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, как может показаться на первый взгляд?

Так выглядит радиотелескоп MeerKat в Южной Африке. С его помощью астрономы слушают космос.

Видимый свет

Когда мы смотрим на ночное небо, мы видите яркие огни звезд. Если вы живете в темной местности вдали от городов, то можете наблюдать тысячи подобных объектов. При этом отдельные точки, которые вы видите – это близлежащие звезды. Еще более 200 миллиардов этих небесных тел существуют в одной только нашей галактике. За пределами Млечного Пути, по разным оценкам, 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).

Человеческий глаз под микроскопом.

Электромагнитный спектр 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 становится 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. Но если энергии становится еще больше, они превращаются в гамма-лучи, которые исходят от взрывающихся звезд.

Радиоастрономия подарила миру наиболее подробную карту Вселенной.

В тех случаях, когда у фотонов энергии немного, ученые говорят об инфракрасном излучении, которое мы ощущаем как тепло, а фотоны с наименьшей энергией исследователи называют «радиоволнами». Интересно, что радиоволны исходят из очень странных мест в космосе – самых холодных и далеких галактик и звезд. Они рассказывают нам о тех уголках Вселенной, о существовании которых мы даже не догадывались бы, если бы пользовались глазами или телескопами, которые воспринимают только видимый световой спектр.

Пионеры радиоастрономии

Интересно и то, что 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.

Основатель радиоастрономии Карл Янский рядом с построенной им антенной, которая обнаружила первые радиоволны исходящие из космоса.

Как работают радиотелескопы?

Когда астрономы направляют радиотелескопы на какой-либо объект в космосе, радиоволны попадают на их 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, под названием «приемник». Эта часть радиотелескопа принимает радиоволны и превращает их в изображение. По сути, приемник делает то же самое, что и камера: превращает радиоволны в картинку.

С помощью радиоастрономии недавно ученые нанесли на карту Вселенной сотни тысяч новых галактик.

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.

Источник