Jak działa radioteleskop i jak pomaga poznawać Wszechświat? Co już odkryto dzięki radioteleskopom?

W tym artykule:

1. Radioteleskop – początki obserwacji
2. Co obserwuje radioteleskop?
3. Radioteleskop – budowa
4. Radioteleskop Arecibo
5. Radioteleskop FAST
6. Radioteleskop kosmiczny

Początki radioastronomii wiążą z inżynierem i pracownikiem amerykańskiej firmy telekomunikacyjnej Bell Telephone Laboratories. Otrzymał on zadanie wyśledzenia i zidentyfikowania różnych form zakłóceń, które nękały ówczesną komunikację telefoniczną. Inżynier skonstruował w tym celu liniową, kierunkową antenę, dzięki której był w stanie zidentyfikować wszystkie źródła zakłóceń z wyjątkiem jednego. Po miesiącach badań odkrył, że źródło niezidentyfikowanych zakłóceń radiowych pochodzi z gwiazd. A dokładnie z gwiazdozbioru Strzelca, który astronomowie Harlow Shapley i Jan Oort ustalili jako kierunek centrum Drogi Mlecznej.

Tak wygląda supermasywna czarna dziura w centrum naszej Galaktyki. Czy to ważne odkrycie? Astronomowie są podzieleni

Teleskop Horyzontu Zdarzeń to międzynarodowy program naukowy, którego zadaniem jest obserwacja przestrzeni kosmicznej znajdującej się w bezpośredniej bliskości czarnej dziury. Związani z ni...

Był rok 1931, a inżynierem tym był Karl Jansky, do dziś uznawany za ojca radioastronomii. Jansky opublikował swoje odkrycia pod koniec 1932 roku, ale nie kontynuował prac. To zadanie przypadło innemu amerykańskiemu inżynierowi i astronomowi – amatorowi, Grote’owi Reberowi. Sam odkrywca został uwieczniony w nazwie jednostki siły emisji fal radiowych – jansky (Jy).

Radioteleskop – początki obserwacji

Dynamiczny rozwój badań radioastronomicznych nastąpił po zakończeniu drugiej wojny światowej. Miało to związek z rozwojem technik radiowych wykorzystywanych przez wojsko. Radioastronomia szybko rozwinęła się głównie w Wielkiej Brytanii, będącej ojczyzną radaru. Ośrodkami wiodącymi były wówczas:

• Mullard Radio Astronomy Observatory Uniwersytetu w Cambridge, kierowane przez prof. Martina Ryle’a;
• Nuffield Radio Astronomy Laboratories Uniwersytetu Manchester, prowadzone przez Prof. Bernarda Lovella.

Do grona wiodących grup dołączyli naukowcy Uniwersytetu Sydney w Australii. A później Holendrzy, Amerykanie i wreszcie reszta świata.

Co obserwuje radioteleskop?

Trzeba zaznaczyć, że obiekty niebieskie emitują nie tylko promieniowanie w zakresie widzialnym i cieplne, czyli podczerwień. W grę wchodzą również inne zakresy promieniowania elektromagnetycznego, w tym fale radiowe. Gwiazdy, pulsary, kwazary, czarne dziury, a nawet całe galaktyki są potężnymi źródłami fal radiowych. A my wiemy, jak odczytać ich przekaz. Dzięki radioteleskopom jesteśmy w stanie dokonać detekcji tych fal i uzyskać informacje o wspomnianych obiektach.

Czy zagadka tajemniczego sygnału z kosmosu została wreszcie rozwiązana?

Tak zwany sygnał „Wow!” został wykryty 15 sierpnia 1977 roku w obserwatorium radioastronomicznym  Big Ear w Ohio, podczas poszukiwań oznak pozaziemskiej inteligencji. 72-sekundowy sygnał b...

Teleskopy optyczne zbierają promieniowanie widzialne, następnie skupiają je, wzmacniają i przekazują do analizy za pomocą różnych instrumentów. W podobny sposób radioteleskopy zbierają słabe fale radiowe.

Radioteleskopy pozwalają na rejestrowanie fal elektromagnetycznych w zakresie radiowym o długościach od milimetrów do nawet kilkunastu metrów. Dla porównania, fale promieniowania widzialnego, czyli światła, mają tylko kilkaset nanometrów długości. Mówiąc o falach radiowych w kontekście technik radioastronomicznych, mówimy zazwyczaj o ich częstotliwościach. Tu zasada jest oczywista dla całego widma fal elektromagnetycznych. Częstotliwość pomnożona przez długość fali zawsze daje w wyniku prędkość światła.

Najbardziej optymalny do prowadzenia obserwacji naziemnych zakres fal mieści się w przedziale fal metrowych, centymetrowych i milimetrowych. Dłuższe fale odbijane są przez warstwy jonosfery. Krótsze są absorbowane przez tlen i parę wodną w atmosferze ziemskiej. Cechy atmosfery ziemskiej sprzyjają prowadzeniu obserwacji radioastronomicznych niezależnie od oświetlenia słonecznego czy warunków meteorologicznych. Obserwacje na falach najkrótszych, sąsiadujących z pasmami dalekiej podczerwieni, prowadzone są z naziemnych obserwatoriów wysokogórskich.

Czy dziwne sygnały pochodzące z kosmosu zarejestrowane na Antarktydzie są dowodem na istnienie równoległego wszechświata?

Dziwne sygnały na biegunie południowym do tej pory wymykały się jakimkolwiek przekonującym wyjaśnieniom.

Co ważne, naturalnie występujące fale radiowe są bardzo słabe. Sygnał telefonu komórkowego jest bilion razy silniejszy niż fale kosmiczne wykrywane przez nasze radioteleskopy.

Radioteleskop – budowa

Każdy radioteleskop składa się z trzech głównych części. Niezależnie od tego, czy mówimy o 27 antenach potężnego radioteleskopu Very Large Array w Nowym Meksyku, czy o wspomnianych już Arecibo i LOFAR. Oto te części:

• anteny lub zespoły anten do zbierania fal radiowych. Większość radioteleskopów posiada zwierciadła paraboliczne. To wklęsłe czasze, które odbijają fale radiowe do systemu odbiorczego. Robią to w taki sam sposób, w jaki zakrzywione lustro może skupić światło widzialne do punktu zwanego ogniskiem. W ognisku radioteleskopu umieszczona jest antena, gdzie skupia się cala energia zbieranych fal radiowych;
• system wzmacniaczy słabego sygnału radiowego. Warto podkreślić, że w antenie fala radiowa powoduje powstawanie bardzo słabego prądu. To właśnie ten sygnał jest kierowany do analizy. Obecnie wzmacniacze są niezwykle czułe. Zwykle są schładzane do bardzo niskich temperatur, aby zminimalizować zakłócenia spowodowane szumem generowanym przez ruch atomów w metalu;
• rejestrator sygnału.

Radioteleskop Arecibo

Z historycznego punktu widzenia najbardziej zasłużonym radioteleskopem jest Obserwatorium Arecibo w Portoryko z jego ogromną, mierzącą 305 metrów czaszą. Od 1963 do 2016 roku był to radioteleskop o największej pojedynczej czaszy na świecie. Ta zbudowana z niemal 40 tys. aluminiowych paneli konstrukcja nie była mobilna. Nie można było jej przestawiać. Zamiast czaszy, przesuwano sam odbiornik zawieszony na 900-tonowej konstrukcji.

Do najważniejszych odkryć dokonanych dzięki Arecibo można zaliczyć:

• odkrycie okresowych impulsów radiowych z Mgławicy Kraba, co dało pierwszy dowód istnienia gwiazd neutronowych;
• odkrycie przez astronomów Hulsea i Taylora pierwszego podwójnego układ pulsarów. Było to obserwacyjnym potwierdzeniem poprawności teorii względności. Za to odkrycie naukowcy zostali wyróżnieni Nagrodą Nobla z fizyki;
• odkrycie egzoplanet, czyli planet pozaziemskich. W 1990 roku dokonał tego polski astronom Aleksander Wolszczan. Samą informację o odkryciu ogłoszono w styczniu 1992 r.

Arecibo zostało zamknięte w listopadzie 2020 roku. Miesiąc później konstrukcja się zawaliła.

Radioteleskop FAST

W tej chwili największym naziemnym radioteleskopem jest FAST. To mierzący 500 metrów średnicy radioteleskop mieszczący się w chińskiej prowincji Kuejczou. FAST bada skupiska neutralnego wodoru w naszej i w innych galaktykach, pulsary, pomaga badać molekuły w przestrzeni międzygwiezdnej, poszukuje gwiazd zmiennych. A także, w ramach programu SETI, poszukuje sygnałów życia pozaziemskiego. Uznaje się, że będzie w stanie wykryć transmisje sygnałów obcych cywilizacji z odległości ponad 1000 lat świetlnych.

Radioteleskop kosmiczny

Ale radioteleskopy działają nie tylko na Ziemi, lecz również w kosmosie. W 2021 roku NASA ogłosiła, że zamierza zbudować własny ogromny radioteleskop na Księżycu. Podobne plany ma Europejska Agencja Kosmiczna. Bo dzięki wyniesieniu radioteleskopu poza granice ziemskiej atmosfery, która zakłóca odbiór sygnału, sięgniemy jeszcze dalej w czasie i w przestrzeni.

Nasz ekspert

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Związana z magazynami portali Gazeta.pl oraz Wp.pl. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.