Mikroviļņu astronomijas izmantošana kosmosa izpētē

Ne daudzi cilvēki domā par kosmiskajiem mikroviļņiem, jo ​​katru dienu pusdienās viņi ēd savu ēdienu. Tāda paša veida radiācija, kādu mikroviļņu krāsns izmanto burrito sagraušanai, palīdz astronomiem izpētīt Visumu. Tā ir taisnība: mikroviļņu emisijas no kosmosa palīdz atgriezties kosmosa sākumstadijā.

Aizraujošs priekšmetu komplekts izstaro mikroviļņus telpā. Tuvākais no sauszemes mikroviļņu avots ir mūsu saule. Konkrētos mikroviļņu viļņu garumus, ko tas izstaro, absorbē mūsu atmosfēra. Ūdens tvaiki mūsu atmosfērā var traucēt mikroviļņu starojuma noteikšanu no kosmosa, absorbējot to un neļaujot tam nokļūt uz Zemes virsmas. Tas iemācīja astronomus, kuri pēta mikroviļņu starojumu kosmosā, novietot detektorus lielā augstumā uz Zemes vai kosmosā.

No otras puses, mikroviļņu signāli, kas var iekļūt mākoņos un dūmos, var palīdzēt pētniekiem izpētīt apstākļus uz Zemes un uzlabo satelīta sakarus. Izrādās, ka mikroviļņu zinātne ir labvēlīga daudzos veidos.

Mikroviļņu signāli ir ļoti gari viļņu garumā. To noteikšanai nepieciešami ļoti lieli teleskopi, jo detektora lielumam jābūt daudzkārt lielākam par pašu starojuma viļņa garumu. Vispazīstamākie mikroviļņu astronomijas observatorijas atrodas kosmosā un ir atklājuši sīkāku informāciju par objektiem un notikumiem līdz pat Visuma sākumam.

Mūsu pašu centrs Piena ceļa galaktika ir mikroviļņu avots, kaut arī tas nav tik plašs kā citās, aktīvākās galaktikās. Mūsu melnais caurums (saukts Strēlnieks A *) ir diezgan kluss, jo šīs lietas notiek. Šķiet, ka tai nav masīvas strūklas, un tikai reizēm tā barojas ar zvaigznēm un citu materiālu, kas iet pārāk tuvu.

Pulsāri (rotējošās neitronu zvaigznes) ir ļoti spēcīgi mikroviļņu starojuma avoti. Šie jaudīgie, kompaktie objekti blīvuma ziņā ir tikai otrajā vietā pēc melnajiem caurumiem. Neitronu zvaigznēm ir jaudīgi magnētiskie lauki un ātri griešanās ātrumi. Tie rada plašu radiācijas spektru, īpaši mikroviļņu izstarojumā. Lielāko daļu pulsatora parasti dēvē par “radio pulsāriem” spēcīgas radioizstarojuma dēļ, taču tie var būt arī “spilgti mikroviļņu krāsā”.

Daudzi aizraujoši mikroviļņu avoti atrodas tālu ārpus mūsu Saules sistēmas un galaktikas. Piemēram, aktīvās galaktikas (AGN), kuras darbina supermasīvie melnie caurumi to kodolā izstaro spēcīgus mikroviļņu sprādzienus. Turklāt šie melnā cauruma motori var radīt masīvas plazmas strūklas, kas arī spoži mirdz mikroviļņu viļņu garumā. Dažas no šīm plazmas struktūrām var būt lielākas nekā visa galaktika, kurā atrodas melnais caurums.

1964. gadā Prinstonas universitātes zinātnieki Deivids Tods Vilkinsons, Roberts H. Diks un Pīters Rullis nolēma uzbūvēt detektoru, lai medītu kosmiskos mikroviļņus. Viņi nebija vienīgie. Arī divi Bell Labs zinātnieki - Arno Penzias un Robert Wilson - veidoja “ragu” mikroviļņu meklēšanai. Šāds starojums tika prognozēts 20. gadsimta sākumā, taču neviens to nebija izdarījis. Zinātnieku 1964. gada mērījumi parādīja vāju mikroviļņu starojuma "mazgāšanu" visā debesīs. Tagad izrādās, ka vājš mikroviļņu mirdzums ir kosmiskais signāls no agrīnā Visuma. Penzija un Vilsons ieguva Nobela prēmiju par viņu veiktajiem mērījumiem un analīzi, kas ļāva apstiprināt kosmisko mikroviļņu fonu (CMB).

Galu galā astronomi ieguva līdzekļus kosmosā bāzētu mikroviļņu detektoru izveidošanai, kas var nodrošināt labākus datus. Piemēram, kosmiskais mikroviļņu fona pētnieks (COBE) veica detalizētu šīs CMB izpēti, sākot ar 1989. gadu. Kopš tā laika citi novērojumi, kas veikti ar Wilkinson mikroviļņu anizotropijas zondi (WMAP), ir atklājuši šo starojumu.

CMB ir lielā sprādziena pēcspīdēšana, notikums, kas virzīja mūsu Visumu. Tas bija neticami karsts un enerģisks. Jaundzimušā kosmosam paplašinoties, siltuma blīvums samazinājās. Būtībā tas atdzisa, un tas, cik maz siltuma tur bija, tika izplatīts arvien lielākā un lielākā platībā. Mūsdienās Visums ir 93 miljardi gaismas gadu plats, un CMB temperatūra ir aptuveni 2,7 Kelvina. Astronomi uzskata, ka difūza temperatūra ir mikroviļņu starojums un izmanto nelielas CMB "temperatūras" svārstības, lai uzzinātu vairāk par Visuma izcelsmi un attīstību.

Mikroviļņi izstaro frekvencēs no 0,3 gigaherca (GHz) līdz 300 GHz. (Viens gigahercs ir vienāds ar 1 miljardu hercu. "Herts" tiek izmantots, lai aprakstītu cik ciklu sekundē kaut kas izstaro, ar vienu hercu ir viens cikls vienā otrais.) Šis frekvenču diapazons atbilst viļņu garumiem starp milimetru (metra tūkstošdaļu) un a metrs. Atsauces nolūkos TV un radio emisijas izstaro spektra apakšējā daļā - no 50 līdz 1000 Mhz (megaherciem).

Mikroviļņu starojums bieži tiek aprakstīts kā neatkarīga radiācijas josla, bet tiek uzskatīts arī par radioastronomijas zinātnes daļu. Astronomi bieži atsaucas uz starojumu ar viļņu garumu tālu infrasarkanais, mikroviļņu un ultra-augstas frekvences (UHF) radio joslas kā “mikroviļņu” starojuma sastāvdaļa, kaut arī tās tehniski ir trīs atsevišķas enerģijas joslas.