Wykorzystanie astronomii mikrofalowej do eksploracji kosmosu

Niewielu ludzi myśli o kosmicznych mikrofalach, które codziennie jedzą lunch na lunch. Ten sam rodzaj promieniowania, którego używa kuchenka mikrofalowa do zerwania burrito, pomaga astronomom badać wszechświat. To prawda: emisje mikrofalowe z kosmosu pomagają zerknąć na niemowlę kosmosu.

Polowanie na sygnały mikrofalowe

Fascynujący zestaw obiektów emituje mikrofale w przestrzeni kosmicznej. Najbliższym źródłem mikrofal pozaziemskich jest nasze Słońce. Specyficzne długości fal mikrofalowych, które wysyła, są absorbowane przez naszą atmosferę. Para wodna w naszej atmosferze może zakłócać wykrywanie promieniowania mikrofalowego z kosmosu, pochłaniając je i uniemożliwiając mu dotarcie do powierzchni Ziemi. To nauczyło astronomów badających promieniowanie mikrofalowe w kosmosie, jak umieszczać swoje detektory na dużych wysokościach na Ziemi lub w przestrzeni kosmicznej.

Z drugiej strony sygnały mikrofalowe, które mogą przenikać chmury i dym, mogą pomóc naukowcom w badaniu warunków na Ziemi i usprawnić komunikację satelitarną. Okazuje się, że nauka mikrofalowa jest korzystna na wiele sposobów.

instagram viewer

Sygnały mikrofalowe mają bardzo długie długości fali. Ich wykrycie wymaga bardzo dużych teleskopów, ponieważ rozmiar detektora musi być wielokrotnie większy niż sama długość fali promieniowania. Najbardziej znane obserwatoria astronomiczne mikrofalowe znajdują się w kosmosie i ujawniły szczegóły dotyczące obiektów i wydarzeń aż do początku wszechświata.

Kosmiczne emitery mikrofalowe

Nasze własne centrum Galaktyka drogi mlecznej jest źródłem mikrofalowym, chociaż nie jest tak rozległy jak w innych, bardziej aktywnych galaktykach. Nasza czarna dziura (zwana Strzelcem A *) jest dość cicha. Wygląda na to, że nie ma potężnego strumienia i tylko okazjonalnie żeruje na gwiazdach i innych materiałach, które przechodzą zbyt blisko.

Pulsary (obracające się gwiazdy neutronowe) są bardzo silnymi źródłami promieniowania mikrofalowego. Te potężne, zwarte obiekty ustępują jedynie czarnym dziurom pod względem gęstości. Gwiazdy neutronowe mają silne pola magnetyczne i duże prędkości rotacji. Wytwarzają szerokie spektrum promieniowania, przy czym emisja mikrofal jest szczególnie silna. Większość pulsarów jest zwykle określana jako „pulsary radiowe” ze względu na ich silną emisję radiową, ale mogą być również „jasne mikrofalowo”.

Wiele fascynujących źródeł mikrofal leży poza naszym układem słonecznym i galaktyką. Na przykład aktywne galaktyki (AGN), zasilane przez supermasywne czarne dziury w swoich rdzeniach emitują silne podmuchy mikrofal. Ponadto te silniki z czarnymi dziurami mogą wytwarzać ogromne strumienie plazmy, które również świecą jasno przy długościach fal mikrofalowych. Niektóre z tych struktur plazmy mogą być większe niż cała galaktyka zawierająca czarną dziurę.

The Ultimate Cosmic Microwave Story

W 1964 r. Naukowcy z Princeton University David Todd Wilkinson, Robert H. Dicke i Peter Roll postanowili zbudować detektor do polowania na kosmiczne mikrofale. Nie byli jedynymi. Dwóch naukowców z Bell Labs - Arno Penzias i Robert Wilson - również budowało „róg” do wyszukiwania mikrofal. Takie promieniowanie zostało przewidziane na początku XX wieku, ale nikt nie zrobił nic, aby je znaleźć. Pomiary naukowców z 1964 r. Wykazały słabe „płukanie” promieniowania mikrofalowego na całym niebie. Okazuje się teraz, że słaba poświata mikrofalowa jest kosmicznym sygnałem z wczesnego wszechświata. Penzias i Wilson zdobyli Nagrodę Nobla za wykonane pomiary i analizy, które doprowadziły do ​​potwierdzenia kosmicznego tła mikrofalowego (CMB).

Ostatecznie astronomowie uzyskali fundusze na budowę kosmicznych detektorów mikrofalowych, które mogą dostarczać lepsze dane. Na przykład satelita Cosmic Microwave Background Explorer (COBE) przeprowadził szczegółowe badanie tego CMB od 1989 roku. Od tego czasu inne obserwacje wykonane za pomocą sondy mikrofalowej anizotropii Wilkinsona (WMAP) wykryły to promieniowanie.

CMB jest poświatą Wielkiego Wybuchu, wydarzenia, które wprawiło nasz wszechświat w ruch. Było niesamowicie gorąco i energicznie. Gdy kosmos noworodka rozszerzył się, gęstość ciepła spadła. Zasadniczo ochłodziło się i tyle ciepła zostało rozłożone na coraz większy obszar. Dziś wszechświat ma szerokość 93 miliardów lat świetlnych, a CMB reprezentuje temperaturę około 2,7 Kelvina. Astronomowie uważają tę rozproszoną temperaturę za promieniowanie mikrofalowe i wykorzystują niewielkie fluktuacje w „temperaturze” CMB, aby dowiedzieć się więcej o początkach i ewolucji wszechświata.

Dyskusja techniczna o mikrofalach we wszechświecie

Mikrofale emitują częstotliwości od 0,3 gigaherca (GHz) do 300 GHz. (Jeden gigaherc jest równy 1 miliardowi herców. „Hertz” jest używany do opisania, ile cykli na sekundę emituje coś, przy czym jeden Hertz jest jednym cyklem na sekund.) Ten zakres częstotliwości odpowiada długości fali między milimetrem (jedną tysięczną metra) a metr. Dla porównania, emisje telewizyjne i radiowe emitują w dolnej części widma, między 50 a 1000 MHz (megaherców).

Promieniowanie mikrofalowe jest często opisywane jako niezależne pasmo promieniowania, ale jest również uważane za część nauki o radioastronomii. Astronomowie często odnoszą się do promieniowania o długości fali w daleka podczerwień, mikrofalowe i pasma radiowe o ultrawysokiej częstotliwości (UHF) jako część promieniowania „mikrofalowego”, mimo że technicznie są to trzy osobne pasma energetyczne.

instagram story viewer