Avanços nas Observações de VLBI Através do VGOS

A galera da interferometria de longo alcance (VLBI) tá se esforçando pra melhorar como observam os movimentos da Terra e os objetos celestiais. Uma das principais paradas é usar um novo sistema chamado Sistema Global de Observação VLBI (VGOS). Esse sistema visa aumentar o número de observações feitas a cada hora, ajudando a coletar dados melhores sobre medições geodésicas e astrométricas.

#Desafios Atuais com o VGOS

Atualmente, a estratégia de observação que tá sendo usada não permite tantas escaneadas ou observações quanto se esperava. Em 2022, rolaram seis sessões de 24 horas chamadas sessões de Pesquisa e Desenvolvimento (R&D) do VGOS. Essas sessões tinham como objetivo achar maneiras de melhorar a eficiência do sistema atual. O foco era usar uma abordagem de agendamento baseada nas razões sinal-ruído (SNR) pra obter mais observações em menos tempo, enquanto se reduz o tempo de inatividade entre as observações.

#Novas Estratégias de Observação

Durante as sessões de R&D, foram testadas duas abordagens de agendamento. A primeira envolvia usar modelos existentes que preveem quão brilhantes são as fontes de rádio, e a segunda confiava em um novo catálogo criado especificamente para as frequências do VGOS. Ambos os métodos funcionaram bem e resultaram em um aumento significativo no número de observações feitas por estação, mantendo uma alta taxa de sucesso na captura de dados utilizáveis.

Essa nova estratégia de agendamento pode ser facilmente aplicada às observações regulares do VGOS no futuro. Além de discutir esses métodos de agendamento, os resultados mostraram melhorias não só no número de observações, mas também na precisão dos parâmetros medidos.

#Resultados dos Testes

Os testes indicaram um aumento potencial de cerca de 50% na precisão das medições geodésicas em comparação com as sessões regulares do VGOS. Também foi encontrado que os erros nas posições calculadas das estações de observação foram significativamente reduzidos, além de melhorias nos parâmetros de orientação da Terra.

#O que é VLBI?

VLBI é uma técnica avançada usada em geodésia espacial. Ela utiliza múltiplos telescópios de rádio espalhados pelo mundo pra fazer observações sincronizadas. Isso permite que os cientistas meçam a rotação da Terra e acompanhem pequenas mudanças em sua orientação. Também desempenha um papel fundamental na criação de quadros de referência tanto para navegação terrestre quanto celeste.

O Serviço Internacional de VLBI para Geodésia e Astrometria supervisiona essas observações geodésicas do VLBI. Esse serviço organiza várias sessões de VLBI, incluindo observações globais de 24 horas que acontecem regularmente.

#Limitações Existentes

A rede S/X mais antiga de telescópios tem limitações devido à infraestrutura envelhecida e às capacidades variadas de diferentes telescópios. Por causa desses problemas, tem sido desafiador conseguir o número de observações necessárias. O sistema VGOS está sendo desenvolvido como um substituto para o sistema S/X, pra atender melhor à crescente demanda da geodésia global.

Ao desenvolver o VGOS, um grande problema identificado é o impacto da turbulência atmosférica nas observações. Pra resolver isso, foi decidido que as observações deveriam ser mais frequentes, permitindo uma melhor compreensão das condições atmosféricas em diferentes ângulos.

#Transição para o VGOS

O sistema VGOS foi projetado pra ser mais rápido, utilizando novos telescópios que conseguem se mover em direção às fontes-alvo mais rapidamente. Embora essa velocidade venha à custa de alguma sensibilidade, novas estratégias foram desenvolvidas pra compensar isso. Uma abordagem é observar usando múltiplas bandas de frequência ao mesmo tempo, o que ajuda a coletar mais dados.

Desde 2020, o VGOS tá operando e conduzindo sessões. As tentativas iniciais mostraram que, enquanto o VGOS pode observar cerca de 40 escaneadas por hora, isso ainda não é suficiente pra atingir a meta inicialmente esperada de 120 escaneadas por hora.

#Identificando Falhas

Um dos motivos de não se alcançar o número-alvo de escaneadas é que a estratégia de observação atual requer tempo pra coletar dados de cada fonte. Cada escaneada normalmente leva cerca de 30 segundos pra ser concluída, o que vai contra o plano original de tempos de observação muito mais curtos. Esses períodos de observação mais longos, junto com outros atrasos técnicos, resultaram em intervalos maiores entre as medições.

Pra combater esses problemas, a IVS organizou sessões de R&D dedicadas especificamente a desenvolver melhores métodos de agendamento de observações. O foco foi testar a estratégia de agendamento baseada em SNR e trabalhar em maneiras de reduzir atrasos desnecessários no processo.

#Explicação do Agendamento Baseado em SNR

O agendamento baseado em SNR é um método que calcula o tempo de observação necessário com base em quão brilhante a fonte de rádio-alvo é e quão sensível a estação de observação é. Fatores-chave incluem o brilho da fonte, a sensibilidade da estação, o nível de SNR desejado e a taxa de gravação. Essa abordagem garante que o tempo gasto observando seja otimizado tanto para a fonte quanto para a estação envolvida.

Já que não havia modelos adequados disponíveis pra prever o brilho da fonte nas frequências do VGOS, novos métodos tiveram que ser desenvolvidos. O primeiro método envolveu usar dados das frequências S/X mais antigas e extrapolar isso pras novas frequências do VGOS. O segundo método criou um novo catálogo de níveis de brilho especificamente para o VGOS.

#Conduzindo os Testes

As sessões de R&D do VGOS foram realizadas a cada dois meses em 2022. Cada sessão foi planejada com base em discussões e aprovação de um comitê técnico, mas devido a um backlog no processamento de dados, os resultados das sessões anteriores não puderam informar ajustes para as próximas sessões.

Diferentes estações foram usadas nas sessões, e algumas não eram totalmente confiáveis durante os testes iniciais. Algumas observações foram feitas usando uma abordagem “tagalong”, significando que novas estações menos confiáveis foram adicionadas ao cronograma sem impactar as estações principais. Essa técnica ajudou a gerenciar os riscos associados a equipamentos não testados.

#Procedimentos de Observação

As sessões de R&D incorporaram escaneadas de calibração dedicadas a cada 1-2 horas pra garantir a coleta de dados confiáveis. Essas escaneadas de calibração foram importantes pra entender o desempenho de estações novas e menos testadas. O objetivo principal era testar a eficácia dos métodos de agendamento baseados em SNR e suas variações.

O tempo de observação foi reduzido pra entre 7 e 20 segundos por escaneada, levando a uma média de cerca de 10 segundos por observação. Os dados coletados durante essas sessões foram então analisados pra ver como diferentes fatores impactaram a taxa geral de sucesso das observações.

#Resultados das Sessões de R&D

As sessões de R&D trouxeram resultados impressionantes. Houve um aumento significativo tanto no número de escaneadas por hora quanto no número de observações, com as sessões registrando 2,3 vezes mais escaneadas e 2,6 vezes mais observações do que antes.

Os resultados indicaram que os novos métodos foram bem-sucedidos, já que a porcentagem de observações bem-sucedidas alcançou mais de 90%, demonstrando que, apesar dos desafios técnicos, a nova abordagem de agendamento foi eficaz.

#Comparação de Desempenho

Quando se comparam os resultados das R&D do VGOS com sessões tradicionais, ficou claro que a abordagem de agendamento baseada em SNR não só estava entregando mais observações, mas também resultados eficazes. As simulações feitas durante os testes indicaram uma melhoria geral de cerca de 50% em termos de precisão geodésica.

#Implicações Futuras

Seguindo em frente, as técnicas testadas nas sessões de R&D poderiam ser facilmente aplicadas às observações contínuas do VGOS. Ao registrar mais sessões enquanto se emprega a nova abordagem de agendamento, uma análise mais detalhada da precisão das medições geodésicas pode ser realizada.

O sucesso da nova abordagem de agendamento baseada em SNR indica que é possível otimizar o processo de observação e reduzir a necessidade de tempos de observação prolongados. Melhorias na monitorização e modelagem de fontes de rádio podem levar a ainda mais eficiências no futuro.

#Conclusão

As sessões de R&D do VGOS em 2022 mostraram que melhorias significativas podem ser feitas tanto no número de observações quanto na qualidade dos dados coletados. Ao aplicar um novo sistema de agendamento baseado em SNR, os pesquisadores conseguiram um aumento substancial nos dados que podem ser analisados para medições geodésicas.

Esse progresso mostra um bom potencial para futuros esforços de observação, com a possibilidade de melhorar muito nossa compreensão dos movimentos da Terra e do universo ao nosso redor. As descobertas das sessões de R&D destacam a importância de inovações contínuas no campo do VLBI e o valor de se adaptar a novas tecnologias e estratégias pra alcançar objetivos científicos.