Kuinka radioaallot auttavat meitä ymmärtämään maailmankaikkeutta

Ihmiset havaitsevat maailmankaikkeuden näkyvällä valolla, jonka voimme nähdä silmillämme. Kosmossa on kuitenkin enemmän kuin se, mitä näemme käyttämällä tähtiä, planeettoja, sumua ja galakseja virtaavaa näkyvää valoa. Nämä esineet ja tapahtumat maailmankaikkeudessa lähettävät myös muita säteilymuotoja, mukaan lukien radiopäästöt. Nuo luonnolliset signaalit täyttävät tärkeän osan kosmista siitä, kuinka ja miksi maailmankaikkeuden esineet käyttäytyvät kuten he toimivat.

Radioaallot ovat sähkömagneettisia aaltoja (valoa), mutta emme näe niitä. Niiden aallonpituudet ovat välillä 1 millimetri (tuhannesosa metriä) - 100 kilometriä (yksi kilometri on yhtä tuhat metriä). Taajuudella tämä vastaa 300 gigahertsiä (yksi gigahertsi on yhtä miljardia hertsiä) ja 3 kilohertsiä. Hertsi (lyhennettynä Hz) on yleisesti käytetty taajuuden mittayksikkö. Yksi hertsi on yhtä taajuussykliä. Joten 1 Hz-signaali on yksi jakso sekunnissa. Useimmat kosmiset esineet lähettävät signaaleja satojen - miljardien jaksojen sekunnissa.

Ihmiset sekoittavat usein "radio" -päästöt jotain, jonka ihmiset voivat kuulla. Se johtuu suurelta osin siitä, että käytämme radiota viestintään ja viihteeseen. Mutta ihmiset eivät "kuule" radiotaajuuksia kosmisista esineistä. Korvamme tunnistavat taajuudet 20 Hz - 16 000 Hz (16 KHz). Useimmat kosmiset esineet säteilevät Megahertsin taajuuksilla, jotka ovat paljon korkeampia kuin korva kuulee. Siksi radioastronomian (yhdessä röntgen-, ultravioletti- ja infrapuna-aseman) kanssa ajatellaan usein paljastavan "näkymättömän" maailmankaikkeuden, jota emme voi nähdä tai kuulla.

Radioaaltoja säteilee yleensä maailmankaikkeuden energeettiset esineet ja toiminnot. Aurinko on lähinnä radion päästöjä Maan ulkopuolella. Jupiter säteilee myös radioaaltoja, samoin kuin Saturnuksessa tapahtuvat tapahtumat.

Yksi tehokkaimmista säteilylähteistä aurinkokunnan ulkopuolella ja Linnunradan galaksin ulkopuolella on peräisin aktiiviset galaksit (AGN). Nämä dynaamiset objektit saavat virtansa supermassiiviset mustat aukot heidän ytimessään. Lisäksi nämä mustan aukon moottorit luovat massiivisia suihkumateriaaleja, jotka hehkuvat kirkkaasti radiosäteilyllä. Ne voivat usein ylittää koko galaksin radiotaajuuksilla.

pulsareja, tai pyörivät neutronitähdet, ovat myös voimakkaita radioaaltojen lähteitä. Nämä vahvat, pienikokoiset esineet luodaan, kun massiiviset tähdet kuolevat supernovat. He ovat lopullisen tiheyden suhteen vain mustien reikien toisella puolella. Voimakkaiden magneettikenttien ja nopeiden pyörimisnopeuksien avulla nämä esineet säteilevät laajan spektrin säteily, ja ne ovat erityisen "kirkkaita" radiossa. Kuten supermassiiviset mustat aukot, syntyy voimakkaita radiosuihkuja, jotka lähtevät magneettinavoilta tai pyörivältä neutronitähdeltä.

Moniin pulsareihin viitataan "radios pulsareina" niiden voimakkaan radiosäteilyn takia. Itse asiassa tiedot Fermi gammasäteilyn kaukoputki osoitti todisteita uudesta pulsarsarjasta, joka vaikuttaa vahvinta gammasäteissä yleisemmän radion sijaan. Niiden luomisprosessi pysyy samana, mutta niiden päästöt kertovat meille enemmän kunkin tyyppiseen esineeseen liittyvästä energiasta.

Supernovan jäännökset voivat itse olla erityisen voimakkaita radioaaltojen lähettäjiä. Rapujen udu on kuuluisa radiosignaaleistaan hälytti tähtitieteilijä Jocelyn Bell sen olemassaoloon.

Radioastronomia on avaruudessa olevien esineiden ja prosessien tutkimusta, jotka lähettävät radiotaajuuksia. Jokainen tähän mennessä havaittu lähde on luonnossa esiintyvä. Päästöt kerätään täällä maan päällä radioteleskoopeilla. Nämä ovat suuria instrumentteja, koska on välttämätöntä, että ilmaisimen pinta-ala on suurempi kuin havaittavissa olevat aallonpituudet. Koska radioaallot voivat olla suurempia kuin metri (joskus paljon suurempia), kantamat ovat yleensä yli useita metrejä (joskus 30 jalkaa tai enemmän). Jotkut aallonpituudet voivat olla yhtä suuria kuin vuori, ja tähtitieteilijät ovat rakentaneet laajennettuja radioteleskooppien ryhmiä.

Mitä suurempi keräyspinta-ala on aallonkokoon verrattuna, sitä parempi kulmaresoluutio radioteleskoopilla on. (Kulmaresoluutio on mitta siitä, kuinka lähellä kaksi pientä objektia voi olla, ennen kuin niitä ei voida erottaa toisistaan.)

Koska radioaalloilla voi olla erittäin pitkät aallonpituudet, vakioradioskooppien on oltava erittäin suuria kaikenlaisen tarkkuuden saavuttamiseksi. Mutta koska stadionikokoisten radioteleskooppien rakentaminen voi olla kustannuksiltaan kohtuullista (varsinkin jos haluat heillä on lainkaan ohjauskyky), tarvitaan toinen tekniikka halutun saavuttamiseksi tuloksiin.

1940-luvun puolivälissä kehitetyllä radiointerferometrialla pyrittiin saavuttamaan sellainen kulmaresoluutio, joka saataisiin uskomattoman suurista astioista ilman kustannuksia. Tähtitieteilijät saavuttavat tämän käyttämällä useita ilmaisimia rinnakkain toistensa kanssa. Jokainen tutkii samaa kohdetta samanaikaisesti muiden kanssa.

Yhdessä toimiessa nämä teleskoopit toimivat tehokkaasti kuin yksi jättiläinen kaukoputki, joka on koko ilmaisinryhmän koko yhdessä. Esimerkiksi Erittäin suuressa perusvirtajärjestelyssä on ilmaisimia 8000 mailin päässä toisistaan. Ihannetapauksessa joukko monia radioteleskooppeja, joilla on erilaiset etäisyydet, toimisivat yhdessä keräilyalueen tehollisen koon optimoimiseksi ja instrumentin resoluution parantamiseksi.

Kehittyneiden viestintä- ja ajoitustekniikoiden luomisen myötä on tullut mahdollista käyttää kaukoputkia olemassa suurilla etäisyyksillä toisistaan ​​(eri puolilta maailmaa ja jopa kiertoradalla maapallon ympäri). Tunnetaan nimellä Very Long Baseline Interferometry (VLBI), tämä tekniikka parantaa merkittävästi yksittäisten radioteleskooppien ominaisuudet ja antaa tutkijoille mahdollisuuden koettaa joitain dynaamisimmista esineet maailmankaikkeus.

Radioaaltokaista päällekkäin myös mikroaaltokaistan kanssa (1 millimetri - 1 metri). Itse asiassa sitä, mitä yleisesti kutsutaan radiotähtitiede, on todella mikroaaltotähtitiede, vaikka jotkut radioinstrumentit tunnistavat aallonpituudet paljon yli 1 metri.

Tämä aiheuttaa hämmennystä, koska joissain julkaisuissa luetellaan mikroaalto- ja radiokaista erikseen, kun taas toiset käyttävät yksinkertaisesti termiä "radio" sisällyttääkseen sekä klassisen radiokaistan että mikroaaltouunin bändi.

Toimittanut ja päivittänyt Carolyn Collins Petersen.