甚长基线干涉测量
| 英文 | Very Long Baseline Interferometry |
|---|---|
| 观测目标 | 类星体等河外射电源 |
| 核心原理 | 干涉测量法 |
| 主要应用 | 地球定向参数测定、板块构造监测、天球参考架建立 |
甚长基线干涉测量（Very Long Baseline Interferometry, 简称 VLBI）是一种利用射电干涉原理进行精确测量的天文观测技术。它通过联合分布在全球不同位置的多个射电望远镜，同时观测同一个遥远天体（通常是类星体），来精确测定望远镜之间的距离和地球的动态参数。
VLBI是空间大地测量技术中精度最高的技术之一，尤其在测量长距离基线和地球自转参数方面具有不可替代的优势。
观测原理
VLBI的基本思想是记录来自遥远射电源（如类星体）的无线电波信号到达两个或多个射电望远镜的时间差（Delay）。
- 信号接收：全球多个射电望远镜同时对准一个射电源进行观测，并各自记录下接收到的信号。每个台站都配备有高精度的原子钟来确保时间同步。
- 数据记录：观测数据连同精确的时间信息被记录在高速数据记录终端中。
- 数据处理（相关）：所有台站的观测数据被集中送到数据处理中心（相关中心）。处理中心通过对不同台站记录的信号进行互相关计算，精确地找出信号到达各台站的时间延迟。
- 参数解算：利用这个时间延迟量，结合已知的射电源方向和光速，可以精确计算出望远镜之间的基线矢量（Baseline Vector）。通过对多条基线、多个射电源的长期观测，可以反演出高精度的地球动力学参数。
由于类星体距离地球极其遥远（数十亿光年），其在天空中的位置可以被认为是固定不变的，因此成为建立绝对稳定参考框架的理想目标。
系统组成与国际合作
一个大地测量VLBI系统主要包括：
- 射电望远镜网络：分布在全球各地的观测台站。
- 数据处理中心（相关中心）：负责处理海量的观测数据，进行互相关计算。
- 分析中心：负责对相关处理后的结果进行科学解算，提取地球物理和大地测量参数。
全球大地测量VLBI的观测、数据处理和产品发布主要由国际VLBI服务组织（International VLBI Service for Geodesy and Astrometry, IVS）协调。IVS是一个国际合作组织，旨在为大地测量、地球物理和天体测量研究提供高质量的VLBI数据和产品。
主要应用
VLBI技术在大地测量学和地球物理学中有着至关重要的应用：
建立和维持天球参考架 (CRF)
国际天球参考架（ICRF）是目前最精确的准惯性参考系统，它就是通过全球VLBI长期观测数百个类星体建立起来的。所有其他天体和航天器的位置测量最终都要归算到这个参考框架下。
测定地球定向参数 (EOP)
地球定向参数（EOP）是描述天球参考架和地球参考架之间瞬时转换关系的参数，包括：
- 极移（Polar Motion）：地球自转轴相对于地壳的运动。
- 世界时（UT1）：表征地球自转角速度的变化，特别是UT1与原子时（UTC）的差值。
- 章动和岁差：地球自转轴在空间中的指向变化。
VLBI是目前测定所有这些参数最精确的手段，为高精度导航、定位和深空探测提供基础保障。
建立和维持地球参考架 (TRF)
通过长期、重复地测量全球VLBI台站之间的基线长度变化，可以以毫米级的精度监测地壳板块的水平运动，并确定全球尺度下台站的稳定坐标。这些坐标是构建和维护国际地球参考架（ITRF）的核心数据之一。
深空探测器导航
VLBI技术可以用来精确测定深空探测器的位置和速度，为行星际任务提供轨道支持。