Как радио вълните ни помагат да разберем Вселената

Хората възприемат Вселената, използвайки видима светлина, която можем да видим с очите си. И все пак в Космоса има повече от това, което виждаме, използвайки видимата светлина, която струи от звезди, планети, мъглявини и галактики. Тези обекти и събития във Вселената отделят и други форми на радиация, включително радио емисии. Тези естествени сигнали попълват важна част от космическото как и защо обектите във Вселената се държат така, както те правят.

Радио вълните са електромагнитни вълни (светлина), но не можем да ги видим. Те имат дължина на вълната между 1 милиметър (една хилядна част от метър) и 100 километра (един километър е равен на хиляда метра). По честота това е равно на 300 гигагерца (един гигагерц е равен на един милиард херца) и 3 килогерца. Херц (съкратено Hz) е често използвана единица за измерване на честотата. Един херц е равен на един цикъл на честотата. Значи, 1-Hz сигнал е един цикъл в секунда. Повечето космически обекти излъчват сигнали със стотици до милиарди цикли в секунда.

Хората често бъркат „радио“ емисиите с нещо, което хората могат да чуят. Това до голяма степен е, защото използваме радиостанции за комуникация и забавление. Но хората не "чуват" радиочестоти от космически обекти. Ушите ни могат да усещат честоти от 20 Hz до 16 000 Hz (16 KHz). Повечето космически обекти излъчват с мегагерцови честоти, което е много по-високо, отколкото чува ухото. Ето защо често се смята, че радиоастрономията (заедно с рентгенови, ултравиолетови и инфрачервени) разкрива „невидима“ вселена, която не можем нито да видим, нито да чуем.

Радио вълните обикновено се излъчват от енергийни обекти и дейности във Вселената. Най- слънце е най-близкият източник на радиоемисии отвъд Земята. Юпитер също излъчва радиовълни, както и събитията, случващи се в Сатурн.

Един от най-мощните източници на радио излъчване извън Слънчевата система и извън галактиката Млечен път активни галактики (AGN). Тези динамични обекти се захранват от супермасивни черни дупки в техните ядра. Освен това, тези двигатели с черна дупка ще създават масивни струи материал, които светят ярко с радиоемисии. Те често могат да затъмнят цялата галактика в радиочестотите.

Пулсаритеили въртящи се неутронни звезди също са силни източници на радиовълни. Тези силни, компактни обекти се създават, когато масивните звезди умират като супернови. Те са на второ място след черните дупки по отношение на крайната плътност. С мощни магнитни полета и бързи скорости на въртене тези обекти излъчват широк спектър от радиация, а те са особено „ярки“ в радиото. Подобно на свръхмасивни черни дупки, се създават мощни радио-струи, излъчвани от магнитните полюси или въртящата се неутронна звезда.

Много пулсари се наричат ​​"радиопулсари" поради силната им радиация. В действителност, данни от Космически телескоп Fermi Gamma-ray показа доказателства за нова порода пулсари, която изглежда най-силна в гама-лъчите вместо по-често срещаното радио. Процесът на тяхното създаване остава същият, но техните емисии ни казват повече за енергията, участваща във всеки тип обект.

Самите остатъци от Супернова могат да бъдат особено силни излъчватели на радиовълни. Мъглявината Рак е известна със своите радиосигнали, които алармира астроном Джоселин Бел до неговото съществуване.

Радиоастрономията е изучаване на обекти и процеси в космоса, които излъчват радиочестоти. Всеки източник, открит към днешна дата, е естествено срещащ се. Емисиите се събират тук, на Земята, от радиотелескопи. Това са големи инструменти, тъй като е необходимо зоната на детектора да бъде по-голяма от откриваемите дължини на вълната. Тъй като радиовълните могат да бъдат по-големи от метър (понякога много по-големи), обхватът обикновено е над няколко метра (понякога 30 фута или повече). Някои дължини на вълната могат да бъдат големи колкото планина и затова астрономите са изградили разширени масиви от радиотелескопи.

Колкото по-голяма е колекционната площ в сравнение с размера на вълната, толкова по-добра е ъгловата разделителна способност, която има радиотелескопът. (Ъгловата разделителна способност е мярка за това колко близо могат да бъдат два малки обекта, преди те да бъдат неразличими.)

Тъй като радиовълните могат да имат много голяма дължина на вълната, стандартните радиотелескопи трябва да са много големи, за да получат каквато и да е точност. Но тъй като изграждането на радиотелескопи за стадиони с размер на стадиона може да бъде скъпоструващо (особено ако искате те да имат въобще всяка възможност за управление), необходима е друга техника за постигане на желаното резултати.

Разработена в средата на 40-те години, радио интерферометрията има за цел да постигне вида на ъгловата разделителна способност, който ще се получи от невероятно големи ястия без разходи. Астрономите постигат това, като използват множество детектори паралелно един с друг. Всеки от тях изучава един и същ обект едновременно с останалите.

Работейки заедно, тези телескопи ефективно действат като един гигантски телескоп с размерите на цялата група детектори заедно. Например, много големият основен масив има детектори на разстояние 8 000 мили. В идеалния случай масив от много радиотелескопи на различни разстояния за разделяне би работил заедно за оптимизиране на ефективния размер на зоната за събиране и подобряване на разделителната способност на инструмента.

Със създаването на съвременни технологии за комуникация и синхронизация стана възможно използването на телескопи, които съществуват на големи разстояния една от друга (от различни точки по целия свят и дори в орбита около Земята). Известна като много дълга основна интерферометрия (VLBI), тази техника значително подобрява възможностите на отделните радиотелескопи и позволява на изследователите да проучат някои от най-динамичните обекти в вселена.

Радио вълната също се припокрива с микровълновата лента (от 1 милиметър до 1 метър). Всъщност това, което обикновено се нарича радиоастрономия, наистина е микровълнова астрономия, въпреки че някои радиоинструменти откриват дължини на вълните много по-големи от 1 метър.

Това е източник на объркване, тъй като някои публикации ще изброяват отделно микровълновата лента и радио лентите, докато други просто ще използват термина "радио", за да включват както класическата радиолента, така и микровълновата банда.

Редактиран и актуализиран от Каролин Колинс Петерсен.