كيف تساعدنا موجات الراديو على فهم الكون

يدرك البشر الكون باستخدام الضوء المرئي الذي يمكننا رؤيته بأعيننا. ومع ذلك ، هناك ما هو أكثر للكون من ما نراه باستخدام الضوء المرئي الذي يتدفق من النجوم والكواكب والسدم والمجرات. هذه الأجسام والأحداث في الكون تنتج أيضًا أشكالًا أخرى من الإشعاع ، بما في ذلك الانبعاثات اللاسلكية. تملأ هذه الإشارات الطبيعية جزءًا مهمًا من الكونية عن كيفية ولماذا تتصرف الأشياء في الكون كما تفعل.

موجات الراديو هي موجات كهرومغناطيسية (ضوء) ، لكن لا يمكننا رؤيتها. يبلغ طولها الموجي بين 1 مليمتر (واحد من الألف متر) و 100 كيلومتر (كيلومتر واحد يساوي ألف متر). من حيث التردد ، هذا يعادل 300 جيجا هرتز (واحد جيجا هرتز يساوي مليار هرتز) و 3 كيلو هرتز. A Hertz (اختصار باسم Hz) هو وحدة شائعة الاستخدام لقياس التردد. واحد هيرتز يساوي دورة واحدة من التردد. لذا ، إشارة 1 هرتز هي دورة واحدة في الثانية. ترسل معظم الأجسام الكونية إشارات بمئات إلى بلايين الدورات في الثانية.

غالبًا ما يخلط الناس بين البث "الراديوي" وبين شيء يمكن للناس سماعه. هذا إلى حد كبير لأننا نستخدم أجهزة الراديو للتواصل والترفيه. لكن البشر لا "يسمعون" ترددات الراديو من الأجسام الكونية. يمكن لآذاننا الشعور بالترددات من 20 هرتز إلى 16000 هرتز (16 كيلو هرتز). تنبعث معظم الأجسام الكونية بترددات ميجاهيرتز ، وهي أعلى بكثير من سمع الأذن. لهذا السبب يُعتقد غالبًا أن علم الفلك الراديوي (إلى جانب الأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء) يكشف عن كون "غير مرئي" لا يمكننا رؤيته أو سماعه.

تنبعث الموجات الراديوية عادةً من أجسام وأنشطة حيوية في الكون. ال شمس هو أقرب مصدر لانبعاثات الراديو خارج الأرض. يصدر المشتري أيضًا موجات راديو ، كما تفعل الأحداث التي تحدث في زحل.

يأتي أحد أقوى مصادر الانبعاث الراديوي خارج النظام الشمسي ، وخارج مجرة ​​درب التبانة المجرات النشطة (AGN). يتم تشغيل هذه الكائنات الديناميكية بواسطة الثقوب السوداء الهائلة في قلبهم. بالإضافة إلى ذلك ، ستنتج محركات الثقب الأسود هذه نفاثات ضخمة من المواد التي تتوهج بشكل مشرق مع انبعاثات الراديو. غالبًا ما تتفوق هذه على المجرة بأكملها في الترددات اللاسلكية.

النجوم النابضة، أو النجوم النيوترونية الدوارة ، هي أيضًا مصادر قوية لموجات الراديو. يتم إنشاء هذه الأجسام القوية والمدمجة عندما تموت النجوم الضخمة السوبرنوفا. إنها في المرتبة الثانية بعد الثقوب السوداء من حيث الكثافة النهائية. مع المجالات المغناطيسية القوية ومعدلات الدوران السريع ، تنبعث هذه الكائنات مجموعة واسعة من إشعاع، وهي "مشرقة" بشكل خاص في الراديو. مثل الثقوب السوداء الهائلة ، يتم إنشاء نفاثات راديو قوية ، تنبثق من الأقطاب المغناطيسية أو النجم النيوتروني الدوار.

يشار إلى العديد من النجوم النابضة باسم "النجوم النابضة" بسبب انبعاثها الراديوي القوي. في الواقع ، بيانات من Fermi تلسكوب أشعة غاما الفضائية أظهر دليلاً على سلالة جديدة من النجوم النابضة التي تبدو أقوى في أشعة غاما بدلاً من الراديو الأكثر شيوعًا. تظل عملية إنشائها كما هي ، ولكن انبعاثاتها تخبرنا المزيد عن الطاقة التي ينطوي عليها كل نوع من الكائنات.

يمكن أن تكون بقايا المستعر الأعظم نفسها من بواعث موجات الراديو القوية بشكل خاص. يشتهر سديم السرطان بإشاراته الراديوية نبهت الفلكي جوسلين بيل لوجودها.

علم الفلك الراديوي هو دراسة الأجسام والعمليات في الفضاء التي تنبعث منها الترددات الراديوية. كل مصدر تم اكتشافه حتى الآن هو مصدر طبيعي. يتم التقاط الانبعاثات هنا على الأرض بواسطة التلسكوبات الراديوية. هذه أدوات كبيرة ، حيث من الضروري أن تكون منطقة الكاشف أكبر من الأطوال الموجية القابلة للكشف. نظرًا لأن موجات الراديو يمكن أن تكون أكبر من متر (أحيانًا أكبر بكثير) ، فإن النطاقات تزيد عادةً عن عدة أمتار (أحيانًا 30 قدمًا أو أكثر). يمكن أن تكون بعض الأطوال الموجية كبيرة مثل الجبل ، ولذلك بنى الفلكيون صفائف ممتدة من التلسكوبات الراديوية.

كلما كانت مساحة التجميع أكبر ، مقارنة بحجم الموجة ، كلما كانت الدقة الزاويّة التي يمتلكها التلسكوب الراديوي أفضل. (الدقة الزاوية هي مقياس لمدى قرب جسمين صغيرين قبل أن لا يمكن تمييزهما.)

نظرًا لأن موجات الراديو يمكن أن يكون لها أطوال موجية طويلة جدًا ، يجب أن تكون التلسكوبات الراديوية القياسية كبيرة جدًا للحصول على أي نوع من الدقة. ولكن نظرًا لأن بناء المقاريب اللاسلكية بحجم الاستاد يمكن أن يكون باهظ التكلفة (خاصة إذا كنت تريد ذلك للحصول على أي قدرة توجيه على الإطلاق) ، هناك حاجة إلى تقنية أخرى لتحقيق المطلوب النتائج.

تم تطوير قياس التداخل الراديوي في منتصف الأربعينيات ، ويهدف إلى تحقيق هذا النوع من الدقة الزاوية التي ستأتي من أطباق كبيرة بشكل لا يصدق دون حساب. يحقق الفلكيون ذلك باستخدام أجهزة كشف متعددة بالتوازي مع بعضها البعض. كل واحد يدرس نفس الشيء في نفس الوقت مثل الآخرين.

من خلال العمل معًا ، تعمل هذه التلسكوبات بشكل فعال مثل تلسكوب عملاق واحد بحجم مجموعة أجهزة الكشف بأكملها معًا. على سبيل المثال ، تحتوي مجموعة Baseline Array الكبيرة جدًا على كاشفات تفصل 8000 ميل. من الناحية المثالية ، ستعمل مجموعة من العديد من المقاريب الراديوية على مسافات فصل مختلفة معًا لتحسين الحجم الفعال لمنطقة التجميع بالإضافة إلى تحسين دقة الجهاز.

مع إنشاء تقنيات الاتصال والتوقيت المتقدمة ، أصبح من الممكن استخدام التلسكوبات التي موجودة على مسافات بعيدة عن بعضها البعض (من نقاط مختلفة حول العالم وحتى في مدار حول الأرض). تعرف هذه التقنية المعروفة باسم قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا (VLBI) بشكل كبير قدرات التلسكوبات الراديوية الفردية وتسمح للباحثين باستكشاف بعض الأكثر ديناميكية كائنات في كون.

يتداخل نطاق الموجة اللاسلكية أيضًا مع نطاق الموجات الدقيقة (1 مليمتر إلى 1 م). في الواقع ، ما يسمى عادة علم الفلك الراديوي، هو بالفعل علم الفلك في الميكروويف ، على الرغم من أن بعض الأجهزة الراديوية تكتشف أطوال الموجات التي تتجاوز 1 متر.

هذا مصدر ارتباك لأن بعض المنشورات ستدرج نطاق الموجات الدقيقة ونطاقات الراديو بشكل منفصل ، بينما سيستخدم الآخرون ببساطة مصطلح "راديو" ليشمل كلاً من نطاق الراديو الكلاسيكي والميكروويف فرقة.

تم التعديل والتحديث بواسطة كارولين كولينز بيترسن.