Как радиоволны помогают нам понять вселенную

Люди воспринимают вселенную, используя видимый свет, который мы можем видеть своими глазами. Тем не менее, в космосе есть нечто большее, чем то, что мы видим, используя видимый свет, исходящий от звезд, планет, туманностей и галактик. Эти объекты и события во вселенной также испускают другие формы излучения, включая радиоизлучение. Эти естественные сигналы заполняют важную часть космоса того, как и почему объекты во вселенной ведут себя так, как они.

Радиоволны - это электромагнитные волны (свет), но мы их не видим. Они имеют длину волны от 1 миллиметра (одна тысячная метра) до 100 километров (один километр равен тысяче метров). С точки зрения частоты, это эквивалентно 300 гигагерцам (один гигагерц равен одному миллиарду герц) и 3 килогерцам. Герц (сокращенно Гц) - это часто используемая единица измерения частоты. Один герц равен одному циклу частоты. Таким образом, сигнал с частотой 1 Гц составляет один цикл в секунду. Большинство космических объектов излучают сигналы с сотнями и миллиардами циклов в секунду.

Люди часто путают «радио» излучения с тем, что люди могут услышать. Это во многом потому, что мы используем радио для общения и развлечений. Но люди не «слышат» радиочастоты от космических объектов. Наши уши могут воспринимать частоты от 20 Гц до 16 000 Гц (16 КГц). Большинство космических объектов излучают на мегагерцовых частотах, которые намного выше, чем слышит ухо. Вот почему радиоастрономия (наряду с рентгеновским, ультрафиолетовым и инфракрасным излучением) часто считается «невидимой» вселенной, которую мы не можем ни увидеть, ни услышать.

Радиоволны обычно испускаются энергетическими объектами и действиями во вселенной. солнце является ближайшим источником радиоизлучений за пределами Земли. Юпитер также излучает радиоволны, как и события, происходящие на Сатурне.

Один из самых мощных источников радиоизлучения за пределами Солнечной системы и за пределами галактики Млечный Путь исходит из активные галактики (AGN). Эти динамические объекты питаются от сверхмассивные черные дыры в их ядрах. Кроме того, эти двигатели с черной дырой будут создавать массивные струи материала, которые ярко светятся при радиоизлучении. Они часто могут затмить всю галактику радиочастотами.

Пульсарыили вращающиеся нейтронные звезды, также являются сильными источниками радиоволн. Эти сильные, компактные объекты создаются, когда массивные звезды умирают как сверхновые. Они уступают только черным дырам с точки зрения предельной плотности. Обладая мощными магнитными полями и высокими скоростями вращения, эти объекты излучают широкий спектр излучениеи они особенно "яркие" в радио. Подобно сверхмассивным черным дырам, создаются мощные радиоструи, исходящие от магнитных полюсов или вращающейся нейтронной звезды.

Многие пульсары называют радиопульсарами из-за их сильного радиоизлучения. На самом деле, данные из Космический телескоп Fermi Gamma-ray показал свидетельство новой породы пульсаров, которая кажется более сильной в гамма-лучах, чем более распространенное радио. Процесс их создания остается тем же самым, но их выбросы говорят нам больше об энергии, вовлеченной в каждый тип объекта.

Сами остатки сверхновых могут быть особенно сильными излучателями радиоволн. Крабовидная туманность славится своими радиосигналами, которые насторожил астроном Джоселин Белл к его существованию.

Радиоастрономия - это изучение объектов и процессов в космосе, излучающих радиочастоты. Каждый источник, обнаруженный на сегодняшний день, является естественным. Излучения улавливаются здесь, на Земле, радиотелескопами. Это большие инструменты, так как необходимо, чтобы область детектора была больше, чем обнаруживаемые длины волн. Поскольку радиоволны могут быть больше метра (иногда намного больше), область действия обычно превышает несколько метров (иногда 30 футов в поперечнике или более). Некоторые длины волн могут быть такими же большими, как гора, и поэтому астрономы создали расширенные массивы радиотелескопов.

Чем больше площадь сбора, по сравнению с размером волны, тем лучше угловое разрешение у радиотелескопа. (Угловое разрешение - это мера того, насколько близко два небольших объекта могут быть до того, как они будут неразличимы.)

Поскольку радиоволны могут иметь очень большие длины волн, стандартные радиотелескопы должны быть очень большими, чтобы получить какую-либо точность. Но так как строительство радиотелескопов размера стадиона может быть слишком дорогим (особенно если вы хотите у них вообще есть возможность рулевого управления), для достижения желаемой Результаты.

Разработанная в середине 1940-х годов, радиоинтерферометрия направлена ​​на то, чтобы достичь такого углового разрешения, которое получалось бы из невероятно больших блюд без затрат. Астрономы достигают этого, используя несколько детекторов параллельно друг другу. Каждый изучает один и тот же объект одновременно с другими.

Работая вместе, эти телескопы эффективно действуют как один гигантский телескоп размером с целую группу детекторов вместе. Например, Очень Большой Базовый Массив имеет детекторы на расстоянии 8000 миль. В идеале, множество радиотелескопов на разных расстояниях разделения должно работать вместе, чтобы оптимизировать эффективный размер области сбора, а также улучшить разрешение инструмента.

С созданием передовых технологий связи и синхронизации стало возможным использовать телескопы, которые существуют на больших расстояниях друг от друга (из разных точек земного шара и даже на орбите вокруг Земли). Этот метод, известный как очень длинная базовая интерферометрия (VLBI), значительно улучшает возможности отдельных радиотелескопов и позволяет исследователям исследовать некоторые из самых динамичных объекты в вселенная.

Радиоволновый диапазон также перекрывается микроволновым диапазоном (от 1 миллиметра до 1 метра). На самом деле, что обычно называют радиоастрономияЭто действительно микроволновая астрономия, хотя некоторые радиоиндикаторы обнаруживают длины волн намного больше 1 метра.

Это является источником путаницы, поскольку некоторые публикации перечисляют микроволновый и радиочастотный диапазоны отдельно, в то время как другие просто используют термин «радио», чтобы включить как классическую радиодиапазон, так и микроволновую группа.

Отредактировано и обновлено Кэролин Коллинз Петерсен.