Kā radioviļņi palīdz mums izprast Visumu

Cilvēki uztver Visumu, izmantojot redzamu gaismu, ko mēs varam redzēt savām acīm. Tomēr kosmosā ir kas vairāk par to, ko mēs redzam, izmantojot redzamo gaismu, kas plūst no zvaigznēm, planētām, miglājiem un galaktikām. Šie objekti un notikumi Visumā izdala arī citus starojuma veidus, ieskaitot radio izstarojumus. Šie dabiskie signāli aizpilda svarīgu kosmiskās daļas daļu par to, kā un kāpēc Visuma objekti uzvedas tā, kā rīkojas.

Radioviļņi ir elektromagnētiski viļņi (gaisma), bet mēs tos neredzam. Viņu viļņu garums ir no 1 milimetra (metra tūkstošdaļa) līdz 100 kilometriem (viens kilometrs ir vienāds ar tūkstoš metriem). Biežuma ziņā tas ir līdzvērtīgs 300 Gigaherciem (viens Gigahercs ir vienāds ar vienu miljardu Hz) un 3 kiloherciem. Herts (saīsināts kā Hz) ir parasti izmantota frekvences mērīšanas vienība. Viens hercs ir vienāds ar vienu frekvences ciklu. Tātad, 1 Hz signāls ir viens cikls sekundē. Lielākā daļa kosmisko objektu izstaro signālus simtiem līdz miljardiem ciklu sekundē.

Cilvēki bieži jauc "radio" izstarošanu ar kaut ko tādu, ko cilvēki var dzirdēt. Lielākoties tas ir tāpēc, ka saziņai un izklaidei mēs izmantojam radioaparātus. Bet cilvēki nedzird radiofrekvences no kosmiskiem objektiem. Mūsu ausis var uztvert frekvences no 20 Hz līdz 16 000 Hz (16 KHz). Lielākā daļa kosmisko objektu izstaro ar megahercu frekvencēm, kas ir daudz augstāk, nekā dzird auss. Tāpēc bieži tiek uzskatīts, ka radioastronomija (kopā ar rentgena, ultravioleto un infrasarkano staru) atklāj “neredzamu” Visumu, kuru mēs ne varam ne redzēt, ne dzirdēt.

Radioviļņus parasti izstaro enerģētiski objekti un darbības Visumā. Saule ir tuvākais radio emisiju avots ārpus Zemes. Jupiters izstaro arī radioviļņus, tāpat kā notikumi, kas notiek Saturnā.

Nāk no viena no visspēcīgākajiem radio emisijas avotiem ārpus Saules sistēmas un ārpus Piena Ceļa galaktikas aktīvās galaktikas (AGN). Šos dinamiskos objektus darbina supermasīvie melnie caurumi viņu kodolos. Turklāt šie melnā cauruma motori radīs masīvas materiāla strūklas, kas spilgti spīd ar radio izstarojumu. Tie bieži vien var pārspēt visu galaktiku radio frekvencēs.

Pulsāri, vai rotējošas neitronu zvaigznes, ir arī spēcīgi radioviļņu avoti. Šie spēcīgie, kompaktie objekti tiek veidoti, kad masīvas zvaigznes mirst kā supernovas. Viņi ir otrajā vietā pēc melnajiem caurumiem maksimālā blīvuma ziņā. Ar jaudīgiem magnētiskajiem laukiem un ātru rotācijas ātrumu šie objekti izstaro plašu spektru starojums, un radio tie ir īpaši "spilgti". Tāpat kā supermasīvie melnie caurumi, tiek izveidotas spēcīgas radio strūklas, kas izplūst no magnētiskajiem poliem vai vērpjošās neitronu zvaigznes.

Daudzi impulsi tiek dēvēti par “radio pulsāriem” to spēcīgās radio emisijas dēļ. Faktiski dati no Fermi gamma staru kosmiskais teleskops parādīja pierādījumus par jaunu pulsa šķirni, kas visstiprāk parādās gamma staros, nevis izplatītākajā radio. To radīšanas process paliek tāds pats, bet to izmeši mums pastāstīt vairāk par enerģiju, kas saistīta ar katra veida objektiem.

Supernovas paliekas pašas par sevi var būt īpaši spēcīgas radioviļņu izstarotājas. Krabju miglājs ir slavens ar saviem radio signāliem brīdināja astronoms Jocelyn Bell uz tās esamību.

Radioastronomija ir objektu un procesu izpēte kosmosā, kas izstaro radiofrekvences. Visi līdz šim atklātie avoti ir dabiski sastopami. Emisijas šeit uz Zemes uztver ar radioteleskopiem. Tie ir lieli instrumenti, jo ir nepieciešams, lai detektora laukums būtu lielāks par nosakāmo viļņu garumu. Tā kā radioviļņi var būt lielāki par metru (dažreiz daudz lielāki), tvērumi parasti pārsniedz vairākus metrus (dažreiz 30 pēdas vai vairāk). Daži viļņu garumi var būt tik lieli kā kalns, un tāpēc astronomi ir izveidojuši paplašinātus radioteleskopu blokus.

Jo lielāks ir savākšanas laukums, salīdzinot ar viļņa lielumu, jo labāka ir radioteleskopa leņķiskā izšķirtspēja. (Leņķiskā izšķirtspēja ir izmērs tam, cik tuvu var atrasties divi mazi objekti, pirms tie nav atšķirami.)

Tā kā radioviļņiem var būt ļoti garš viļņu garums, standarta radioteleskopiem jābūt ļoti lieliem, lai iegūtu jebkāda veida precizitāti. Bet, tā kā stadiona lieluma radioteleskopu būvēšana var būt dārga (īpaši, ja vēlaties) viņiem vispār ir kādas stūrēšanas spējas), lai sasniegtu vēlamo, ir nepieciešama cita tehnika rezultāti.

Radiointerferometrijas, kas izstrādāta 1940. gadu vidū, mērķis ir panākt tāda veida leņķisko izšķirtspēju, kas rastos no neticami lieliem traukiem bez izdevumiem. Astronomi to panāk, izmantojot vairākus detektorus paralēli viens otram. Katrs pēta vienu un to pašu objektu vienlaikus ar citiem.

Kopā strādājot, šie teleskopi efektīvi darbojas kā viens milzu teleskops, kura lielums ir visai detektoru grupai kopā. Piemēram, ļoti lielajam bāzes līnijas blokam ir detektori, kas atrodas 8000 jūdžu attālumā viens no otra. Ideālā gadījumā daudzu radioteleskopu masīvs ar atšķirīgiem attālumiem darbotos kopā, lai optimizētu savākšanas laukuma efektīvo izmēru, kā arī uzlabotu instrumenta izšķirtspēju.

Izveidojot progresīvas sakaru un laika noteikšanas tehnoloģijas, ir kļuvis iespējams izmantot teleskopus, kas pastāv lielos attālumos viens no otra (no dažādiem punktiem visā pasaulē un pat orbītā ap Zemi). Pazīstama kā ļoti gara sākotnējā interferometrija (VLBI), šī metode ievērojami uzlabo atsevišķu radioteleskopu iespējas un ļauj pētniekiem noteikt dažus no dinamiskākajiem objektus Visums.

Radioviļņu josla pārklājas arī ar mikroviļņu joslu (no 1 milimetra līdz 1 metram). Patiesībā tas, ko parasti sauc radioastronomija, patiešām ir mikroviļņu astronomija, kaut arī daži radioinstrumenti uztver viļņu garumu, kas pārsniedz 1 metru.

Tas rada neskaidrības, jo dažās publikācijās mikroviļņu joslas un radio joslas tiks uzskaitītas atsevišķi, savukārt citi vienkārši izmantos terminu “radio”, iekļaujot gan klasisko radio joslu, gan mikroviļņu krāsni josla.

Rediģējis un atjauninājis Karolīna Kolinsa Petersena.