Mikrohullámú csillagászat használata a kozmosz felfedezéséhez

Nem sokan gondolkodnak a kozmikus mikrohullámú sütőkről, mivel minden nap ebédelnek az ételeiket. Ugyanaz a sugárzás, amelyet egy mikrohullámú sütő használ egy burrito elmozdításához, segít a csillagászoknak felfedezni az univerzumot. Igaz: a világűrből származó mikrohullámú emisszió visszatekintést ad a kozmosz korai szakaszában.

Egy lenyűgöző tárgykészlet mikrohullámot bocsát ki az űrben. A nem földi mikrohullámok legközelebbi forrása a mi Napunk. A mikrohullámok sajátos hullámhosszait, amelyeket továbbít, a légkör vesz fel. A légkörünkben lévő vízgőzök akadályozhatják az űrből származó mikrohullámú sugárzás észlelését, abszorbeálását és megakadályozását, hogy elérje a Föld felszínét. Ez megtanította a csillagászoknak, akik a kozmoszban mikrohullámú sugárzást tanulmányoznak, hogy detektorukat nagy magasságban helyezzék el a Földre vagy az űrbe.

Másrészt a felhőkbe és füstbe áthatoló mikrohullámú jelek segítenek a kutatóknak a Föld körülményeinek tanulmányozásában, és javítják a műholdas kommunikációt. Kiderült, hogy a mikrohullámú tudomány sok szempontból előnyös.

A mikrohullámú jelek nagyon hosszú hullámhosszon érkeznek. Az észlelésük nagyon nagy távcsöveket igényel, mivel az érzékelő méretének sokszor nagyobbnak kell lennie, mint maga a sugárzási hullámhossz. A legismertebb mikrohullámú csillagászati ​​obszervatóriumok az űrben vannak, és a tárgyak és események részleteit tárják fel az egész világegyetem elejéig.

Saját központunk Tejút rendszer egy mikrohullámú forrás, bár nem olyan kiterjedt, mint más aktívabb galaxisokban. A fekete lyuk (Nyilas A * néven) meglehetősen csendes, mivel ezek a dolgok mennek. Úgy tűnik, hogy nincs hatalmas sugárhajtású, és csak alkalmanként táplálkozik olyan csillagokkal és egyéb anyagokkal, amelyek túl közel esnek át.

pulzárok (forgó neutroncsillagok) a mikrohullámú sugárzás nagyon erős forrásai. Ezek az erőteljes, kompakt tárgyak a sűrűség szempontjából csak a fekete lyukak után vannak. A neutroncsillagok erős mágneses terekkel és gyors forgási sebességgel rendelkeznek. Széles sugárzási spektrumot bocsátanak ki, a mikrohullámú sugárzás különösen erős. A legtöbb pulzálót általában "rádió pulzátornak" nevezik erőteljes rádiókibocsátásuk miatt, de ezek is "mikrohullámú fények" lehetnek.

Számos izgalmas mikrohullám-forrás jóval a Naprendszerünkön és a galaxisunkon kívül található. Például, aktív galaxisok (AGN), hajtott szupermasszív fekete lyukak magjában erős mikrohullámú robbanást bocsát ki ki. Ezenkívül ezek a fekete lyukú motorok hatalmas plazmafúvókákat hozhatnak létre, amelyek mikrohullámú hullámhosszon is fényesen ragyognak. Ezen plazma struktúrák némelyike ​​nagyobb lehet, mint az egész galaxis, amely a fekete lyukat tartalmazza.

1964-ben a Princetoni Egyetem tudósai, David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke és Peter Roll úgy döntött, hogy detektorot épít a kozmikus mikrohullámok vadászatához. Nem csak ők voltak. Két Bell Labs tudós - Arno Penzias és Robert Wilson - szintén egy kürtöt építettek a mikrohullámok keresésére. Az ilyen sugárzást a 20. század elején megjósolták, ám senki sem tett semmit a felkutatása érdekében. A tudósok 1964-es mérései a mikrohullámú sugárzás homályos „mosását” mutatták az egész égbolton. Kiderült, hogy a halvány mikrohullámú fény a korai világegyetem kozmikus jele. Penzias és Wilson Nobel-díjat nyert az általuk elvégzett mérésekért és elemzésekért, amelyek a kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) megerősítéséhez vezettek.

Végül a csillagászok megszerezték a forrásokat, hogy űralapú mikrohullámú érzékelőket építsenek ki, amelyek jobb adatokat szolgáltatnak. Például a Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) műhold részletes tanulmányt készített erről a CMB-ről 1989-ben. Azóta a Wilkinson mikrohullámú anizotrópiás szonda (WMAP) segítségével végzett egyéb megfigyelések kimutatták ezt a sugárzást.

A CMB a nagyrobbanás utánvilágítása, az esemény, amely mozgásba hozta univerzumunkat. Hihetetlenül meleg és energikus volt. Ahogy az újszülött kozmosz kibővült, a hő sűrűsége csökkent. Alapvetően lehűlt, és az a kevés hő volt szétszórva egy nagyobb területre. Manapság az univerzum 93 milliárd fényév széles, és a CMB hőmérséklete körülbelül 2,7 Kelvin. A csillagászok ezt a diffúz hőmérsékletet mikrohullámú sugárzásnak tekintik, és a CMB "hőmérséklete" kisebb ingadozásait felhasználják, hogy megismerjék az univerzum eredetét és alakulását.

A mikrohullámok 0,3 gigaherc (GHz) és 300 GHz közötti frekvencián bocsátanak ki. (Egy gigaherc megegyezik 1 milliárd herzzel. A "Hertz" kifejezést használják annak leírására, hogy hány ciklust másodpercenként bocsát ki valami, amikor egy Hertz egy ciklus per második.) Ez a frekvenciatartomány megfelel a hullámhosszoknak egy milliméter (méter ezredharmad) és egy méter. Referenciaként a TV és a rádiókibocsátás a spektrum alsó részén, 50–1000 Mhz (megahertz) között bocsát ki.

A mikrohullámú sugárzást gyakran független sugárzási sávként írják le, de a rádiócsillagászat tudományának részét képezik. A csillagászok gyakran a hullámhosszú sugárzásra utalnak távoli infravörös, mikrohullámú és ultra-magas frekvenciájú (UHF) rádiósávok, mint a "mikrohullámú" sugárzás részei, bár technikailag három különálló energiasáv.