Τι είναι τα ραδιοτηλεσκόπια;

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΑ ΡΑΔΙΟΤΗΛΕΣΚΟΠΙΑ;

21 ΙΟΥΝΙΟΥ 2024 | Μυρτώ Τερψιάδου

«The total amount of energy from outside the solar system ever received by all the radio telescopes on the planet Earth is less than the energy of a single snowflake striking the ground.»
-Carl Sagan, Cosmos

Όταν ακούμε τη λέξη «τηλεσκόπιο» σκεφτόμαστε συνήθως ένα κυλινδρικό αντικείμενο, το οποίο χρησιμοποιούμε για να «δούμε πολύ μακριά» Πέρα από τα συνήθη, γνωστά σε εμάς οπτικά τηλεσκόπια όμως, υπάρχει και άλλη μία κατηγορία τηλεσκοπίων, με ασυνήθιστο τρόπο λειτουργίας.

Εικόνα 1: Ένα οπτικό τηλεσκόπιο κάτω από τον έναστρο ουρανό, με τον Γαλαξία να διακρίνεται στο βάθος.

Αυτά δεν είναι άλλα από τα ραδιοτηλεσκόπια. Τι είναι όμως αυτά και τι διαφορά έχουν από τα συμβατικά τηλεσκόπια; Όπως τα οπτικά τηλεσκόπια συλλέγουν το ορατό φως, έτσι και τα ραδιοτηλεσκόπια συλλέγουν ραδιοκύματα από το διάστημα.

Στο διάστημα, υπάρχουν αστρονομικές πηγές που παράγουν ραδιοκύματα, όπως άστρα, γαλαξίες, νεφελώματα, ακόμα και άλλοι πλανήτες και δορυφόροι. Στο ηλιακό μας σύστημα, η κύρια πηγή ραδιοκυμάτων είναι ο ήλιος, με τον Δία να ακολουθεί ως η δεύτερη σημαντικότερη πηγή. Τα ουράνια σώματα παράγουν ηλεκτρομαγνητικά κύματα (μέσα στα οποία συμπεριλαμβάνονται και τα ραδιοκύματα, στις συχνότητες 3 kHz ως 300 GHz) λόγω των υψηλών θερμοκρασιών τους ή των μαγνητικών τους πεδίων. Τα ραδιοτηλεσκόπια είναι ικανά να εντοπίσουν και να συλλέξουν αυτές τις ραδιοεκπομπές, ακόμα και αν είναι αρκετά ασθενείς.

Τα πρώτα ραδιοτηλεσκόπια:

Το 1932, o Karl Guthe Jansky εργάζεται στην εταιρεία Bell Telephone Laboratories, από την οποία του αναθέτουν να εντοπίσει πηγές παρασίτων (static) που δημιουργούν παρεμβολές στη ραδιοτηλεφωνία. Ο Jansky εφευρίσκει τότε την “Jansky’s antenna” ή αλλιώς “Jansky’s merry-go-round” (Το καρουζέλ του Jansky) όπως ονομάστηκε. Η κεραία αυτή ήταν ουσιαστικά μία διάταξη διπόλων και ανακλαστών, πάνω σε ένα στρεφόμενο δίσκο, η οποία μπορούσε να στριφογυρνάει και να δέχεται ραδιοσήματα στις συχνότητες των 20.5 MHz. Η διάταξη είχε συνολική διάμετρο περίπου 30 μέτρα και ύψος 6 μέτρα. Με την περιστροφή της κεραίας, ο Jansky μπορούσε να καταγράψει διάφορα σήματα και μετά από πολλούς μήνες παρατηρήσεων, κατάφερε να κατηγοριοποιήσει τις παρεμβολές αυτές στις κατηγορίες των κοντινών και μακρινών καιρικών φαινομένων, και των «σφυριγμάτων» άγνωστης προέλευσης. Τα «σφυρίγματα» αυτά είχαν περίοδο κοντά στις 24 ώρες, και έτσι ο Jansky υποψιάστηκε οτι προέρχονται από κάποιο αστρικό σώμα το οποίο επιστρέφει στην ίδια θέση στον ουρανό. Μετά από σύγκριση με άλλες αστρονομικές παρατηρήσεις, κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα ραδιοσήματα προέρχονταν από το κέντρο του γαλαξία μας, κοντά στον αστερισμό του Τοξότη. Με αυτό τον τρόπο, o δημιουργήθηκε «κατά λάθος» το πρώτο ραδιοτηλεσκόπιο.

Πέντε χρόνια μετά, το 1937, ο Grote Reber χτίζει στην αυλή του σπιτιού του στο Illinois το πρώτο ραδιοτηλεσκόπιο με παραβολική κεραία, διαμέτρου 9.4 μέτρων. Η αναπτυσσόμενη τεχνολογία των ραντάρ κατά τον Β’ Παγκόσμιο Πόλεμο χρησιμοποιήθηκε επίσης στην αστρονομία.

Πως λειτουργούν;

Τα ραδιοτηλεσκόπια αποτελούνται από τα εξής μέρη:

Πιάτο: Παραβολικό δορυφορικό πιάτο, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται στις κεραίες της τηλεόρασης, αλλά πολύ μεγαλύτερο. Σε αυτό συλλέγονται τα ραδιοκύματα και εστιάζονται σε ένα σημείο (εστιακό σημείο).

Εικόνα 2: Το 64-μέτρο ραδιοτηλεσκόπιο στο Αστεροσκοπείο Parkes, όπως ήταν το 1969. Ανακτήθηκε από Wikimedia Commons.

Δέκτης & ενισχυτής: Στο εστιακό σημείο, ο δέκτης συλλέγει τα ασθενή σήματα και ο ενισχυτής τα ενισχύει. Επιπλέον, οι υψηλές συχνότητες μετατρέπονται σε χαμηλότερες για ευκολότερη ανάλυση.

Εικόνα 3: Διάγραμμα ενός ραδιοτηλεσκοπίου που δείχνει την παραβολική κεραία, τον ενισχυτή και τον καταγραφέα υπολογιστή, αποτυπώνοντας τη διαδικασία λήψης και επεξεργασίας σημάτων. Ανακτήθηκε από τις σημειώσεις διαλέξεων του Πανεπιστημίου του Cincinnati.

Σύστημα επεξεργασίας σημάτων: Το σύστημα αυτό διαχωρίζει τα επιθυμητά σήματα από τις ανεπιθύμητες συχνότητες, και έπειτα τα αναλογικά σήματα μετατρέπονται σε ψηφιακά για την ευκολότερη ανάλυση.

Υπολογιστής: Τα ψηφιακά σήματα μετατρέπονται σε δεδομένα τα οποία αναλύονται και αποθηκεύονται.

Μηχανισμός κίνησης: Κάθε ραδιοτηλεσκόπιο μπορεί να κινείται ώστε να είναι στραμμένο σε οποιαδήποτε επιθυμητή κατεύθυνση, ωστε να συλλέγει πλήθος δεδομένων, ή να ακολουθεί κινούμενα σώματα στο διάστημα.

Αίθουσα ελέγχου: Δωμάτιο στο οποίο οι επιστήμονες χειρίζονται το τηλεσκόπιο και αναλύουν τα συλλεγμένα δεδομένα.

Ραδιοτηλεσκόπια VS Οπτικά τηλεσκόπια

Τα ραδιοτηλεσκόπια έχουν διάφορα πλεονεκτήματα έναντι των συμβατικών τηλεσκοπίων:

Παρατήρηση 24 ώρες:
Αρχικά, είναι ικανά να παρατηρούν τόσο τη νύχτα όσο και τη μέρα, σε αντίθεση με τα οπτικά τηλεσκόπια, στα οποία οι παρατηρήσεις περιορίζονται στις βραδινές ώρες.

Ανεπηρέαστα από τον καιρό:
Οι παρατηρήσεις των οπτικών τηλεσκοπίων επηρεάζονται από τις καιρικές συνθήκες όπως σύννεφα, βροχές κ.λπ., ενώ τα ραδιοτηλεσκόπια μπορούν να «δουν» μέσα από αυτά τα καιρικά φαινόμενα.

«Αόρατα» αντικείμενα:
Τα ραδιοτηλεσκόπια μπορούν να συλλέξουν πληροφορίες για αντικείμενα στο σύμπαν τα οποία τα οπτικά τηλεσκόπια δεν μπορούν να εντοπίσουν, όπως για παράδειγμα αντικείμενα κρυμμένα πίσω από αστρική σκόνη, νεφελώματα, άλλα σώματα κ.ά.

Συντακτική επιμέλεια: Κωνσταντίνος Καραθάνας
Επιστημονική επιμέλεια: Κωνσταντίνος Καραθάνας
Μετάφραση: Κωνσταντίνος Καραθάνας

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ