wtorek, 23 lutego 2016

McGoris #16 - Radioastronomia - Niedoceniana dziedzina astronomii obserwacyjnej?

Fale radiowe imituje niemalże każdy obiekt we wszechświecie. Od gwiazd neutronowych, mikro-kwazarów, aż po galaktyki i odległe kwazary. Gigantyczne anteny skierowanie w niebo. Do czego służą i co można zaobserwować, a raczej "usłyszeć"?

Źródło: http://deepspace.jpl.nasa.gov/dsn/gallery/goldstone6.html



1. Historia radioastronomii.

Wszystko zaczęło się w latach 30 ubiegłego wieku, gdzie amerykański inżynier Karl Guthe Jansky.
dostał zlecenie, by zbadać zakłócenia w sygnale radiowym i odszukać ich źródło.

Karl zbudował antenę przeznaczoną do odbierania fal radiowych o częstotliwości 20,5 MHz (fali o długości około 14,6 m). Gdy wykonywał pomiary, dokonał niesamowitego odkrycia.
Okazało się, że oprócz szumów, które generują np. burze, jest też taka grupa zakłóceń, których źródła nie był w stanie zidentyfikować. Można było nawet twierdzić, że nie pochodzą nawet z naszej planety.
Tak naprawdę Jansky odebrał sygnał radiowy naszej galaktyki - Drogi Mlecznej. To wydarzenie stało się prekursorem radioastronomii i zapoczątkował nowy kierunek badań kosmosu. Ten dział astronomii dał nam jedne z najważniejszych odkryć od blisko 100 lat.

Karl Guthe Jansky - Źródło: wikipedia.org

2. Radioastronomia a obserwacje w świetle widzialnym.

Fale radiowe jak i światło widzialne to promieniowanie elektromagnetyczne o różnych długościach fali. Światło widzialne (czyli kolory, jakie widzimy) jest to zakres od 380nm (fiolet) do ok. 780nm (czerwień). Im dłuższa fala, tym idziemy dalej poza czerwień, a im krótsza to w stronę fioletu, ultrafioletu.
Potem mamy podczerwień (od ok. 780 nm do 1 mm):
  • bliska podczerwień - zakres 0,8−2,5 μm
  • średnia podczerwień - zakres 2,5−25 μm
  • daleka podczerwień - zakres 25−1000 μm
Promeniowanie o długości fali która ma jednostkę μm (mikrometr - 1/1000000 metra) nazywamy mikrofalami. I od nich mniej więcej zaczyna się radioastronomia. Dłuższe fale nazywamy falami radiowymi i ich zakres waha się gdzieś od 1mm aż nawet do kilka km.


Wykres całego widma promieniowania elektromagnetycznego. Źródło: http://genius.edu.pl

Gdybyśmy mogli zobaczyć gołym okiem, zdecydowanie dłuższe pasmo lub całe widmo promieniowania elektromagnetycznego, nasz świat wyglądałby zupełnie inaczej!


Po lewej mamy zdjęcie wykonane w świetle widzialnym, a po prawej w bliskiej podczerwieni. Robi wrażenie. Autor zdjęć: Dschwen, źródło: www.wikipedia.org

Wyobraźcie sobie obraz, jaki by był, gdybyśmy widzieli np. fale radiowe, telewizyjne, wi-fi, sieć komórkową i wiele innych. Wszystko to jest w różnych długościach fal elektromagnetycznych.

3. Po co nam to jest?

Dzięki innym długościom fal możemy zaobserwować obiekty, które nie są widoczne w świetle widzialnym. Pozwala nam spojrzeć w kosmos od nieco innej strony.

Zupełnie inaczej wyglądałaby chociażby nasza rodzima gwiazda - Słońce.


Słońce widziane w różnych długościach fali. Źródło: NASA

W paśmie widzialnym, podczerwieni, ultrafiolecie, promieniowaniu rentgenowskim czy w sygnale radiowym niezbyt przypominają Słońce takie, jakie znamy na co dzień. Pozwoli to nam na zaobserwowanie protuberancji słonecznych, wyrzutów masy, granulacji, zawartości metali, zmiany temperatur czy pola magnetycznego naszej gwiazdy.

Kolejny przykład to zdjęcie galaktyki M87 (Virgo A) w gwiazdozbiorze Panny. Oto jak się zmienia jej obraz w świetle widzialnym oraz w paśmie fal radiowych.


M 87 jest typem galaktyki aktywnej i jest silnym źródłem fal radiowych. Jest to jedna z największych galaktyk w gromadzie w Pannie. Szczególną ciekawość wzbudza ten podłużny dżet.

Dżet zaobserwowany w promieniowaniu rentgenowskim (X-Ray), radiowym i w świetle widzialnym.
Świecenie dżetu powoduje wysokoenergetyczne promieniowanie gamma, które pochodzi od naładowanych elektronów, rozpędzonych do ogromnej prędkości przez centralną czarną dziurę.

4. Radiowy Wszechświat

Po II wojnie światowej nastąpił rozwój techniki mikrofalowej. Podczas pierwszych przeglądów nieba, znaleziono dziwne obiekty o źródle fal radiowych, których wcześniej nie mogliśmy zidentyfikować. Obserwowano jakieś dziwne, jasne punkty, które z pozoru wyglądały jak słabe gwiazdy. Z początku nazywano je radiogwiazdami. Teleskopy rejestrujące niebo w świetle widzialnym nie ujawniały tam takich obiektów.
Okazało się na podstawie efektu dopplera, że to nie są gwiazdy. Te obiekty, to są kwazary. Odległe o nawet powyżej 1 mld lat świetlnych.

Artystyczna wizja wyglądu kwazara. Źródło: wikipedia.org


Kwazary to aktywne galaktyki, w których centrach drzemią supermasywne czarne dziury - o masie nawet wielu miliardów mas Słońca. Aktywność także powoduje powstawanie dżetów. Tak mocne jego świecenie powoduje spływ materii do tej niesamowicie masywnej czarnej dziury. Kwazary są silmym źródłem promieniowania i możliwe, że wyeksterminowałyby życie nawet w promieniu 10 milionów lat świetlnych.

4.1.  Promieniowanie mikrofalowe tła

Radioastronomowie odkryli także szum dochodzący niewiadomo skąd. Przez wiele tygodni to obserwowali i na początku myśleli, że jest coś nie tak z ich aparaturą. Dopiero po jakimś czasie stwierdzili, że pochodzi ono z całego Wszechświata, jako pozostałość po Wielkim Wybuchu.

Wykres promieniowania reliktowego po Wielkim Wybuchu. Widać także postęp rozwoju techniki. Źródło: wikipedia.org

Takie obserwacje pomogą nam zrozumieć ewolucję Wszechświata, jak on powstał i czy powstał na skutek tzw. Wielkiego Wybuchu.

4.2.  Obiekty rejestrowane za pomocą fal radiowych.

Za pomocą radioteleskopów możemy zaobserwować następujące obiekty:

-Rentgenowskie układy podwójne

Jest to klasa gwiazd podwójnych charakteryzująca się silną emisją promieniowania rentgenowskiego. Taki układ tworzy np. czarna dziura bądź gwiazda neutronowa, a jego towarzysz to np. gwiazda ciągu głównego. Czarna dziura zasysa materię ze swojego towarzysza.

Przykładem takich układów podwójnych są np. mikrokwazary (nie mylić z kwazarami!). Mikrokwazar to obiekt gwiazdopodobny, który jest źródłem silnego i zmiennego sygnału radiowego, posiada dżet. Są to jednak obiekty gwiazdowe, składające się z gwiazdy oddającej masę czarnej dziurze. W naszej galaktyce znanych jest ok. 50 takich obiektów

Przykładem takiego mikrokwazara i o ile się nie mylę, pierwszy odkryty tego typu obiekt jest Cygnus X-1 znajdujący się w konstelacji Łabędzia.

Artystyczna wizja układu Cygnus X-1 - źródło: NASA/ESA

-Gaz międzygwiazdowy

Gaz o bardzo niskiej temperaturze znajdujący się w przestrzeni międzygwiezdnej. Ośrodek międzygwiazdowy składa się z bardzo rozrzedzonych mieszanin jonów, atomów, molekuł, większych okruchów, promieni kosmicznych oraz galaktycznych pól magnetycznych.

-Gwiazdy neutronowe (np. pulsary)

Pulsary wysyłają w regularnych odstępach czasu impulsy radiowe.


Pulsar w Mglawicy Kraba. Widoczny silny wpływ pola magnetycznego na materię. Źródło: NASA/HST/ASU/J

-Pozostałości po wybuchach supernowych.

-Galaktyki aktywne, kwazary, radiogalaktyki

O tym już wspomniałem wcześniej :)

-Tło kosmiczne 

Też było o mikrofalowym promieniowaniu tła.


5. Obserwatoria radioastronomiczne

Na początek muszę zaznaczyć, żeby takie obserwatorium zbudować, musi być z dala od cywilizacji i źródeł radiowych np. radia, telefony czy nawet kuchenki mikrofalowe.


 Very Large Array (VLA)

Obserwatorium położone w Sorocco, w stanie Nowy Meksyk w USA. Obserwatorium składa się z 27 anten, każdej o średnicy 25 metrów i masie 209 ton. Ułożone są w trzech rzędach, tworzących kształt litery Y, której każde ramię ma maksymalnie około 21 kilometrów długości. Ich ustawienie pozwala na wykorzystanie tzw. interferometrii, co pozwala na ich wspólne działanie jako jedna, gigantyczna antena o średnicy 36 km.

Obserwatorium VLA w USA. Źródło: VLA/Hajor

 Green Bank


Największy na świecie radioteleskop w pełni sterowalny i największa konstrukcja lądowa ruchoma. znajduje się w miejscowości Green Bank w stanie Wirginii Zachodniej w USA. Radioteleskop ma zwierciadło o średnicy 100m × 110m. Radioteleskop ma kilka odkryć na swoim koncie m.in. pulsary milisekundowe w gromadzie kulistej M62 czy odkrycie dużego obłoku wodorowego w gwiazdozbiorze Wężownika, odległego o 23 000 lat świetlnych.



Radioteleskop Green Bank - źródło: wikipedia.org.

6. Obserwatoria w Polsce



Polacy nie gęsi i swoje radioteleskopy też mają.



Obserwatorium Astronomiczne UMK w Piwnicach.

Ośrodek astronomiczny, należący do Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. Służy do obserwacji kosmosu, badań naukowych, popularyzacji wiedzy o wszechświecie. 

Centrum astronomii umieszczono w zabytkowym XIX-wiecznym dworze, a w otaczającym go parku jesienią 1947 roku rozpoczęto budowę pierwszego budynku z rozsuwaną kopułą. Kolejne pawilony kryjące teleskopy optyczne, umieszczone w kopułach z rozsuwanymi dachami zbudowano w latach 50. i 60. XX wieku. Posiadają także radioteleskop o średnicy 32 metrów.

Radioteleskop w Piwnicach - źródło: wikipedia.org


7. Podsumowanie

Niestety powiem wam, że sam jakoś się nie angażuję w ten dział astronomii. Nie mam zbyt dużej wiedzy na temat radioastronomii i napisałem tylko tyle ile wiem. Ten dział astronomii jest jak najbardziej niedoceniany, gdyż nie daje takiej satysfakcji jak zaobserwowanie obiektu wizualnie czy fotograficznie. Wiadomo, bardziej atrakcyjne jest widzenie kosmosu niż "słuchanie". Ale radioastronomia też umie być ciekawa.


W komentarzach zadawajcie pytania dotyczące astronomii, udostępniajcie i lajkujcie.

Prosiłbym o wyłączenie Adblocka, bądź dodanie bloga do wyjątków. 




2 komentarze:

  1. Jak, na jakiej zasadzie, sygnał radiowy odbierany przez radioteleskop jest zamieniany na obraz?

    OdpowiedzUsuń
    Odpowiedzi
    1. Normalnie. Fale radiowe to część promieniowania elektromagnetycznego. Światło widzialne też jest częścią promieniowania elektromagnetycznego o konkretnych długościach fal. Napisane jest o tym.

      Usuń