए इन डेटा को इंटरपोलेट कर सकता है, लेकिन वास्तविक सरणी के लिए एक कमीशनिंग/अंशांकन अवधि की आवश्यकता होगी जहां एक ज्ञात स्थिति वाले स्रोतों का उपयोग सभी एंटीना से उच्च परिशुद्धता के बीच सापेक्ष अलगाव निर्धारित करने के लिए किया जाएगा । संभावित अंशांकन स्रोतों में कैस ए, बृहस्पति या पृथ्वी से आवधिक कम आवृत्ति उत्सर्जन, या संभावित रूप से चंद्र गेटवे29शामिल हैं।

विचार करने के लिए चंद्र सतह की प्रतिक्रिया भी है। रेगोलिथ नामक चंद्र टॉपसॉइल की एक परत है जो एक हानिरहित डाइइलेक्ट्रिक की तरह कार्य करती है जो चंद्र आधार के ऊपर कुछ दक्षता के साथ आने वाले उत्सर्जन को प्रतिबिंबित कर सकती है जो कुछ बेहतर दक्षता30,31के साथ आने वाले उत्सर्जन को भी प्रतिबिंबित कर सकती है। यह प्रतिक्रिया परिवेश के तापमान और आने वाली आवृत्ति के साथ-साथ रेगोलिथ की रासायनिक संरचना पर निर्भर है। अध्ययन30,31 ने पाया है कि 100 K से कम तापमान पर, रेगोलिथ रेडियो उत्सर्जन के लिए लगभग पारदर्शी है, और प्रतिबिंब आधार स्तर पर लगभग 0.5-0.6 के प्रतिबिंब गुणांक के साथ होता है। उच्च तापमान 150-200 K पर, रेगोलिथ उत्सर्जन को अवशोषित कर सकता है और लगभग 0.2-0.3 के प्रतिबिंब गुणांक के साथ सतह पर आने वाले विकिरण को प्रतिबिंबित कर सकता है। 200 K से ऊपर के तापमान पर, यह पाया जाता है कि रेगोलिथ के डाइइलेक्ट्रिक गुण कम हो जाते हैं, और प्रतिबिंब से भिन्नता को नजरअंदाज किया जा सकता है। ये प्रभाव सरणी के प्रभावी क्षेत्र को कम कर सकते हैं, संवेदनशीलता को कम कर सकते हैं और लंबे समय तक एकीकरण के समय की आवश्यकता हो सकती है। इस प्रभाव को इलेक्ट्रोमैग्नेटिक सिमुलेशन सॉफ्टवेयर पैकेजों जैसे एनईसी 4.232 के साथ मॉडल किया जा सकता है जो चंद्र गहराई के एक समारोह के रूप में सापेक्ष अनुमति के मॉडल/डाइइलेक्ट्रिक स्थिर हैं। यह किसी दिए गए आवृत्ति के लिए रिसीवर के एसईएफडी को आउटपुट करेगा, जिसे नकली सिग्नल में जोड़ने के लिए सही शोर की गणना करने के लिए सरणी सिमुलेशन पाइपलाइन को दिया जा सकता है। रिसीवर और चंद्र सतह के बीच एक ग्राउंडिंग ग्रिड जोड़ने से परावर्तित तरंगों के प्रभाव को कम करने में मदद मिल सकती है, लेकिन तैनाती के रूप में जटिलताओं का अपना सेट जोड़ता है ।

चंद्र सतह पर एक रेडियो रिसीवर के कार्यान्वयन के आसपास काल्पनिक या फजी विवरण के कई अंत में फोटोइलेक्ट्रॉन म्यान (ROLSES) और चंद्र सतह विद्युत चुम्बकीयता प्रयोग (LuSEE)३३के चंद्र सतह सतह पर रेडियो तरंग टिप्पणियों की तरह एकल कम आवृत्ति एंटीना परियोजनाओं के हाल के वित्तपोषण के साथ वास्तविकता में जमना होगा । LuSEE हाल ही में वाणिज्यिक चंद्र पेलोड सेवा कार्यक्रम के भाग के रूप में नासा द्वारा वित्त पोषित किया गया था । एंटीना के दोनों सुइट्स में मुख्य रूप से स्टीरियो/वेव्स या पीएसपी फील्ड्स जैसे पिछले उपकरणों के लिए फ्लाइट कलपुर्जों शामिल होंगे और २०२१ डिलीवरी के लिए योजना बनाई गई है । इन रिसीवर से माप अंततः चंद्रमा की सतह पर आयनित धूल से फोटोइलेक्ट्रॉन म्यान से अर्ध शोर के स्तर जमना होगा और यह कैसे एक चंद्र दिन के पाठ्यक्रम पर बदलता है । ये माप चंद्र सतह से प्रतिबिंब और अवशोषण के स्तर की विशेषता भी होगी, और यह निर्धारित करते हैं कि यह रिसीवर के एसईएफडी को कैसे बदलता है। वे चंद्र सतह पर प्राप्त होने वाली क्षणिक घटनाओं या आरएफआई की संख्या के आंकड़े भी उपलब्ध कराएंगे । ये मिशन एंटेना की सरणी के लिए मार्ग प्रशस्त करेंगे जो अंततः सौर रेडियो फटने, दूर आकाशगंगाओं और ग्रहों के मैग्नेटोस्फेयर से कम आवृत्ति उत्सर्जन जैसे उपन्यास वैज्ञानिक टिप्पणियों की एक भीड़ बनाने में सक्षम होंगे। इस काम में वर्णित सिमुलेशन पाइपलाइन विभिन्न वैज्ञानिक लक्ष्यों के लिए इन भविष्य के सरणी के डिजाइन को पुन: तैयार करने का एक लचीला तरीका प्रदान करती है।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

चंद्र डिजिटल ऊंचाई नक्शे प्रदान करने के लिए चंद्र टोही ऑर्बिटर (LRO) और चंद्र ऑर्बिटर लेजर Altimeter (LOLA) टीमों के लिए धन्यवाद । इस काम को सीधे नासा सौर प्रणाली अन्वेषण अनुसंधान सहकारी समझौते संख्या 80ARC017M0006 द्वारा समर्थित किया गया था, अन्वेषण और अंतरिक्ष विज्ञान (NESS) टीम के लिए नेटवर्क के भाग के रूप में ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
No physical materials are needed, this is a purely computational work.

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Jansky, K. G. Directional studies of atmospherics at high frequencies. Proceedings of Institute of Radio Engineers. 20, 1920 (1932).
  2. Taylor, G. B., Carilli, C. L., Perley, R. A. Synthesis Imaging in Radio Astronomy II. Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 180, (1999).
  3. Thompson, A. R., Moran, J. M., Swenson, G. W. Interferometry and synthesis in radio astronomy. , Wiley-Interscience. New York. (1986).
  4. Bougeret, J., et al. WAVES: The radio and plasma wave investigation on the Wind spacecraft. Space Sciencce Reviews. 71, 231-263 (1995).
  5. Bougeret, J., et al. S/WAVES: The Radio and PlasmaWave Investigation on the STEREO Mission. Space Science Reviews. 136 (1), 487-528 (2008).
  6. Burke, B. F. Astronomical Interferometry on the Moon. Lunar bases and space activities of the 21st century. Mendell, W. W. , Lunar and Planetary Institute. USA. A86-30113 13-14 281-291 (1985).
  7. Burns, J. O. A moon-earth radio interferometer. Lunar bases and space activities of the 21st century. Mendell, W. W. , Lunar and Planetary Institute. USA. A86-30113 13-14 293-300 (1985).
  8. Douglas, J. N., et al. A very low frequency radio astronomy observatory on the moon. Lunar bases and space activities of the 21st century. Mendell, W. W. , Lunar and Planetary Institute. USA. A86-30113 13-14 301-306 (1985).
  9. Damé, L., et al. Solar interferometric imaging from the moon. Advances in Space Research. 14 (6), 49-58 (1994).
  10. Bely, P. Y., et al. Very Low Frequency Array on the Lunar Far Side. Technical Report. ESA SCI. (97), 2 (1997).
  11. Burns, J. O., et al. FARSIDE: A Low Radio Frequency Interferometric Array on the Lunar Farside. Bulletin of the American Astronomical Society. 51 (7), 178 (2019).
  12. Klein-Wolt, M., et al. Dark ages EXplorer, DEX, A white paper for a low frequency radio interferometer mission to explore the cosmological Dark Ages. L2, L3 ESA Cosmic Vision Program. , (2013).
  13. Lazio, T. J., et al. The Dark Ages Lunar Interferometer (DALI) and the Radio Observatory for Lunar Sortie Science (ROLSS). Bulletin of the American Astronomical Society. 41, 344 (2009).
  14. MacDowall, R. J., et al. A Radio Observatory on the Lunar Surface for Solar studies (ROLSS). arXiv e-prints. , (2011).
  15. Aminaei, A., et al. Basic radio interferometry for future lunar missions. 2014 IEEE Aerospace Conference Proceedings. , Big Sky, MT 1-19 (2014).
  16. Belov, K., et al. A space-based decametric wavelength radio telescope concept. Experimental Astronomy. 46 (2), 241-284 (2018).
  17. Hegedus, A. M., et al. Measuring the Earth's synchrotron emission from radiation belts with a lunar near side radio array. Radio Science. 56, (2020).
  18. Zarka, P. Plasma interactions of exoplanets with their parent star and associated radio emissions. Planetary and Space Science. 55 (5), 598-617 (2007).
  19. Chin, G., et al. Lunar Reconnaissance Orbiter Overview: The Instrument Suite and Mission. Space Science Reviews. 129 (4), 391-419 (2007).
  20. Barker, M., et al. A new lunar digital elevation model from the Lunar Orbiter Laser Altimeter and SELENE Terrain Camera. Icarus. , 346-355 (2016).
  21. McMullin, J. P., Waters, B., Schiebel, D., Young, W., Golap, K. CASA Architecture and Applications. Astronomical Data Analysis Software and Systems XVI. Shaw, R. A., Hill, F., Bell, D. J. 376, Astronomical Society of the Pacific Conference Series. 127 (2007).
  22. Acton, C. H. Ancillary data services of NASA's Navigation and Ancillary Information Facility. Planetary and Space Science. 44, 65-70 (1996).
  23. Hegedus, A. M. Data and Code Set for "Measuring the Earth's Synchrotron Emission from Radiation Belts with a Lunar Near Side Radio Array" [Data set]. , University of Michigan - Deep Blue. (2020).
  24. Meyer-Vernet, N., Hoang, S., Issautier, K., Moncuquet, M., Marcos, G. Plasma Thermal Noise: The Long Wavelength Radio Limit. Radio Astronomy at Long Wavelengths. Stone, R. G., Weiler, K. W., Goldstein, M. L., Bougeret, J. L. , American Geophysical Union (AGU). (2000).
  25. Novaco, J. C., Brown, L. W. Nonthermal galactic emission below 10 megahertz). The Astrophysical Journal. 221, 114-123 (1978).
  26. Högbom, J. A. Aperture Synthesis with a Non-Regular Distribution of Interferometer Baselines. Astronomy and Astrophysics Supplement. 15, (1974).
  27. Martí-Vidal, I., Pérez-Torres, M. A., Lobanov, A. P. Over-resolution of compact sources in interferometric observations. Astronomy & Astrophysics. 541, 135 (2012).
  28. Ellingson, S. W. Sensitivity of antenna arrays for long-wavelength radio astronomy. IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 59 (6), 1855-1863 (2011).
  29. Crusan, J. C., et al. Deep space gateway concept: Extending human presence into cislunar space. 2018 IEEE Aerospace Conference Proceedings. , Big Sky, MT. 1-10 (2018).
  30. Yushkova, O. V., Kibardina, I. N. Dielectric properties of lunar surface. Solar System Research. 51, 121-126 (2017).
  31. Yushkov, V., Kibardina, I., Yushkova, O. Modeling of Electrophysical Properties of the Moon Ground. 2019 Russian Open Conference on Radio Wave Propagation (RWP). , Kazan, Russia. 463-466 (2019).
  32. Burke, G., Poggio, A. Numerical Electromagnetics Code (NEC) method of moments. Lawrence Livermore National Laboratory Technical Report. , (1994).
  33. Graham, S., Reckart, T. NASA-provided lunar payloads. NASA Glenn Research Center. , Available from: https://www1.grc.nasa.gov/space/planetary-exploration-science-technology-office-pesto/management/nasa-provided-lunar-payloads (2019).

Tags

इंजीनियरिंग अंक 161 रेडियो सरणी रेडियो खगोल विज्ञान चंद्र इंटरफेरोमेट्री सिमुलेशन फोटोइलेक्ट्रॉन म्यान इमेजिंग मैग्नेटोस्फेरिक उत्सर्जन अंतरिक्ष मौसम
चंद्र सतह पर बड़े पैमाने पर रेडियो सरणी की इमेजिंग का अनुकरण
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hegedus, A. M. Simulating Imaging of … More

Hegedus, A. M. Simulating Imaging of Large Scale Radio Arrays on the Lunar Surface. J. Vis. Exp. (161), e61540, doi:10.3791/61540 (2020).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter