Hogyan segítik a rádióhullámok az univerzum megértését?

Az emberek látványos fény segítségével érzékelik a világegyetemet, amelyet a szemünkkel láthatunk. Ennek ellenére a kozmoszon kívül más is van, mint amit a csillagokból, bolygókból, ködökből és galaxisokból származó látható fény felhasználásával látunk. Ezek a tárgyak és események az univerzumban másféle sugárzást bocsátanak ki, beleértve a rádiókibocsátást. Ezek a természetes jelek kitöltik a kozmika fontos részét, hogyan és miért viselkednek az univerzumban lévő tárgyak úgy, ahogy viselkednek.

A rádióhullámok elektromágneses hullámok (fény), de nem látjuk őket. Hullámhosszuk 1 milliméter (egy ezred méter) és 100 kilométer (egy kilométer egyenlő ezer méter) között. Frekvencia szempontjából ez egyenértékű 300 Gigahertz (egy Gigahertz egyenlő egy milliárd Hz-rel) és 3 kilohertz értékkel. A Hertz (rövidítve Hz) a frekvenciamérés általánosan használt egység. Egy Hertz megegyezik egy frekvenciaciklusmal. Tehát az 1 Hz-es jel egy ciklus másodpercenként. A legtöbb kozmikus objektum másodpercenként száz-milliárd ciklusnyi jelet bocsát ki.

Az emberek gyakran összekeverik a „rádió” sugárzást valamivel, amit az emberek hallhatnak. Ez nagyrészt azért van, mert rádiókat használunk kommunikációhoz és szórakoztatáshoz. De az emberek nem "hallanak" rádiófrekvenciákat a kozmikus tárgyaktól. Fülünk érzékeli a 20 Hz és 16 000 Hz (16 KHz) frekvenciákat. A legtöbb kozmikus tárgy Megahertz frekvencián bocsát ki, amely sokkal magasabb, mint amit a fül hall. Ez az oka annak, hogy a rádiócsillagászat (a röntgen, az ultraibolya és az infravörös elemmel együtt) gyakran egy „láthatatlan” világegyetem feltárására szolgál, amelyet nem látunk, és nem is hallunk.

A rádióhullámokat általában energiás tárgyak és tevékenységek bocsátják ki az univerzumban. Az Nap a földi sugárzás legközelebbi forrása. A Jupiter rádióhullámokat bocsát ki, csakúgy, mint a Saturnban bekövetkező események.

A Naprendszeren kívül és a Tejút galaxisán kívül a rádiókibocsátás egyik leghatékonyabb forrása származik aktív galaxisok (AGN). Ezeket a dinamikus objektumokat a szupermasszív fekete lyukak a magjukban. Ezenkívül ezek a fekete lyukú motorok hatalmas fúvókákat hoznak létre, amelyek fényesen ragyognak a rádiókibocsátással. Ezek gyakran elhanyagolhatják az egész galaxist rádiófrekvenciákban.

pulzárok, vagy a forgó neutroncsillagok, szintén erős rádióhullám-források. Ezek az erős, kompakt tárgyak akkor készülnek, amikor a hatalmas csillagok meghalnak szupernóvák. A végső sűrűség szempontjából második helyen állnak a fekete lyukak között. Erőteljes mágneses mezőkkel és gyors forgási sebességgel ezek a tárgyak széles spektrumot bocsátanak ki sugárzás, és különösen "fényes" a rádióban. A szupermasszív fekete lyukakhoz hasonlóan erős rádiófúvókák is létrejönnek, amelyek a mágneses pólusoktól vagy a forgó neutroncsillagtól származnak.

Számos pulzátort "rádió-pulzátornak" neveznek, erős rádiókibocsátásuk miatt. Valójában a Fermi Gamma-ray Űrtávcső bizonyítékokat mutatott egy olyan új pulzátorfajtára, amely a legelterjedtebb rádió helyett a gamma-sugarakban legerősebb. Létrehozásuk folyamata ugyanaz marad, de emissziójuk többet mond nekünk az egyes tárgyak típusainak energiájáról.

A szupernóva maradványai maguk is különösen erős rádióhullám-kibocsátók lehetnek. A Rák-köd híres a rádiójeleiről figyelmeztette Jocelyn Bell csillagász a létezéséhez.

A rádiócsillagászat olyan objektumok és folyamatok tanulmányozása az űrben, amelyek rádiófrekvenciákat bocsátanak ki. Minden eddig felfedezett forrás természetesen előforduló forrás. A kibocsátásokat itt, a Földön, rádióteleszkópok veszik fel. Ezek nagy műszerek, mivel szükséges, hogy az érzékelő területe nagyobb legyen, mint a kimutatható hullámhossz. Mivel a rádióhullámok lehetnek nagyobb, mint egy méter (néha sokkal nagyobb), a térerő jellemzően meghaladja a több métert (néha 30 láb vagy annál nagyobb). Néhány hullámhossz olyan nagy lehet, mint egy hegy, ezért a csillagászok kiterjesztett rádióteleszkóp-tömböket építettek fel.

Minél nagyobb a gyűjtési terület a hullámmérethez képest, annál jobb a szögfelbontás. (A szögfelbontás azt jelzi, hogy milyen közel lehetnek két kicsi tárgy, mielőtt egymástól nem lehet megkülönböztetni egymást.)

Mivel a rádióhullámok nagyon hosszú hullámhosszúak lehetnek, a szokásos rádióteleszkópoknak nagyon nagyoknak kell lenniük bármilyen pontosság elérése érdekében. Mivel azonban a stadion méretű rádióteleszkópok építése költségektől mentes lehet (különösen, ha akarod) hogy bármilyen kormányzási képességgel rendelkezzenek), a kívánt cél eléréséhez másik technikára van szükség eredmények.

Az 1940-es évek közepén kifejlesztett rádióinterferometria célja az a szögfelbontás elérése, amely hihetetlenül nagy edényekből származik költség nélkül. A csillagászok ezt több detektor egymással párhuzamos alkalmazásával érik el. Mindegyik ugyanazt a tárgyat tanulmányozza a többiekkel egyszerre.

Együtt dolgozva, ezek a távcsövek hatékonyan működnek, mint egy óriás távcső, amely az egész detektorcsoport mérete. Például a Nagyon Nagy Alapvonal Array detektorok 8000 mérföld távolságra vannak egymástól. Ideális esetben sok különféle távolságtávolságú rádióteleszkóp tömbje működne együtt a gyűjtési terület tényleges méretének optimalizálása és a műszer felbontásának javítása érdekében.

A fejlett kommunikációs és időmérési technológiák létrehozásával lehetővé vált a távcsövek használata nagy távolságra vannak egymástól (a föld különböző pontjain és akár a Föld körüli pályán is). Nagyon hosszú kiindulási interferometria (VLBI) néven ismert, ez a módszer jelentősen javítja a Az egyes rádióteleszkópok képességei lehetővé teszik a kutatók számára, hogy a legdinamikusabbak közül néhányat vizsgáljanak tárgyak a világegyetem.

A rádióhullám sáv átfedésben van a mikrohullámú sávval is (1 mm-től 1 méterig). Valójában az, amit általában hívnak rádiócsillagászat, valóban mikrohullámú csillagászat, bár egyes rádióműszerek 1 métert meghaladó hullámhosszokat érzékelnek.

Ez zavart okoz, mivel egyes kiadványok külön sorolják fel a mikrohullámú és a rádiósávokat, míg mások egyszerűen a "rádió" kifejezést használják, hogy magában foglalják mind a klasszikus rádiósávot, mind a mikrohullámú sütőt Zenekar.

Szerkesztette és frissítette: Carolyn Collins Petersen.