Πώς τα ραδιοκύματα μας βοηθούν να κατανοήσουμε το σύμπαν

Οι άνθρωποι αντιλαμβάνονται το σύμπαν χρησιμοποιώντας ορατό φως που μπορούμε να δούμε με τα μάτια μας. Ωστόσο, υπάρχουν περισσότερα για το σύμπαν από ό, τι βλέπουμε χρησιμοποιώντας το ορατό φως που ρέει από αστέρια, πλανήτες, νεφελώματα και γαλαξίες. Αυτά τα αντικείμενα και τα γεγονότα στο σύμπαν εκπέμπουν επίσης και άλλες μορφές ακτινοβολίας, συμπεριλαμβανομένων των ραδιοεκπομπών. Αυτά τα φυσικά σήματα συμπληρώνουν ένα σημαντικό μέρος του κοσμικού πώς και γιατί τα αντικείμενα στο σύμπαν συμπεριφέρονται όπως κάνουν.

Τα ραδιοκύματα είναι ηλεκτρομαγνητικά κύματα (ελαφριά), αλλά δεν μπορούμε να τα δούμε. Έχουν μήκη κύματος μεταξύ 1 χιλιοστόμετρου (ένα χιλιοστό του μέτρου) και 100 χιλιομέτρων (ένα χιλιόμετρο ισούται με χίλια μέτρα). Από την άποψη της συχνότητας, αυτό ισοδυναμεί με 300 Gigahertz (ένα Gigahertz ισούται με ένα δισεκατομμύριο Hertz) και 3 kilohertz. Ένα Hertz (συντομογραφία ως Hz) είναι μια κοινώς χρησιμοποιούμενη μονάδα μέτρησης συχνότητας. Ένα Hertz ισούται με έναν κύκλο συχνότητας. Έτσι, ένα σήμα 1 Hz είναι ένας κύκλος ανά δευτερόλεπτο. Τα περισσότερα κοσμικά αντικείμενα εκπέμπουν σήματα σε εκατοντάδες έως δισεκατομμύρια κύκλους ανά δευτερόλεπτο.

Οι άνθρωποι συγχέουν συχνά τις εκπομπές "ραδιοφώνου" με κάτι που οι άνθρωποι μπορούν να ακούσουν. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στο γεγονός ότι χρησιμοποιούμε ραδιόφωνα για επικοινωνία και ψυχαγωγία. Αλλά, οι άνθρωποι δεν ακούν ραδιοσυχνότητες από κοσμικά αντικείμενα. Τα αυτιά μας μπορούν να ανιχνεύσουν συχνότητες από 20 Hz έως 16.000 Hz (16 KHz). Τα περισσότερα κοσμικά αντικείμενα εκπέμπουν στις συχνότητες των Megahertz, που είναι πολύ υψηλότερες από ό, τι ακούει το αυτί. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η ραδιοαστρονομία (μαζί με την ακτινογραφία, την υπεριώδη ακτινοβολία και την υπέρυθρη ακτινοβολία) συχνά θεωρείται ότι αποκαλύπτει ένα "αόρατο" σύμπαν που δεν μπορούμε ούτε να δούμε ούτε να ακούμε.

Τα ραδιοκύματα συνήθως εκπέμπονται από ενεργειακά αντικείμενα και δραστηριότητες στο σύμπαν. ο Ήλιος είναι η πλησιέστερη πηγή ραδιενεργών εκπομπών πέρα ​​από τη Γη. Ο Δίας επίσης εκπέμπει ραδιοκύματα, όπως και τα γεγονότα που συμβαίνουν στον Κρόνο.

Μία από τις πιο ισχυρές πηγές εκπομπής ραδιοσυχνοτήτων έξω από το ηλιακό σύστημα και πέρα ​​από τον γαλαξία Γαλαξία, προέρχεται από ενεργούς γαλαξίες (AGN). Αυτά τα δυναμικά αντικείμενα τροφοδοτούνται από υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στους πυρήνες τους. Επιπλέον, αυτοί οι κινητήρες μαύρης τρύπας θα δημιουργήσουν τεράστιους πίδακες υλικού που θα λάμπουν με έντονες εκπομπές ραδιοφώνου. Αυτά μπορεί συχνά να πυροδοτούν ολόκληρο τον γαλαξία σε ραδιοσυχνότητες.

Pulsars, ή περιστρεφόμενα αστέρια νετρονίων, είναι επίσης ισχυρές πηγές ραδιοκυμάτων. Αυτά τα ισχυρά, συμπαγή αντικείμενα δημιουργούνται όταν πεθαίνουν μεγάλα αστέρια σουπερνόβα. Είναι δεύτερη μόνο σε μαύρες τρύπες όσον αφορά την τελική πυκνότητα. Με ισχυρά μαγνητικά πεδία και ταχύτητες γρήγορης περιστροφής, αυτά τα αντικείμενα εκπέμπουν ένα ευρύ φάσμα ακτινοβολία, και είναι ιδιαίτερα "φωτεινό" στο ραδιόφωνο. Όπως οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, δημιουργούνται ισχυρά ραδιοκύματα, που προέρχονται από τους μαγνητικούς πόλους ή το περιστρεφόμενο αστέρι νετρονίων.

Πολλοί παλμογράφοι αναφέρονται ως "ραδιοφωνικοί παλμογράφοι" εξαιτίας της έντονης ραδιοεκπομπής τους. Στην πραγματικότητα, τα στοιχεία από το Fermi Gamma-ray Space Telescope έδειξε στοιχεία για μια νέα φυλή των παλμών που φαίνεται πιο ισχυρή στις ακτινοβολίες γάμμα αντί για το πιο κοινό ραδιόφωνο. Η διαδικασία της δημιουργίας τους παραμένει η ίδια, αλλά οι εκπομπές τους μας λένε περισσότερο για την ενέργεια που εμπλέκεται σε κάθε τύπο αντικειμένου.

Τα απομεινάρια της σουπερνόβα μπορούν να είναι ιδιαίτερα ισχυροί εκπομποί ραδιοκυμάτων. Το Νεφέλωμα Κάβουρας είναι διάσημο για τα ραδιοσήματά του ειδοποίησε τον αστρονόμο Jocelyn Bell στην ύπαρξή του.

Η ραδιοαστρονομία είναι η μελέτη αντικειμένων και διαδικασιών στο διάστημα που εκπέμπουν ραδιοσυχνότητες. Κάθε πηγή που ανιχνεύθηκε μέχρι σήμερα είναι φυσική. Οι εκπομπές λαμβάνονται εδώ στη Γη με ραδιοτηλεσκόπια. Αυτά είναι μεγάλα όργανα, καθώς είναι απαραίτητο η περιοχή του ανιχνευτή να είναι μεγαλύτερη από τα ανιχνεύσιμα μήκη κύματος. Δεδομένου ότι τα ραδιοκύματα μπορούν να είναι μεγαλύτερα από ένα μέτρο (μερικές φορές πολύ μεγαλύτερα), τα πεδία συνήθως υπερβαίνουν τα αρκετά μέτρα (μερικές φορές τα 30 πόδια ή και περισσότερα). Ορισμένα μήκη κύματος μπορούν να είναι τόσο μεγάλα όσο ένα βουνό, και έτσι οι αστρονόμοι έχουν κατασκευάσει εκτεταμένες σειρές ραδιοτηλεσκοπίων.

Όσο μεγαλύτερη είναι η περιοχή συλλογής, σε σύγκριση με το μέγεθος κύματος, τόσο καλύτερη είναι η γωνιακή ανάλυση που έχει ένα ραδιοτηλεσκόπιο. (Η γωνιακή ανάλυση είναι ένα μέτρο για το πόσο κοντά δύο μικρά αντικείμενα μπορούν να είναι πριν να είναι αδιαίρετα.)

Δεδομένου ότι τα ραδιοκύματα μπορούν να έχουν πολύ μεγάλα μήκη κύματος, τα τυπικά ραδιοτηλεσκόπια πρέπει να είναι πολύ μεγάλα για να αποκτήσουν οποιαδήποτε ακρίβεια. Αλλά από την κατασκευή του σταδίου φάση τηλεσκόπια ραδιόφωνα μπορεί να είναι κόστος απαγορευτικό (ειδικά αν θέλετε για να έχουν οποιαδήποτε δυνατότητα διεύθυνσης καθόλου), απαιτείται άλλη τεχνική για την επίτευξη του επιθυμητού Αποτελέσματα.

Αναπτύχθηκε στα μέσα της δεκαετίας του 1940, η ραδιοσυμβατότητα αποσκοπεί στο να επιτύχει το είδος της γωνιακής ανάλυσης που θα προέκυπτε από απίστευτα μεγάλα πιάτα χωρίς έξοδα. Οι αστρονόμοι το επιτυγχάνουν χρησιμοποιώντας πολλαπλούς ανιχνευτές παράλληλα μεταξύ τους. Ο καθένας μελετά το ίδιο αντικείμενο ταυτόχρονα με τους άλλους.

Συνεργώντας μαζί, αυτά τα τηλεσκόπια λειτουργούν αποτελεσματικά σαν ένα γιγαντιαίο τηλεσκόπιο το μέγεθος της όλης ομάδας ανιχνευτών μαζί. Για παράδειγμα, η πολύ μεγάλη διάταξη βασικής γραμμής έχει ανιχνευτές 8,000 μίλια. Στην ιδανική περίπτωση, μια σειρά από πολλά ραδιοτηλεσκόπια σε διαφορετικές αποστάσεις διαχωρισμού θα συνεργάζονταν για τη βελτιστοποίηση του πραγματικού μεγέθους της περιοχής συλλογής, καθώς και για τη βελτίωση της ανάλυσης του οργάνου.

Με τη δημιουργία προηγμένων τεχνολογιών επικοινωνίας και χρονισμού, κατέστη δυνατή η χρήση των τηλεσκοπίων υπάρχουν σε μεγάλες αποστάσεις το ένα από το άλλο (από διάφορα σημεία σε όλο τον κόσμο και ακόμη και σε τροχιά γύρω από τη Γη). Γνωστός ως πολύ μεγάλης χρονικής γραμμής παρεμβολής (VLBI), η τεχνική αυτή βελτιώνει σημαντικά την ικανότητες των επιμέρους ραδιοτηλεσκοπίων και επιτρέπει στους ερευνητές να διερευνήσουν μερικές από τις πιο δυναμικές αντικείμενα στο σύμπαν.

Η ζώνη ραδιοκυμάτων συμπίπτει επίσης με τη ζώνη μικροκυμάτων (1 χιλιοστόμετρο έως 1 μέτρο). Στην πραγματικότητα, αυτό που ονομάζεται συνήθως ραδιοαστρονομία, είναι πραγματικά αστρονομία μικροκυμάτων, αν και ορισμένα ραδιοφωνικά όργανα ανιχνεύουν μήκη κύματος πολύ πέραν του 1 μέτρου.

Αυτή είναι μια πηγή σύγχυσης, καθώς μερικές δημοσιεύσεις θα απαριθμήσουν χωριστά τη ζώνη μικροκυμάτων και τις ραδιοφωνικές ζώνες, ενώ άλλοι θα χρησιμοποιούν απλά τον όρο "ραδιόφωνο" για να συμπεριλάβουν τόσο την κλασσική ραδιοφωνική ζώνη όσο και το φούρνο μικροκυμάτων ζώνη.

Επεξεργάστηκε και ενημερώθηκε από Carolyn Collins Petersen.