Kako nam radijski valovi pomagajo razumeti vesolje

Ljudje zaznavajo vesolje s pomočjo vidne svetlobe, ki jo lahko vidimo z očmi. Vendar je v kozmosu več kot tisto, kar vidimo s pomočjo vidne svetlobe, ki se vije iz zvezd, planetov, meglic in galaksij. Ti predmeti in dogodki v vesolju oddajajo tudi druge oblike sevanja, vključno z radijskimi emisijami. Ti naravni signali zapolnjujejo pomemben del kozmike o tem, kako in zakaj se predmeti v vesolju obnašajo tako, kot se ponašajo.

Radijski valovi so elektromagnetni valovi (svetloba), vendar jih ne moremo videti. Imajo valovne dolžine od 1 milimetra (tisoč tisočakov metra) do 100 kilometrov (en kilometer je enak tisoč metrov). Glede na pogostost je to ekvivalent 300 gigahercev (en gigaherc je enak milijardi hercev) in 3 kiloherce. Hertz (okrajšano kot Hz) je pogosto uporabljena enota merjenja frekvence. En hertz je enak ciklu frekvence. Torej, signal 1-Hz je en cikel na sekundo. Večina kozmičnih predmetov oddaja signale z več sto do milijardami ciklov na sekundo.

Ljudje "radijske" emisije pogosto zamenjujejo z nečim, kar ljudje lahko slišijo. To je v veliki meri zato, ker za komunikacijo in zabavo uporabljamo radie. Toda ljudje ne slišijo radijskih frekvenc iz kozmičnih predmetov. Naša ušesa lahko zaznajo frekvence od 20 Hz do 16.000 Hz (16 KHz). Večina kozmičnih predmetov oddaja pri frekvencah Megaherca, kar je veliko več, kot sliši uho. Prav zato se za radioastronomijo (skupaj z rentgenskimi, ultravijoličnimi in infrardečimi) pogosto misli, da razkrivajo "nevidno" vesolje, ki ga ne moremo videti niti slišati.

Radijski valovi običajno oddajajo energijske predmete in dejavnosti v vesolju. The Sonce je najbližji vir radijskih emisij zunaj Zemlje. Jupiter oddaja tudi radijske valove, prav tako dogodki, ki se dogajajo pri Saturnu.

Prihaja eden najmočnejših virov radijske oddaje zunaj osončja in onkraj galaksije Mlečna pot aktivne galaksije (AGN). Te dinamične predmete poganja napajanje supermasivne črne luknje pri njihovih jedrih. Poleg tega bodo ti motorji s črno luknjo ustvarili ogromne curke materiala, ki svetlo žarejo z radijskimi emisijami. Te lahko pogosto zasenčijo celotno galaksijo v radijskih frekvencah.

Pulsarjiali vrteče se nevtronske zvezde so tudi močni viri radijskih valov. Ti močni, kompaktni predmeti nastanejo, ko masivne zvezde umrejo kot supernove. Po končni gostoti so na prvem mestu le črne luknje. Z močnimi magnetnimi polji in hitro hitrostjo vrtenja ti predmeti oddajajo širok spekter sevanje, v radiu pa so še posebej "svetle". Tako kot supermasivne črne luknje nastajajo tudi močni radijski curki, ki izvirajo iz magnetnih polov ali vrteče se nevtronske zvezde.

Mnogi pulsarji zaradi močne radijske oddaje imenujejo "radijske pulsere". V resnici so podatki iz Vesoljski teleskop Fermi Gamma-ray pokazala dokaze o novi pasmi pulsarjev, ki se zdi najmočnejša v gama-žarkih namesto pogostejšega radia. Postopek njihovega nastanka ostaja enak, vendar njihove emisije povedo več o energiji, ki je vpletena v vsako vrsto predmeta.

Ostanki supernove so lahko še posebej močni oddajniki radijskih valov. Rakova meglica je znana po svojih radijskih signalih, ki opozoril astronom Jocelyn Bell do svojega obstoja.

Radio astronomija je preučevanje objektov in procesov v vesolju, ki oddajajo radijske frekvence. Vsak vir, odkrit do danes, je naravni. Emisije zbirajo tukaj na Zemlji z radijskimi teleskopi. Gre za velike instrumente, saj je potrebno, da je območje detektorja večje od valovnih dolžin, ki jih je mogoče zaznati. Ker so radijski valovi lahko večji od metra (včasih veliko večji), so obsegi običajno več kot nekaj metrov (včasih 30 čevljev čez ali več). Nekatere valovne dolžine so lahko velike kot gora, zato so astronomi zgradili razširjene nize radijskih teleskopov.

Večja kot je zbirna površina v primerjavi z velikostjo valov, boljša je kotna ločljivost radijskega teleskopa. (Kotna ločljivost je merilo, kako blizu sta lahko dva majhna predmeta, preden ju ne ločimo.)

Ker imajo radijski valovi lahko zelo velike valovne dolžine, morajo biti standardni radijski teleskopi zelo veliki, da se doseže kakršna koli natančnost. Ker pa je gradnja radijskih teleskopov velikosti stadiona lahko dragocena (še posebej, če želite da imajo sploh možnost krmiljenja), za dosego želenega je potrebna še ena tehnika rezultati.

Radijska interferometrija, ki je bila razvita sredi 40. let 20. stoletja, želi doseči takšno kotno ločljivost, ki bi nastala iz neverjetno velikih jedi brez stroškov. Astronomi to dosežejo z uporabo več detektorjev vzporedno drug z drugim. Vsak študira isti predmet hkrati z drugimi.

Te teleskopi, ki delujejo skupaj, učinkovito delujejo kot en velikanski teleskop velikosti celotne skupine detektorjev skupaj. Na primer, zelo velik osnovni niz ima detektorje na 8000 milj. V idealnem primeru bi množica številnih radijskih teleskopov na različnih razdaljah ločevanja delovala skupaj, da bi optimizirali učinkovito velikost zbirnega območja in izboljšali ločljivost instrumenta.

Z ustvarjanjem naprednih komunikacijskih in časovnih tehnologij je postala možna uporaba teleskopov, ki obstajajo na velikih razdaljah drug od drugega (od različnih točk po vsem svetu in celo v orbiti okoli Zemlje). Znana kot zelo dolga osnovna interferometrija (VLBI), ta tehnika znatno izboljša zmogljivosti posameznih radijskih teleskopov in omogoča raziskovalcem, da preizkusijo nekatere najbolj dinamične predmeti v vesolje.

Radio valovni pas se prekriva tudi z mikrovalovnim pasom (od 1 milimetra do 1 metra). Pravzaprav, kar se običajno imenuje radijska astronomija, je resnično mikrovalovna astronomija, čeprav nekateri radijski instrumenti zaznajo valovne dolžine veliko več kot 1 meter.

To je zmeda, saj nekatere publikacije navajajo mikrovalovni pas in radijske pasove posebej, medtem ko bodo drugi preprosto uporabili izraz "radio" za vključitev klasičnega radijskega pasu in mikrovalovne pečice zasedba.

Uredil in posodobil Carolyn Collins Petersen.