Использование микроволновой астрономии для исследования космоса

Не многие люди думают о космических микроволновых печах, поскольку каждый день они обедают своей едой на обед. Тот же тип излучения, который использует микроволновая печь, чтобы убить буррито, помогает астрономам исследовать вселенную. Это правда: микроволновые излучения из космоса помогают заглянуть в детство космоса.

Увлекательный набор объектов излучает микроволны в космосе. Ближайшим источником внеземных микроволн является наше Солнце. Конкретные длины волн микроволн, которые он излучает, поглощаются нашей атмосферой. Водяной пар в нашей атмосфере может мешать обнаружению микроволнового излучения из космоса, поглощая его и не давая ему достичь поверхности Земли. Это научило астрономов, которые изучают микроволновое излучение в космосе, размещать свои детекторы на больших высотах на Земле или в космосе.

С другой стороны, микроволновые сигналы, которые могут проникать через облака и дым, могут помочь исследователям изучать условия на Земле и улучшить спутниковую связь. Оказывается, что микроволновая наука полезна во многих отношениях.

Микроволновые сигналы приходят на очень длинных волнах. Их обнаружение требует очень больших телескопов, потому что размер детектора должен быть во много раз больше, чем длина волны самого излучения. Самые известные микроволновые астрономические обсерватории находятся в космосе и раскрывают подробности об объектах и ​​событиях вплоть до начала Вселенной.

Наш собственный центр Млечный путь это микроволновый источник, хотя он не такой обширный, как в других, более активных галактиках. Наша черная дыра (называемая Стрелец A *) довольно тихая, поскольку эти вещи идут. У него, похоже, нет массивной струи, и он лишь изредка питается звездами и другим материалом, который проходит слишком близко.

Пульсары (вращающиеся нейтронные звезды) являются очень сильными источниками микроволнового излучения. Эти мощные, компактные объекты уступают только черным дырам по плотности. Нейтронные звезды имеют мощные магнитные поля и высокие скорости вращения. Они производят широкий спектр излучения, особенно сильное микроволновое излучение. Большинство пульсаров обычно называют «радиопульсарами» из-за их сильного радиоизлучения, но они также могут быть «сверхвысокочастотными».

Многие интересные источники микроволн лежат далеко за пределами нашей солнечной системы и галактики. Например, активные галактики (AGN), работающие от сверхмассивные черные дыры в их ядрах испускают сильные вспышки микроволн. Кроме того, эти двигатели черной дыры могут создавать массивные струи плазмы, которые также ярко светятся на микроволновых длинах волн. Некоторые из этих плазменных структур могут быть больше, чем вся галактика, в которой находится черная дыра.

В 1964 году ученые Принстонского университета Дэвид Тодд Уилкинсон, Роберт Х. Дике и Питер Ролл решили построить детектор для охоты на космические микроволны. Они были не единственными. Два ученых из Bell Labs - Арно Пензиас и Роберт Уилсон - также строили «рог» для поиска микроволн. Такое излучение было предсказано в начале 20-го века, но никто ничего не сделал по его поиску. Измерения ученых, проведенные в 1964 году, показали слабое «излучение» микроволнового излучения по всему небу. Теперь выясняется, что слабое микроволновое свечение является космическим сигналом ранней вселенной. Пензиас и Уилсон получили Нобелевскую премию за проведенные ими измерения и анализ, которые привели к подтверждению космического микроволнового фона (CMB).

В конце концов, астрономы получили средства для создания космических микроволновых детекторов, которые могут предоставлять более качественные данные. Например, спутник Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) детально изучил этот CMB, начиная с 1989 года. С тех пор другие наблюдения, сделанные с помощью микроволнового зонда анизотропии Уилкинсона (WMAP), обнаружили это излучение.

CMB - это послесвечение большого взрыва, событие, которое привело нашу вселенную в движение. Было невероятно жарко и энергично. По мере расширения космоса новорожденного плотность тепла снижалась. По существу, он остыл, и то небольшое количество тепла было распространено на все большую и большую площадь. Сегодня ширина Вселенной составляет 93 миллиарда световых лет, а температура CMB составляет около 2,7 Кельвина. Астрономы рассматривают эту диффузную температуру как микроволновое излучение и используют незначительные колебания «температуры» CMB, чтобы узнать больше о происхождении и эволюции Вселенной.

Микроволны излучают на частотах от 0,3 ГГц до 300 ГГц. (Один гигагерц равен 1 миллиарду герц. "Герц" используется для описания того, сколько циклов в секунду что-то испускает, при этом один Герц является одним циклом в второй.) Этот диапазон частот соответствует длинам волн между миллиметром (одна тысячная метра) и метр. Для справки: телевизионные и радиоизлучения излучают в нижней части спектра, от 50 до 1000 МГц (мегагерц).

Микроволновое излучение часто описывается как независимая полоса излучения, но также считается частью науки радиоастрономии. Астрономы часто относятся к излучению с длинами волн в дальний инфракрасныймикроволновые и сверхвысокочастотные (УВЧ) радиодиапазоны являются частью «микроволнового» излучения, хотя технически они представляют собой три отдельных энергетических диапазона.