Wie Radiowellen uns helfen, das Universum zu verstehen

Menschen nehmen das Universum mit sichtbarem Licht wahr, das wir mit unseren Augen sehen können. Der Kosmos bietet jedoch mehr als das, was wir mit dem sichtbaren Licht sehen, das von Sternen, Planeten, Nebeln und Galaxien ausgeht. Diese Objekte und Ereignisse im Universum geben auch andere Formen von Strahlung ab, einschließlich Funkemissionen. Diese natürlichen Signale füllen einen wichtigen Teil des Kosmos darüber aus, wie und warum sich Objekte im Universum so verhalten, wie sie es tun.

Radiowellen sind elektromagnetische Wellen (Licht), aber wir können sie nicht sehen. Sie haben Wellenlängen zwischen 1 Millimeter (ein Tausendstel Meter) und 100 Kilometern (ein Kilometer entspricht tausend Metern). In Bezug auf die Frequenz entspricht dies 300 Gigahertz (ein Gigahertz entspricht einer Milliarde Hertz) und 3 Kilohertz. Ein Hertz (abgekürzt als Hz) ist eine häufig verwendete Einheit zur Frequenzmessung. Ein Hertz entspricht einem Frequenzzyklus. Ein 1-Hz-Signal ist also ein Zyklus pro Sekunde. Die meisten kosmischen Objekte senden Signale mit Hunderten bis Milliarden Zyklen pro Sekunde aus.

Menschen verwechseln oft "Radio" -Emissionen mit etwas, das Menschen hören können. Das liegt hauptsächlich daran, dass wir Radios für Kommunikation und Unterhaltung verwenden. Menschen "hören" jedoch keine Radiofrequenzen von kosmischen Objekten. Unsere Ohren können Frequenzen von 20 Hz bis 16.000 Hz (16 kHz) erfassen. Die meisten kosmischen Objekte emittieren mit Megahertz-Frequenzen, die viel höher sind, als das Ohr hört. Aus diesem Grund wird oft angenommen, dass die Radioastronomie (zusammen mit Röntgen, Ultraviolett und Infrarot) ein "unsichtbares" Universum offenbart, das wir weder sehen noch hören können.

Radiowellen werden normalerweise von energetischen Objekten und Aktivitäten im Universum ausgesendet. Das Sonne ist die nächstgelegene Quelle für Funkemissionen jenseits der Erde. Jupiter sendet ebenso Radiowellen aus wie Ereignisse am Saturn.

Eine der stärksten Quellen für Funkemissionen außerhalb des Sonnensystems und jenseits der Milchstraße stammt von aktive Galaxien (AGN). Diese dynamischen Objekte werden von angetrieben supermassive Schwarze Löcher an ihren Kernen. Zusätzlich erzeugen diese Schwarzlochmotoren massive Materialstrahlen, die bei Funkemissionen hell leuchten. Diese können oft die gesamte Galaxie in Radiofrequenzen überstrahlen.

Pulsareoder rotierende Neutronensterne sind ebenfalls starke Quellen für Radiowellen. Diese starken, kompakten Objekte entstehen, wenn massive Sterne als sterben Supernovae. Sie sind nach Schwarzen Löchern in Bezug auf die ultimative Dichte an zweiter Stelle. Mit starken Magnetfeldern und schnellen Rotationsraten emittieren diese Objekte ein breites Spektrum von Strahlungund sie sind im Radio besonders "hell". Wie supermassereiche Schwarze Löcher entstehen leistungsstarke Radiostrahlen, die von den Magnetpolen oder dem sich drehenden Neutronenstern ausgehen.

Viele Pulsare werden wegen ihrer starken Funkemission als "Funkpulsare" bezeichnet. In der Tat Daten aus dem Fermi Gammastrahlen-Weltraumteleskop zeigten Hinweise auf eine neue Generation von Pulsaren, die in Gammastrahlen anstelle des häufigeren Radios am stärksten erscheint. Der Prozess ihrer Entstehung bleibt der gleiche, aber ihre Emissionen sagen mehr über die Energie aus, die in jedem Objekttyp enthalten ist.

Supernova-Überreste selbst können besonders starke Strahler sein. Der Krebsnebel ist berühmt für seine Funksignale, die alarmierte Astronomin Jocelyn Bell zu seiner Existenz.

Radioastronomie ist die Untersuchung von Objekten und Prozessen im Weltraum, die Radiofrequenzen aussenden. Jede bisher entdeckte Quelle ist eine natürlich vorkommende. Die Emissionen werden hier auf der Erde von Radioteleskopen aufgenommen. Dies sind große Instrumente, da der Detektorbereich größer sein muss als die nachweisbaren Wellenlängen. Da Radiowellen größer als ein Meter sein können (manchmal viel größer), sind die Bereiche normalerweise größer als mehrere Meter (manchmal 30 Fuß breit oder mehr). Einige Wellenlängen können so groß wie ein Berg sein, und so haben Astronomen erweiterte Arrays von Radioteleskopen gebaut.

Je größer die Sammelfläche im Vergleich zur Wellengröße ist, desto besser ist die Winkelauflösung eines Radioteleskops. (Die Winkelauflösung ist ein Maß dafür, wie nahe zwei kleine Objekte sein können, bevor sie nicht mehr zu unterscheiden sind.)

Da Radiowellen sehr lange Wellenlängen haben können, müssen Standard-Radioteleskope sehr groß sein, um jede Art von Präzision zu erzielen. Da der Bau von Radioteleskopen in Stadiongröße jedoch unerschwinglich sein kann (insbesondere, wenn Sie dies wünschen) Um überhaupt eine Lenkfähigkeit zu haben, ist eine andere Technik erforderlich, um das gewünschte Ergebnis zu erzielen Ergebnisse.

Die Mitte der 1940er Jahre entwickelte Radiointerferometrie zielt darauf ab, die Winkelauflösung zu erreichen, die ohne Kosten von unglaublich großen Schalen ausgehen würde. Astronomen erreichen dies, indem sie mehrere Detektoren parallel zueinander verwenden. Jeder studiert das gleiche Objekt zur gleichen Zeit wie die anderen.

Zusammen arbeiten diese Teleskope effektiv wie ein einziges Riesenteleskop von der Größe der gesamten Gruppe von Detektoren zusammen. Zum Beispiel hat das Very Large Baseline Array Detektoren, die 8.000 Meilen voneinander entfernt sind. Idealerweise würde eine Anordnung vieler Radioteleskope in unterschiedlichen Abständen zusammenarbeiten, um die effektive Größe des Sammelbereichs zu optimieren und die Auflösung des Instruments zu verbessern.

Mit der Schaffung fortschrittlicher Kommunikations- und Timing-Technologien ist es möglich geworden, Teleskope zu verwenden, die existieren in großer Entfernung voneinander (von verschiedenen Punkten rund um den Globus und sogar in der Umlaufbahn um die Erde). Diese als Very Long Baseline Interferometry (VLBI) bekannte Technik verbessert die Fähigkeiten einzelner Radioteleskope und ermöglicht es Forschern, einige der dynamischsten zu untersuchen Objekte in der Universum.

Das Radiowellenband überlappt auch mit dem Mikrowellenband (1 Millimeter bis 1 Meter). In der Tat, was allgemein genannt wird Radioastronomieist wirklich Mikrowellenastronomie, obwohl einige Funkinstrumente Wellenlängen weit über 1 Meter erfassen.

Dies ist eine Quelle der Verwirrung, da in einigen Veröffentlichungen die Mikrowellen- und Radiobänder getrennt aufgeführt werden. während andere einfach den Begriff "Radio" verwenden, um sowohl das klassische Radioband als auch die Mikrowelle einzuschließen Band.

Bearbeitet und aktualisiert von Carolyn Collins Petersen.