Не много хора се замислят за космическите микровълни, докато всеки ден ядат храната си за обяд. Същият тип радиация, която микровълновата фурна използва, за да запече бурито, помага на астрономите да изследват Вселената. Истина е: микровълновите емисии от космическото пространство помагат да надникнат в началото на Космоса.
Ловуване на микровълнови сигнали
Очарователен набор от предмети излъчва микровълни в пространството. Най-близкият източник на неземни микровълни е нашето Слънце. Специфичните дължини на вълните на микровълните, които той изпраща, се абсорбират от нашата атмосфера. Водната пара в нашата атмосфера може да попречи на откриването на микровълнова радиация от космоса, поглъщайки го и не му позволява да достигне земната повърхност. Това научило астрономите, които изучават микровълновата радиация в Космоса, да поставят своите детектори на голяма надморска височина на Земята или навън в космоса.
От друга страна, микровълновите сигнали, които могат да проникнат в облаци и дим, могат да помогнат на изследователите да изучават условията на Земята и да подобрят спътниковите комуникации. Оказва се, че науката за микровълновата е полезна по много начини.
Микровълновите сигнали идват в много дълги вълни. Откриването им изисква много големи телескопи, защото размерът на детектора трябва да бъде многократно по-голям от самата дължина на лъчевата вълна. Най-известните микровълнови астрономически обсерватории са в космоса и разкриха подробности за обекти и събития чак до началото на Вселената.
Космически излъчватели на микровълни
В центъра ни Галактика Млечен път е микровълнов източник, въпреки че не е толкова обширен, както в други, по-активни галактики. Нашата черна дупка (наречена Стрелец А *) е доста тиха, тъй като тези неща вървят. Изглежда, че няма масивна струя и само от време на време се храни с звезди и друг материал, който минава твърде близо.
Пулсарите (въртящи се неутронни звезди) са много силни източници на микровълнова радиация. Тези мощни, компактни обекти са на второ място само по черните дупки по плътност. Нейтронните звезди имат мощни магнитни полета и бързи скорости на въртене. Те произвеждат широк спектър на радиация, като микровълновата емисия е особено силна. Повечето пулсари обикновено се наричат „радиопулсари“ поради силните им радиоизлъчвания, но могат да бъдат и „ярки в микровълновата“.
Много очарователни източници на микровълни се намират добре извън нашата Слънчева система и галактика. Например, активни галактики (AGN), захранвани от супермасивни черни дупки по техните ядра излъчват силни взривове на микровълни. Освен това, тези двигатели с черна дупка могат да създават масивни струи плазма, които също светят ярко при дължини на микровълновата вълна. Някои от тези плазмени структури могат да бъдат по-големи от цялата галактика, която съдържа черната дупка.
Крайната космическа микровълнова история
През 1964 г. учените от университета в Принстън Дейвид Тод Уилкинсън, Робърт Х. Дике и Питър Рол решават да построят детектор за лов на космически микровълни. Те не бяха единствените. Двама учени от Bell Labs - Арно Пензиас и Робърт Уилсън - също изграждаха „клаксон“, за да търсят микровълни. Подобна радиация е била предвидена в началото на 20-ти век, но никой не е направил нищо, за да я издири. Измерванията на учените от 1964 г. показват слабо "измиване" на микровълнова радиация по цялото небе. Сега се оказва, че бледото микровълново сияние е космически сигнал от ранната Вселена. Пензиас и Уилсън продължават да печелят Нобелова награда за направените измервания и анализи, довели до потвърждаването на космическия микровълнов фон (CMB).
В крайна сметка астрономите получиха средства за изграждането на космически микровълнови детектори, които могат да предоставят по-добри данни. Например спътникът Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) направи подробно проучване на този CMB в началото на 1989 г. Оттогава други наблюдения, направени с помощта на сондата за анизотропия на Уилкинсън (WMAP), откриват тази радиация.
CMB е последващото светене на големия взрив, събитието, което задвижи нашата Вселена. Беше невероятно горещо и енергично. С разширяването на космоса на новороденото плътността на топлината спадаше. По принцип тя се охлажда и каква малка топлина там се разпространява върху по-голяма и по-голяма площ. Днес Вселената е широка 93 милиарда светлинни години, а CMB представлява температура от около 2,7 Келвин. Астрономите смятат, че дифузната температура е микровълнова радиация и използват незначителните колебания в "температурата" на CMB, за да научат повече за произхода и еволюцията на Вселената.
Технически разговори за микровълните във Вселената
Микровълните излъчват при честоти между 0,3 гигагерца (GHz) и 300 GHz. (Един гигагерц е равен на 1 милиард херца. Използва се "Херц", за да опише колко цикъла в секунда излъчва нещо, при което един херц е един цикъл на втори.) Този диапазон от честоти съответства на дължината на вълната между милиметър (една хилядна от метър) и м. За справка, телевизионните и радио емисиите излъчват в по-ниска част от спектъра, между 50 и 1000 Mhz (мегагерц).
Микровълновото лъчение често се описва като независима радиационна лента, но също така се счита за част от науката за радиоастрономията. Астрономите често се отнасят до радиация с дължина на вълната в дълги инфрачервени, микровълнова и ултрависокачестотна радиочестотна лента като част от "микровълновото" излъчване, въпреки че технически са три отделни енергийни ленти.