„Koliko bi nam značila sveća, ako ne bi bilo tame? Kakva bi bila snaga zvezde nad našim umovima, ako ne bi bilo noći?“ ― C. Joybell

Kakva je vrednost svetlosti ako nema tame? Da li je isto zapaliti sveću u sobi punoj tame ili zapaliti je u sobi punoj svelosti? Naravno da nije isto. Kada sam bio dete, čitao sam pesmu u kojoj svetlost govori tami „Tako si mračna“. Tama joj odgovara „Zbog toga si ti toliko sjajna “. To je bilo malo književnosti, ali to danas nije tema. Kada pogledamo noćno nebo vidimo malo svetlosti i više tame. Šta se krije iza mraka? Da li postoji neka misterija ili je iza samo prazna?

Do kraja 19. veka bili smo zauzeti time da saznamo što više o vidljivoj svetlosti. Mislili smo da je to sve što možemo saznati i istražiti. Međutim, iznenađenje je bilo ogromno kada se otkrilo da postoji opseg svetlosti koji uopšte ne možemo videti. Ipak, do implikacija o ovom rasponu svetlosti nije došlo u astronomiji čak ni kasnije, bar 50 do 60 godina. Danas ću pričati o opsegu svetlosti koju naše oči ne mogu videti. Ovo polje rešava mnogo zagonetki na koje nismo mogli odgovoriti, a dugo nismo znali ni da postoji.

img credit:ESO, public domain

Neočekivano otkriće

Henrih Herc bio je nemački fizičar. U tamnoj predavačkoj sali Tehničkog koledža u Karlsueu pokušavao je pokazati svojoj supruzi Elizabet instrumente postavljene za eksperiment. Eksperiment je trebao da pokaže šta se dešava kada električna struja prolazi kroz otvoreno kolo (to jest, krug sa prazninom u sebi).

Kada joj je objasnio šta treba da se desi i kada je uključio generator, primetio je nešto neobično. Ono što su on i njegova supruga primetili bila je simultana iskra u instrumentu, što nije bilo u potpunosti povezano sa eksperimentom. Tako je slučajno otkrio radio-talase i prijemnik.

img credit:Wikimedia By DMGualtieriCC BY-SA 3.0

Ali u tom trenutku nije znao zašto se to dogodilo. Pokušao je da podesi eksperiment da bi saznao odgovor. Pitao se zašto se to stalno dešava.

Bio je u stanju da pokaže da je nevidljivi oblik zračenja, koji je nazvao električnim talasima, nosio energiju kroz interventni prostor. Mi te talase danas poznajemo kao radio-talase.

Šta su to radio-talasi? Oni su slični kao vodeni talasi u rekama. U pitanju je takođe sinusoidni talas, ali sa većom talasnom dužinom u spektru. Može biti od nekoliko cm do kilometra, čak i više.

img credit:Wikimedia By InductiveloadCC BY-SA 3.0

U njegovu čast jedinicu frekvencije EM talasa nazivamo Hz (Hertz). Kroz ovo otkriće on je bio u stanju da objasni da su električni talasi fenomen kao svetlosni talasi i otkrio je da imaju istu brzinu kao i svetlost. Kroz ovo fenomenalno otkriće on je dokazao da je svetlost elektromagnetni talas, što je Makvell pretpostavljao još ranije.

Nova nauka je rođena

Ubrzo nakon ovog otkrića, radio-talasi su počeli da se koriste u telekomunikacijama. Tokom 1920. godine bilo je tako skupo da razgovarate preko telefona nekoliko minuta. I uvek je bilo problema u vezi zbog električnih interferencija. U početku je sistem radio na ekstremno niskoj frekvenciji od oko 60 kHz. Nakon ovog otkrića došlo je do promene u frekvencijskom opsegu od 10 do 20 MHz. Međutim, problem povezivanja je ostao.

Svi su čuli ime Bell Laboratorije. Mladi inženjer Karl Janski radio je za ovu instituciju. On je bio zadužen da istražuje šta se dešava, ali i da sazna izvor ovih električnih interferencija. Izradio je rotirajuću antenu da izvrši istragu. Radio je na 20.5 MHz. Otkrio je da su izvori lokalna i udaljena grmljavinai i još jedan nepoznate prirode.

img credit:Flickr, Public domain

Ubrzo nakon ovog otkrića objavio je studiju u kojoj je objasnio da je nepoznati radio-izvor bio vanzemaljskog porekla (Electrical Disturbances Apparently of Extraterrestrial Origin). Tako je rođena radio-astronomija.

Šta je radio-astronomija

Kada krenete u nevidljivi svemir radio-astronomije, objašnjenje nekih možda nepoznatih pojmova pomoći će vam na tom putovanju.“ ― Gerrith Verschuur

Koja je svrha radio-astronomije? Njena svrha jeste da proučava radio-talase koji dolaze iz svemira. Većina objekata u svemiru emituje radio-talase. Ako ih možemo detektovati, možemo saznati o njihovom poreklu i količini energije koju emituju. U ovakve vrste predmeta spadaju različite zvezde, nebule, galaksije i mnogobrojni i misteriozni objekti, kao što su pulsari, kvazari itd. Talasi koje detektujemo emituju se u različitim mehanizmima. Da bi ih otkrili, astronomi koriste određene vrste teleskopa. Najčešći su reflektori tipa metalnih antena.

Kako nastaju radio-talasi?

Radio-talasi nastaju u dubokom prostoru različitim mehanizmima zavisno od fizičkog stanja predmeta koji ih emituju. Skoro čitav proces uključuje kretanje elektrona. Na primer, kada elektron prolazi u blizini jona, on menja svoju brzinu, što uzrokuje gubitak njegove energije, koja može zračiti u vidu radio-talasa. Obično postoje dve vrste zračenja: 1. Termalne 2. Ne-thermalne.

Termalne zračenje se zasniva na temperaturi objekta koji emituju radio-talase. Ova vrsta zračenja uglavnom dominira radio-talasima sa kraćim talasnim dužinama. Obično je proces termalne zračenje crnog tela.

Šta je to zračenje crnog tela? Pa, pomislimo na objekat koji upija sve vrste zračenja u sebe i pri tom ne odražava niti prenosi zračenje. To je savršen apsorber i savršeni emiter na svim talasnim dužinama.

img credit:Wikimedia By SchCC BY-SA 3.0

Netermalne zračenje nije zasnovano na temperaturi koja dominira u radio-talasima sa dužim talasnim dužinama. Primer može biti sinhrotronsko zračenje. Sindronsko zračenje je zračenje emitovano od relativističke naelektrisane čestice u magnetnom polju. Dakle, elektroni osećaju ubrzanje perpendikularno u odnosu na njihovu brzinu. Znamo da ubrzana čestica zrači. Ovo zračenje je potpuno netermalno po kvalitetu. Mnogo kosmičkih izvora zrači na ovaj način. Put elektrona je helikoidan. Radijus svakog kruga se zove Larmorov radijus, a snag zračenja koju daje Larmorova formula zavisi od akceleracije čestice. Detektovanjem zračenja možemo da saznamo jačinu magnetskog polja izvora.

img credit:Wikimedia By Yuri Tungsten - trabalho derivado de R. BartoliniCC BY-SA 3.0

Detektovanje radio talasa

Sada je pitanje kako otkrivamo radio talase? Možemo ih otkriti sa Zemlje zbog toga što atomi i molekuli u atmosferi Zemlje ne apsorbuju radio-talase. 20 procenata vidljivog svetla apsorbuje Zemljina atmosfera, dok se x i gama zraci potpuno apsorbuju. Dakle, teleskop za kratku talasnu dužinu mora biti iznad Zemljine atmosfere. Ali radio-teleskop se može napraviti jedino na Zemlji. Opseg talasne dužine za koju je Zemljina atmosfera transparentna naziva se radio-prozor.

img credit:Wikimedia, public

Radio-teleskop

U optičkom teleskopu koristimo optičko sočivo ili ogledalo da sakupimo svetlost, a zatim ga šaljemo kroz više sočiva kako bi ga doveli u fokus fotografske ploče ili detektora koji treba pretvoriti u električne signale.

Sa radio-teleskopom je skoro isto. Razlika je u staklenim ogledalima. Ovde koristimo metalnu površinu koja reflektuje radio-talase. Tada se radio talasi prikupljaju na maloj anteni koja se obično naziva napajanje. Dizajnirana je tako da upije koliko je god moguće više radio-energije. Onda se prikupljeni radio-talasi pretvaraju u električni napon u pojačavaču. Ovo se zove Front End prijemnika. Zatim se ovaj električni napon šalje u kontrolnu sobu, gde se signal pojačava milion puta pre nego što se procesira na računaru kako bi se prikazao na takav način da ga astronomi mogu razumeti.

img credit:Flickr By Siyavula EducationCC BY-SA 2.0

Jedna jednoručna radio antena prikuplja radio-energiju iz malih oblasti na nebu u bilo kom trenutku. To se naziva snop. Ovo definiše rezoluciju teleskopa. Rezolucija zavisi od frekvencije i prečnika radijskog teleskopa. Što je veći prečnik, bolja je rezolucija.

Da bismo objekat videli bolje, potrebna nam je bolja rezolucija. Rekao sam ranije da je rezolucija bolja što je prečnik veći. Ipak, postoji ograničenje u tome koliko veliki teleskop možemo da napravimo. Zato su astronomi smislili alternativu. Umesto jedne velike antene, ako dodamo više antena nakon određene udaljenosti i usredsredimo ih na određeni izvor, one mogu raditi kao jedna veća antena. Ovaj metod će dati bolju rezoluciju, koja će zavisiti od udaljenosti između njih. Mi prikupljamo podatke i zatim ih šaljemo na centralni računar radi daljeg procesa. Ova tehnika se zove radio interferometrija. Primer je VLA (vrlo veliki niz) u Novom Meksiku i ALMA u Čileu.

Zaključak

Obično kažemo da je znanje moć. Što više znamo o univerzumu, to više znamo o sebi. Otkriće radio-talasa i proces njihovog otkrivanja i korišćenja omogućio je da saznamo mnogo toga o potpuno nepoznatim objektima, kao što su pulsari i kvazari. Možemo razgovarati sa prijateljima ili porodicom sa veoma udaljenih lokacija i imamo još mnogo drugih privilegija. Teško je zamisliti kako bi naš život izgledao da do ovog otkrića nije došlo.

Literature

[1] Kristen Rolfs , Tools of Radio astronomy

[2]Gerrith Verschuur, The Invisible Universe

[3]Olga Atanackovic, Opsta Astrofizika

[4] Dejan Urosevic, Theoriske osnovne Radio Astronomija