Radio-astronomija

Vrlo velika mreža(Very Large Array), radio interferometar u Novom Meksiku, SAD

Radio astronomija je dio astronomije koja proučava nebeska tijela uz pomoć radio valova. Prvo otkriće radio valova sa nebeskih tijela je napravio Karl Jansky 1933., kad je otkrio izvor radio valova u Mliječnom putu. Kasnija promatranja su otkrila brojne izvore radio emisija, i to sa zvijezda i galaksija, a otkriven je čitav niz novih objekata, kao što su radio galaksije, kvazari, pulsar i maseri. Otkriće kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja, koje je nesumljivo potvrdilo postojanje Velikog praska, je napravljeno kroz radio astronomiju.

Radio astronomija je povezana sa korištenjem velikih antena, koje se nazivaju radio teleskopi, koji se mogu koristiti ili pojedinačno, ili više njih povezanih zajedno, korištenjem tehnike radio interferometrije i sintezom objektiva. Korištenje interferometrije sa više radio teleskopa, omogućuje radio astronomima da postignu visoku kutnu rezoluciju, budući da dobivena slika više ovisi o udaljenosti između radio teleskopa, a ne toliko o veličini samih pojedinih radio teleskopa.

Historijske činjenice

Četiri radio antene za projekt ALMA u Čileu

I prije nego što je Jansky promatrao Mliječni put 1930., fizičari su pretpostavljali da bi mogli primjetiti radio valove sa nebeskih tijela. James Clerk Maxwell je 1860-tih, kroz Maxwellove jednadžbe pokazao da elektromagnetsko zračenje je povezano sa elektricitetom i magnetizmom, i može postojati na bilo kojoj valnoj duljini. Nekoliko pokušaja je napravljeno da se otkrije radio emisija sa Sunca, pokusima koje su radili Nikola Tesla i Oliver Lodge, ali nisu uspjeli otkriti ništa, zbog tehničkih ograničenja njihovih uređaja.

Karl Jansky je otkrio prvi astronomski izvor radio valova uz malo sreće. 1930-tih je bio inžinjer u Bell Labs, i proučavao je kratke radio valove (3 – 30 MHz), za prijenos signala na druge kontinente. Koristeći usmjerenu antenu, Jansky je primijetio jedan signal nepoznatog porijekla i to je najjači bio svakih 24 sata. Na kraju je otkrio da signal dolazi iz zviježđa Strijelac 1933.

Na osnovu tog proučavanja, Grote Reber je napravio 1937. prvi parabolički radio teleskop, promjera 9 m, u svom vlastitom dvorištu. 1942. su otkrivene prve radio emisije sa Sunca. 1950-tih na Sveučilištu Cambridge su napravili prve katalogneba, sa radio izvorima.

Metode rada

Optička slika galaksije M87 (HST), radio slika iste galaksije korištenjem interferometrije(Very Large Array-VLA), i slika središnjeg dijela (Very Long Baseline Array-VLBA)koja se sastoji od radio antena u SAD, Njemačkoj, Italiji, Švedskoj i Španjolskoj. Za mlaz čestica se pretpostavlja da je crna rupa u centru galaksije.

Radio astronomi koriste razne tehnike da promatraju nebeska tijela u radio spektru. Da bi se složila slika nekog dijela neba, potrebno je napraviti više pojedinačnih pretraživanja sa preklapanjem, da bi se slika kasnije složila u mozaik. Promatranja sa Zemljine površine je ograničeno sa valnim duljinama koje mogu proći kroz atmosferu. Kod malih frekvencija, ili velikih valnih duljina, prijem signal je ograničen sa ionosferom, koja reflektira radio valove nižih frekvencija od karakteristične frekvencije plazme. Kod viših frekvencija, vodena para ometa prijem. Zato se u zadnje vrijeme radio teleskopi postavljaju u veoma visokim i suhim područjima, kao pustinja Atacama u Čileu.

Radio teleskopi

Radio teleskopi trebaju biti vrlo veliki da bi primili signal, zbog niskog odnosa poslanog signala i primljenog signala. U odnosu na optičke teleskope, njihov promjer objektiva treba biti puno veći, zbog veće valne duljine. Na primjer, optički teleskop sa 1 m promjera objektiva, je 2 000 000 puta veći od valne duljine svjetlosti i to daje rezoluciju od 0,3 kutne sekunde. Za istu vidljivost, radio teleskop bi trebao imati rezoluciju od 30 kutnih minuta, a to je puni mjesec na nebu.

Radio interferometrija

Zbog teskoća sa postizanjem visoke rezolucije sa jednim radio teleskopom, 1946. se razvila radio interferometrija. Današnji radio interferometri koriste udaljene radio teleskope, povezane sa koaksijalnim kabelima, vodičima valova, optičkim vlaknima i ostalim prijenosnim sredstvima.

Početkom 1970-tih, sa poboljšanjem stabilnosti prijema radio teleskopa, otvorila se mogućnost povezivanja primljenog signala iz cijelog svijeta. Umjesto korištenja fizičkog povezivanja antena, primljeni podaci su se mogli složiti zajedno, koristeći isto vrijeme, obično uz pomoć atomskog sata. Kod visokih frekvencija, i korištenjem velikih udaljenosti između radio teleskopa, moguća je sinteza od 1 kutne milisekunde.

Tako danas imamo u Sjevernoj Americi mrežu teleskopa koje nazivamo Very Long Baseline Array i drugu mrežu European VLBI (Very Long Baseline Interferometry) Network, sa radio teleskopima u Europi, Kini, Južnoj Africi i Porto Riku. Obično te dvije mreže rade posebno, ali ponekad promatraju i zajedno, kao globalni VLBI. Postoji još i VLBI mreža u Australiji.

Radio izvori

Najznačajniji izvori radio valova koji se promatraju su:

• Sunce
• Zviježđe Strijelac A, koji je i galaktički centar Mliječne staze
• Aktivne galaktičke jezgre i pulsari, koji imaju električki nabijene čestice koje emitiraju sinhrotronu radijaciju
• Jata galaksija u spajanju, koje emitiraju difuzne radio emisije
• Ostatke supernova koje isto pokazuju difuzne radio emisije
• Kozmičko mikrovalno pozadinsko zračenje, a to je radio emisija crnog tijela
• Jupiter

Najpoznatiji radio teleskopi

• Zvjezdarnica Arecibo
• Green Bank radio teleskop
• Effelsberg radio teleskop
• Sardinija radio teleskop
• Radio teleskop Parkes

Vanjske veze

Radio-astronomija na Wikimedijinoj ostavi

• nrao.edu National Radio Astronomy Observatory
• The History of Radio Astronomy Arhivirano 1999-02-02 na Archive.is-u * Reber Radio Telescope - National Park Services Arhivirano 2012-10-23 na Wayback Machine-u
• Radio Telescope Developed Arhivirano 2004-03-07 na Wayback Machine-u - a brief history from NASA Goddard Space Flight Center
• Society of Amateur Radio Astronomers