Mikroaaltotähtitieteen käyttäminen kosmon tutkimiseen

Ei monet ihmiset ajattele kosmisista mikroaaltouuneista, kun ne syövät ruokaansa lounaaksi joka päivä. Saman tyyppinen säteily, jota mikroaaltouuni käyttää burriton hyppäämiseen, auttaa tähtitieteilijöitä tutkimaan maailmankaikkeutta. Se on totta: ulkoavaruudesta tulevat mikroaaltopäästöt auttavat palaamaan kosmosen alkuvaiheessa.

Kiehtova esineiden joukko säteilee mikroaaltoja avaruudessa. Lähin ei-maapallon mikroaaltojen lähde on meidän aurinko. Sen lähettämät mikroaaltojen erityiset aallonpituudet absorboivat ilmakehämme. Ilmakehässämme olevat vesihöyryt voivat häiritä mikroaaltosäteilyn havaitsemista avaruudesta, absorboida sitä ja estää sitä pääsemästä maan pinnalle. Se opetti tähtitieteilijöitä, jotka tutkivat mikroaaltosäteilyä kosmossa, sijoittamaan ilmaisimet korkealle korkeudelle maapallolla tai avaruuteen.

Toisaalta, mikroaaltosignaalit, jotka voivat tunkeutua pilviin ja savuun, voivat auttaa tutkijoita tutkimaan maan olosuhteita ja parantamaan satelliittiviestintää. Osoittautuu, että mikroaaltotiede on hyödyllinen monella tavalla.

Mikroaaltosignaalit ovat erittäin pitkiä aallonpituuksia. Niiden havaitseminen vaatii erittäin suuria kaukoputkia, koska ilmaisimen koon on oltava useita kertoja suurempi kuin itse säteilyaallonpituus. Tunnetuimpia mikroaaltotähtitieteellisiä observatorioita on avaruudessa ja ne ovat paljastaneet yksityiskohtia esineistä ja tapahtumista aina maailmankaikkeuden alkuun saakka.

Oman keskus Linnunrata on mikroaaltolähde, vaikka se ei ole niin laaja kuin muissa aktiivisemmissa galakseissa. Musta aukko (nimeltään Jousimies A *) on melko hiljainen, koska nämä asiat menevät. Siinä ei näytä olevan massiivista suihkua, ja se ruokkii vain satunnaisesti tähtiä ja muuta materiaalia, joka kulkee liian lähellä.

pulsareja (pyörivät neutronitähdet) ovat erittäin voimakkaita mikroaaltosäteilylähteitä. Nämä voimakkaat, pienikokoiset esineet ovat tiheyden suhteen toissijaisia ​​vain mustien reikien kohdalla. Neutronitähteillä on voimakkaat magneettikentät ja nopeat pyörimisnopeudet. Ne tuottavat laajan säteilytehospektrin, mikroaaltosäteily on erityisen voimakas. Suurimpaan osaan pulsaareja viitataan yleensä "radiosähköpulssureiksi" voimakkaiden radiosäteilyjensä takia, mutta ne voivat olla myös "kirkkaita mikroaaltouunissa".

Monet kiehtovat mikroaallolähteet sijaitsevat kaukana aurinkokunnan ja galaksin ulkopuolella. Esimerkiksi aktiiviset galaksit (AGN), powered by supermassiiviset mustat aukot ytimestään, säteilevät voimakkaita räjähdyksiä mikroaaltoja. Lisäksi nämä mustia aukkoja käyttävät moottorit voivat luoda massiivisia plasmasuihkuja, jotka myös hehkuvat kirkkaasti mikroaallonpituuksilla. Jotkut näistä plasmarakenteista voivat olla suurempia kuin koko galaksi, joka sisältää mustan aukon.

Vuonna 1964 Princetonin yliopiston tutkijat David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke ja Peter Roll päättivät rakentaa ilmaisimen metsästääkseen kosmisia mikroaaltoja. He eivät olleet ainoita. Kaksi Bell Labsin tutkijaa - Arno Penzias ja Robert Wilson - rakensivat myös "torvi" etsiäkseen mikroaaltoja. Tällainen säteily oli ennustettu 1900-luvun alkupuolella, mutta kukaan ei ollut tehnyt mitään sen etsimiseksi. Tutkijoiden vuoden 1964 mittaukset osoittivat mikroaaltosäteilyn himmeän "pesun" koko taivaalla. Nyt osoittautuu, että heikko mikroaaltohehku on varhaisen maailmankaikkeuden kosminen signaali. Penzias ja Wilson voittivat Nobel-palkinnon heidän tekemistään mittauksista ja analyyseistä, jotka johtivat kosmisen mikroaaltotaustan (CMB) vahvistamiseen.

Lopulta tähtitieteilijät saivat varoja rakentaa avaruuspohjaisia ​​mikroaaltoilmaisimia, jotka voivat toimittaa parempaa tietoa. Esimerkiksi Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) -satelliitti teki yksityiskohtaisen tutkimuksen tästä CMB: stä vuoden 1989 alusta. Sittemmin muut Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) -tutkimuksella on havaittu tämä säteily.

CMB on ison bangin jälkivalo, tapahtuma, joka käynnisti maailmankaikkeuden. Se oli uskomattoman kuuma ja energinen. Kun vastasyntyneen kosmos kasvoi, lämmön tiheys laski. Pohjimmiltaan se jäähtyi, ja mitä vähän lämpöä siellä oli, se levisi suuremmille alueille. Nykyään maailmankaikkeus on 93 miljardia valovuotta ja CMB edustaa lämpötilaa noin 2,7 kelviniä. Tähtitieteilijät katsovat, että hajalämpötila on mikroaaltosäteilyä, ja käyttävät vähäisiä CMB: n "lämpötilan" vaihteluita saadakseen lisätietoja maailmankaikkeuden alkuperästä ja kehityksestä.

Mikroaallot säteilevät taajuuksilla 0,3 gigahertsiä (GHz) - 300 GHz. (Yksi gigahertsi on yhtä miljardia hertsiä. "Hertsiä" käytetään kuvaamaan kuinka monta sykliä sekunnissa jotakin säteilee, yhden hertzin ollessa yksi sykli per toinen.) Tämä taajuusalue vastaa millimetrin (metrin tuhannesosa) ja aallonpituuksia välillä metri. Esimerkiksi TV- ja radiopäästöt säteilevät spektrin alaosassa, välillä 50–1000 MHz (megahertsi).

Mikroaaltosäteilyä kuvataan usein itsenäisenä säteilykaistana, mutta sitä pidetään myös osana radioastronomian tiedettä. Tähtitieteilijät viittaavat usein säteilyyn, jonka aallonpituudet ovat Kauko-infrapuna, mikroaalto- ja erittäin korkeataajuiset (UHF) radiotaajuudet osana "mikroaaltosäteilyä", vaikka ne ovat teknisesti kolme erillistä energiakaistaa.