Ako nám rádiové vlny pomáhajú porozumieť vesmíru

Ľudia vnímajú vesmír pomocou viditeľného svetla, ktoré môžeme vidieť očami. Vesmír je však viac ako to, čo vidíme pomocou viditeľného svetla, ktoré prúdi z hviezd, planét, hmlovín a galaxií. Tieto objekty a udalosti vo vesmíre vydávajú aj iné formy žiarenia vrátane rádiových emisií. Tieto prírodné signály vyplňujú dôležitú časť kozmického priestoru o tom, ako a prečo sa objekty vo vesmíre správajú tak, ako sa správajú.

Rádiové vlny sú elektromagnetické vlny (svetlo), ale nemôžeme ich vidieť. Majú vlnové dĺžky od 1 milimetra (tisícina metra) do 100 kilometrov (jeden kilometer sa rovná tisíc metrov). Z hľadiska frekvencie to zodpovedá 300 Gigahertzom (jeden Gigahertz sa rovná jednej miliarde Hertzov) a 3 kilohertzom. Hertz (skrátene Hz) je bežne používaná jednotka merania frekvencie. Jeden Hertz sa rovná jednému cyklu frekvencie. Takže signál 1 Hz je jeden cyklus za sekundu. Väčšina kozmických objektov vysiela signály so stovkami až miliardami cyklov za sekundu.

Ľudia často zamieňajú „rádiové“ emisie s niečím, čo ľudia počujú. Je to hlavne preto, že na komunikáciu a zábavu využívame rádiá. Ľudia však „nepočujú“ rádiové frekvencie z kozmických objektov. Naše uši môžu snímať frekvencie od 20 Hz do 16 000 Hz (16 KHz). Väčšina kozmických predmetov vyžaruje pri megahertzových frekvenciách, čo je omnoho vyššie ako ušné uši. Preto sa často predpokladá, že rádioastronómia (spolu s röntgenovým, ultrafialovým a infračerveným) odhalením „neviditeľného“ vesmíru, ktorý nevidíme ani nepočujeme.

Rádiové vlny sú obvykle emitované energetickými objektmi a činnosťami vo vesmíre. slnko je najbližším zdrojom rádiových emisií mimo Zeme. Jupiter tiež vysiela rádiové vlny, rovnako ako udalosti vyskytujúce sa v Saturn.

Pochádza z jedného z najsilnejších zdrojov rádiovej emisie mimo slnečnej sústavy a za galaxiou Mliečna dráha aktívne galaxie (AGN). Tieto dynamické objekty sú poháňané supermasívne čierne diery na ich jadrách. Tieto motory s čiernymi dierami navyše vytvoria obrovské prúdy materiálu, ktoré žiaria žiarením rádiových emisií. Tieto môžu často zatieniť celú galaxiu v rádiových frekvenciách.

pulzaryalebo rotujúce neutrónové hviezdy sú tiež silnými zdrojmi rádiových vĺn. Tieto silné, kompaktné objekty sa vytvárajú, keď masívne hviezdy odumierajú supernovy. Pokiaľ ide o konečnú hustotu, sú na druhom mieste len po čiernych dierach. Vďaka silným magnetickým poliam a vysokej rýchlosti rotácie tieto objekty emitujú široké spektrum žiareniea v rádiu sú obzvlášť „svetlé“. Rovnako ako supermasívne čierne diery sa vytvárajú silné rádiové prúdy, vychádzajúce z magnetických pólov alebo z rotujúcej neutrónovej hviezdy.

Mnohé pulzary sa označujú ako rádiové pulzary kvôli ich vysokému rádiovému vyžarovaniu. V skutočnosti sú údaje z Vesmírny ďalekohľad Fermi preukázali nové plemeno pulzarov, ktoré sa javí najsilnejšie v žiarení gama namiesto bežnejšieho rádia. Proces ich vytvárania zostáva rovnaký, ale ich emisie nám hovoria viac o energii obsiahnutej v každom type objektu.

Samotné zvyšky Supernovy môžu byť obzvlášť silnými žiaričmi rádiových vĺn. Krabia hmlovina je známa svojimi rádiovými signálmi upozornil astronóm Jocelyn Bell k svojej existencii.

Rádio astronómia je štúdium objektov a procesov v kozmickom priestore, ktoré vyžarujú rádiové frekvencie. Každý doteraz zistený zdroj je prirodzene sa vyskytujúcim zdrojom. Emisie sa tu zachytávajú na Zemi pomocou rádioteleskopov. Ide o veľké prístroje, pretože je potrebné, aby oblasť detektora bola väčšia ako detekovateľné vlnové dĺžky. Pretože rádiové vlny môžu byť väčšie ako meter (niekedy oveľa väčšie), rozsahy sú zvyčajne vyššie ako niekoľko metrov (niekedy 30 metrov alebo viac). Niektoré vlnové dĺžky môžu byť také veľké ako hory, a tak si astronómovia vybudovali rozšírené polia rádiových ďalekohľadov.

Čím väčšia je oblasť zhromažďovania, v porovnaní s veľkosťou vlny, tým lepšie je uhlové rozlíšenie, ktoré má rádioteleskop. (Uhlové rozlíšenie je mierou toho, ako blízko môžu byť dva malé objekty skôr, ako sú nerozoznateľné.)

Keďže rádiové vlny môžu mať veľmi dlhé vlnové dĺžky, štandardné rádioteleskopy musia byť veľmi veľké, aby sa dosiahla akákoľvek presnosť. Ale keďže budovanie rádiových ďalekohľadov veľkosti štadióna môže byť nákladovo náročné (najmä ak chcete) ak majú vôbec akúkoľvek riadiacu schopnosť), na dosiahnutie požadovaného je potrebná iná technika výsledky.

Cieľom rádiofrekvencie, ktorá bola vyvinutá v polovici štyridsiatych rokov, je dosiahnutie druhu uhlového rozlíšenia, ktoré by vzniklo z neuveriteľne veľkých jedál bez výdavkov. Astronómovia to dosahujú paralelným použitím viacerých detektorov. Každý študuje ten istý predmet v rovnakom čase ako ostatní.

Tieto ďalekohľady spolu fungujú ako jeden obrovský ďalekohľad s veľkosťou celej skupiny detektorov. Napríklad Very Large Baseline Array má detektory vzdialené 8 000 míľ. Ideálne by bolo, keby rad rádiových ďalekohľadov v rôznych vzdialenostiach od seba spolupracoval s cieľom optimalizovať efektívnu veľkosť oblasti zberu a zároveň zlepšiť rozlíšenie prístroja.

S vytvorením pokročilých komunikačných a časových technológií sa stalo možné, aby sa použili ďalekohľady existujú vo veľkých vzdialenostiach od seba (z rôznych miest po celom svete a dokonca na obežnej dráhe okolo Zeme). Táto technika, známa ako veľmi dlhá základná interferometria (VLBI), významne zlepšuje schopnosti jednotlivých rádiových ďalekohľadov a umožňuje výskumníkom skúmať niektoré z najdynamickejších objektov v vesmír.

Pásmo rádiových vĺn sa tiež prekrýva s mikrovlnným pásmom (1 milimeter až 1 meter). V skutočnosti sa to, čo sa bežne nazýva rádioastronómia, je skutočne mikrovlnná astronómia, aj keď niektoré rádiové prístroje detegujú vlnové dĺžky oveľa viac ako 1 meter.

Toto je zdroj zmätku, pretože niektoré publikácie uvádzajú zoznam mikrovlnných pásiem a rádiových pásiem osobitne, zatiaľ čo iní jednoducho používajú výraz „rádio“ na zahrnutie klasického rádiového pásma aj mikrovlnnej rúry band.

Upravené a aktualizované používateľom Carolyn Collins Petersen.