Как астрономы слушают космос?
В 1933 году инженер по имени Карл Янский случайно обнаружил, что радиоволны исходят не только от изобретений, сделанных человеком, но и от природных материалов в космосе. С тех пор в поисках космических радиоволн астрономы строили все лучшие и лучшие телескопы, в попытках больше узнать о том, откуда они исходят и что могут рассказать о нашей Вселенной. Хотя ученые могут многое узнать из видимого света, который они обнаруживают с помощью обычных телескопов, такие объекты и события как черные дыры, формирующиеся звезды и планеты, умирающие звезды и многие другие можно обнаружить только с помощью радиотелескопов. Вместе телескопы, способные улавливать различные виды волн – от радиоволн до видимых световых волн и гамма-лучей – рисуют более подробную картину Вселенной. Но так ли просто слушать звезды и с какими проблемами сталкиваются астрономы во время работы?
Содержание
- 1 Видимый свет
- 2 Что такое радиоволна?
- 3 Пионеры радиоастрономии
- 4 Как работают радиотелескопы?
Видимый свет
Когда вы смотрите на ночное небо, то видите яркие огни звезд. Если вы живете в темном месте вдали от городов, вы можете наблюдать тысячи подобных объектов. Но отдельные точки, которые вы видите – это близлежащие звезды. Еще более 200 миллиардов звезд существуют только в нашей галактике. За пределами Млечного Пути, по мнению астрономов, находится по крайней мере 100 миллиардов галактик (каждая со своими 100 миллиардами звезд). Почти все эти звезды невидимы для наших глаз.
Видимый свет, который воспринимает глаз человека – это лишь крошечная часть того, что астрономы называют «электромагнитным спектром». Фотоны с большей энергией – это ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи (гамма-лучи обладают наибольшей энергией). Фотоны с меньшей энергией – это инфракрасные и радиоволны (радиоволны имеют наименьшую энергию).
Электромагнитный спектр также включает гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение, инфракрасное излучение, микроволны и радиоволны. Поскольку человеческие глаза воспринимают только видимый свет, нам необходимы специальные телескопы, чтобы уловить остальную часть этого «спектра», а затем превратить их в изображения и графики.
Что такое радиоволна?
Свет состоит из крошечных частиц, называемых “фотонами», которые могут одновременно вести себя и как частица, и как волна. В видимом свете фотоны обладают средним количеством энергии. Но когда энергии немного больше, они превращаются в ультрафиолетовое излучение, увидеть которое мы не можем, а вот получить солнечный ожог – запросто. С большей энергией фотоны превращаются в рентгеновские лучи, которые проходят прямо через нас, а если энергии становится еще больше, они превращаются в гамма-лучами, которые исходят из взрывающихся звезд.
Но когда энергии у фотонов немного (меньше, чем у фотонов видимого света) мы называем их инфракрасным излучением и ощущаем его как тепло. И, наконец, фотоны с наименьшей энергией ученые называют «радиоволнами». Радиоволны исходят из странных мест в космосе – самых холодных и далеких галактик и звезд. Радиоволны рассказывают нам о тех уголках Вселенной, о существовании которых мы даже не подозревали бы, если бы пользовались только глазами или телескопами, которые воспринимают только видимые фотоны.
Пионеры радиоастрономии
Первый в мире радиоастроном на самом деле был инженером. В 1933 году Карл Янский работал над проектом для Bell Laboratories – лаборатории в Нью-Джерси, названной в честь Александра Грэма Белла, который изобрел телефон. Там разрабатывалась первая телефонная система, которая работала через Атлантический океан. Но когда люди впервые попытались позвонить по этой системе, то слышали шипящий звук на заднем фоне в определенное время дня.
В «Белл Лабс» решили, что шум вреден для бизнеса, и отправили Карла Янского выяснить, чем он вызван. Инженер вскоре понял, что радиоволны, исходящие из центра галактики, нарушают телефонную связь и вызывают помехи. Вот так сам того не зная, Янский открыл новую, невидимую Вселенную и стал первым в мире радиоастрономом.
Как работают радиотелескопы?
Когда астроном направляет радиотелескоп на какой-либо объект в космосе, радиоволны попадают на его поверхность. Поверхность телескопа работает для радиоволн как зеркало и может быть металлической с отверстиями в ней (сетка), или из сплошного металла, например алюминия. Первое зеркало направляет радиоволны ко второму «радиозеркалу», которое затем направляет их в место, которое астрономы называют «приемником» – частью радиотелескопа, которая принимает радиоволны и превращает их в изображение. По сути, приемник делает то же самое, что и камера: превращает радиоволны в изображение.
Те уголки нашей Вселенной, в которых формируются звезды, например, полны пыли. Эта пыль не дает свету добраться до нас, так что все вокруг выглядит как пустое черное пространство. Но стоит направить в такие участки радиотелескоп, как астрономам открывается восхитительное зрелище – сквозь пыль можно разглядеть рождающуюся звезду.
