Mikrobangų astronomijos naudojimas kosmosui tyrinėti

Nedaugelis žmonių galvoja apie kosminius mikrobangų krosnelės, kai jie kasdien gamina maistą priešpiečiams. Tos pačios rūšies spinduliuotė, kurią mikrobangų krosnelė naudoja, kad sufleruotų burritą, astronomai gali tyrinėti visatą. Tiesa: mikrobangų spinduliuotė iš kosmoso padeda atsigręžti į kosmoso pradžią.

Įspūdingas objektų rinkinys skleidžia mikrobangas erdvėje. Artimiausias nežemiškų mikrobangų šaltinis yra mūsų Saulė. Specifinius mikrobangų bangų ilgius, kuriuos jis siunčia, sugeria mūsų atmosfera. Mūsų atmosferoje esantys vandens garai gali trukdyti aptikti mikrobangų spinduliuotę iš kosmoso, sugerti ją ir neleisti patekti į Žemės paviršių. Tai išmokė astronomus, tyrinėjančius mikrobangų spinduliuotę kosmose, išdėstyti detektorius dideliame aukštyje Žemėje arba iš kosmoso.

Kita vertus, mikrobangų signalai, kurie gali prasiskverbti pro debesis ir dūmus, gali padėti tyrėjams tirti sąlygas Žemėje ir sustiprinti palydovinį ryšį. Pasirodo, kad mikrobangų mokslas yra naudingas įvairiais būdais.

Mikrobangų signalai yra labai ilgio bangų. Norint juos aptikti, reikia labai didelių teleskopų, nes detektoriaus dydis turi būti daug kartų didesnis už patį radiacijos bangos ilgį. Žinomiausios mikrobangų astronomijos observatorijos yra kosmose ir atskleidė informaciją apie objektus ir įvykius iki pat visatos pradžios.

Mūsų pačių centras Paukščių Tako galaktika yra mikrobangų šaltinis, nors jis nėra toks platus kaip kitose, aktyvesnėse galaktikose. Mūsų juodoji skylė (vadinama Šauliu A *) yra gana rami, nes šie dalykai praeina. Neatrodo, kad jis turi didžiulę srovę, ir tik retkarčiais maitinasi žvaigždėmis ir kita medžiaga, kuri praeina per arti.

Pulsarai (besisukančios neutroninės žvaigždės) yra labai stiprūs mikrobangų spinduliuotės šaltiniai. Šie galingi, kompaktiški objektai tankumo prasme yra antri pagal juodąsias skyles. Neutronų žvaigždės turi galingą magnetinį lauką ir greitą sukimosi greitį. Jie skleidžia platų spinduliuotės spektrą, o mikrobangų spinduliuotė yra ypač stipri. Dauguma pulsatorių paprastai vadinami „radijo pulsarais“ dėl jų skleidžiamos radijo bangos, tačiau jie taip pat gali būti „ryškūs mikrobangų krosnelėje“.

Daugelis patrauklių mikrobangų šaltinių yra už mūsų Saulės sistemos ir galaktikos ribų. Pavyzdžiui, aktyviosios galaktikos (AGN), maitinamos supermasyvios juodosios skylės jų branduolys skleidžia stiprų mikrobangų sprogimą. Be to, šie juodosios skylės varikliai gali sukurti didžiulius plazmos purkštukus, kurie taip pat ryškiai šviečia esant mikrobangų bangos ilgiui. Kai kurios iš šių plazmos struktūrų gali būti didesnės nei visa galaktika, kurioje yra juodoji skylė.

1964 m. Prinstono universiteto mokslininkai Davidas Toddas Wilkinsonas, Robertas H. Dicke'as ir Peteris Roll'as nusprendė pastatyti detektorių, kuris medžiotų kosminius mikrobangas. Jie nebuvo vieninteliai. Du „Bell Labs“ mokslininkai - Arno Penziasas ir Robertas Wilsonas - taip pat statė „ragą“ mikrobangų paieškai. Tokia radiacija buvo prognozuojama XX amžiaus pradžioje, tačiau niekas jos nepadarė. 1964 m. Mokslininkų atlikti matavimai parodė, kad mikrobangų spinduliuotė buvo nestipriai „plaunama“ visame danguje. Dabar paaiškėja, kad silpnas mikrobangų spindesys yra kosminis ankstyvosios visatos signalas. Penziasas ir Wilsonas laimėjo Nobelio premiją už atliktus išmatavimus ir analizę, kuri patvirtino kosminį mikrobangų foną (CMB).

Galiausiai astronomai gavo lėšų kosminiuose mikrobangų detektoriuose, kurie gali pateikti geresnius duomenis. Pavyzdžiui, palydovas „Cosmic Microwave Background Explorer“ (COBE) atliko išsamų šios CMB tyrimą nuo 1989 m. Nuo tada kiti stebėjimai, atlikti naudojant Wilkinson mikrobangų anizotropijos zondą (WMAP), aptiko šią radiaciją.

CMB yra didžiojo sprogimo, įvykusio mūsų visatai pajudėti, švytėjimas. Buvo nepaprastai karšta ir energinga. Plečiantis naujagimio kosmosui, šilumos tankis sumažėjo. Iš esmės jis atvėso, ir koks mažai šilumos jis pasklido vis didesniame plote. Šiandien visatos plotis yra 93 milijardai šviesmečių, o CMB temperatūra siekia apie 2,7 kelvinus. Astronomai mano, kad difuzinė temperatūra yra mikrobangų spinduliuotė ir naudoja nedidelius CMB „temperatūros“ svyravimus, kad sužinotų daugiau apie Visatos kilmę ir raidą.

Mikrobangų krosnelės skleidžia dažnį nuo 0,3 gigaherco (GHz) iki 300 GHz. (Vienas gigahercas yra lygus 1 milijardui hercų. „Hertz“ naudojamas apibūdinti, kiek ciklų per sekundę kažkas skleidžia, o vienas Hertz yra vienas ciklas per antra.) Šis dažnių diapazonas atitinka bangos ilgį tarp milimetro (tūkstantosios metro dalies) ir a metras. TV ir radijo spinduliuotė skleidžiama apatinėje spektro dalyje - nuo 50 iki 1000 MHz (megahercų).

Mikrobangų spinduliuotė dažnai apibūdinama kaip nepriklausoma radiacijos juosta, tačiau taip pat laikoma radijo astronomijos mokslo dalimi. Astronomai dažnai nurodo radiaciją, kurios bangos ilgis yra tolimosios infraraudonosios, mikrobangų ir ypač aukšto dažnio (UHF) radijo juostos yra „mikrobangų“ spinduliuotės dalis, nors techniškai jos yra trys atskiros energijos juostos.