Koinotni ochib berish: Radioastronomiyaga oid to'liq qo'llanma

Asrlar davomida insonlar koinotni tushunish uchun asosan ko'rinadigan yorug'likdan foydalanib, tungi osmonga tikilib kelishgan. Biroq, ko'rinadigan yorug'lik elektromagnit spektrning faqat kichik bir qismidir. Inqilobiy soha bo'lgan radioastronomiya bizga koinotni radiotoʻlqinlarda 'ko'rish' imkonini beradi, yashirin hodisalarni ochib beradi va kosmik ob'ektlar va jarayonlarga noyob nuqtai nazarni taqdim etadi.

Radioastronomiya nima?

Radioastronomiya — osmon jismlarini ular chiqaradigan radiotoʻlqinlarni kuzatish orqali oʻrganadigan astronomiya boʻlimi. Elektromagnit spektrning bir qismi bo'lgan bu radiotoʻlqinlar ko'rinadigan yorug'likdan uzunroq bo'lib, ko'rinadigan yorug'likni to'sib qo'yadigan chang bulutlari va boshqa to'siqlardan o'ta oladi. Bu radioastronomlarga koinotning aks holda ko'rinmas bo'lgan hududlarini kuzatish imkonini beradi va yashirin olamga deraza ochadi.

Radioastronomiyaning tarixi

Radioastronomiya tarixi 1930-yillarda Bell Telephone Laboratories'da ishlagan amerikalik muhandis Karl Yanskiy bilan boshlanadi. Yanskiy transatlantik aloqalarni buzayotgan radio shovqin manbasini o'rganayotgan edi. 1932-yilda u ushbu shovqinning muhim manbai kosmosdan, xususan, bizning galaktikamiz — Somon yo'li markazidan kelayotganini aniqladi. Bu tasodifiy kashfiyot radioastronomiyaning tug'ilishini belgilab berdi. Havaskor radio operatori Grote Reber 1937-yilda AQShning Illinoys shtatidagi o'z hovlisida birinchi maxsus radioteleskopni qurdi. U radio osmonida keng ko'lamli tadqiqotlar olib borib, Somon yo'li va boshqa osmon manbalaridan kelayotgan radio nurlanishining tarqalishini xaritalashtirdi.

Ikkinchi jahon urushidan soʻng radioastronomiya radar va elektronikadagi texnologik yutuqlar tufayli jadal rivojlandi. Buyuk Britaniyaning Kembrij universiteti olimlari Martin Rayl va Entoni Xyuish kabi taniqli kashshoflar mos ravishda apertura sintezi texnikasini (keyinroq muhokama qilinadi) ishlab chiqishdi va pulsarlarni kashf etishdi. Ularning ishi 1974-yilda fizika boʻyicha Nobel mukofotiga sazovor boʻldi. Radioastronomiya butun dunyo bo'ylab tobora kattaroq va murakkabroq radioteleskoplarning qurilishi bilan rivojlanishda davom etdi, bu esa ko'plab inqilobiy kashfiyotlarga olib keldi.

Elektromagnit spektr va radiotoʻlqinlar

Elektromagnit spektr barcha turdagi elektromagnit nurlanishlarni, jumladan, radiotoʻlqinlar, mikrotoʻlqinlar, infraqizil nurlanish, koʻrinadigan yorugʻlik, ultrabinafsha nurlanish, rentgen nurlari va gamma nurlarini oʻz ichiga oladi. Radiotoʻlqinlar spektrdagi eng uzun to'lqin uzunligiga va eng past chastotalarga ega. Astronomiyada qo'llaniladigan radio spektr odatda bir necha millimetrdan o'nlab metrgacha bo'lgan to'lqin uzunligini (bir necha GGs dan bir necha MGs gacha bo'lgan chastotalarga to'g'ri keladi) o'z ichiga oladi. Turli chastotalar kosmik ob'ektlarning turli jihatlarini ochib beradi. Masalan, past chastotalar Somon yo'lidagi tarqoq ionlashgan gazni o'rganish uchun ishlatiladi, yuqoriroq chastotalar esa molekulyar bulutlar va kosmik mikroto'lqinli fonni o'rganish uchun ishlatiladi.

Nima uchun radiotoʻlqinlardan foydalaniladi? Radioastronomiyaning afzalliklari

Radioastronomiya an'anaviy optik astronomiyaga nisbatan bir qator afzalliklarga ega:

Chang va gazdan oʻtish qobiliyati: Radiotoʻlqinlar kosmosdagi ko'rinadigan yorug'likni to'sib qo'yadigan zich chang va gaz bulutlaridan o'ta oladi. Bu radioastronomlarga koinotning galaktikamiz markazi va yulduzlar paydo bo'lish hududlari kabi yashirin qismlarini o'rganish imkonini beradi.
Kunduzi va kechasi kuzatish: Radiotoʻlqinlarni kunduzi ham, kechasi ham kuzatish mumkin, chunki ularga quyosh nuri ta'sir qilmaydi. Bu osmon jismlarini uzluksiz kuzatish imkonini beradi.
Noyob ma'lumotlar: Radiotoʻlqinlar ko'rinadigan yorug'likdan farqli jismoniy jarayonlarni ochib beradi. Masalan, radiotoʻlqinlar magnit maydonlarida spiral harakatlanayotgan energetik zarrachalar (sinxrotron nurlanish) va yulduzlararo fazodagi molekulalar tomonidan chiqariladi.
Kosmologik tadqiqotlar: Radiotoʻlqinlar, xususan, kosmik mikrotoʻlqinli fon, ilk koinot va uning evolyutsiyasi haqida muhim ma'lumotlarni taqdim etadi.

Radioastronomiyadagi asosiy tushunchalar

Radioastronomiya tamoyillarini tushunish bir nechta asosiy tushunchalar bilan tanishishni talab qiladi:

Mutlaq qora jism nurlanishi: Qizigan jismlar spektr bo'ylab elektromagnit nurlanish chiqaradi, bunda eng yuqori to'lqin uzunligi ularning harorati bilan belgilanadi. Bu mutlaq qora jism nurlanishi deb nomlanadi. Radiotoʻlqinlar nisbatan past haroratli ob'ektlar tomonidan chiqariladi.
Sinxrotron nurlanishi: Magnit maydonlarida spiral harakatlanayotgan elektronlar kabi energetik zaryadlangan zarrachalar sinxrotron nurlanish chiqaradi, bu ko'plab astronomik ob'ektlarda radio nurlanishining muhim manbai hisoblanadi.
Spektral chiziqlar: Atomlar va molekulalar ma'lum chastotalarda nurlanish chiqaradi va yutadi, bu spektral chiziqlarni hosil qiladi. Ushbu chiziqlardan osmon jismlarining tarkibi, harorati va tezligini aniqlash uchun foydalanish mumkin. Eng mashhur radio spektral chiziq neytral vodorodning 21 sm chizig'idir.
Doppler siljishi: Radiotoʻlqinlarning (va boshqa elektromagnit nurlanishning) chastotasi manba va kuzatuvchining nisbiy harakatiga bog'liq. Bu Doppler siljishi deb nomlanadi. Astronomlar Doppler siljishidan galaktikalar, yulduzlar va gaz bulutlarining tezligini o'lchash uchun foydalanadilar.

Radioteleskoplar: Radioastronomiya asboblari

Radioteleskoplar kosmosdan kelayotgan radiotoʻlqinlarni yigʻish va fokuslash uchun moʻljallangan maxsus antennalardir. Ular turli shakl va o'lchamlarda bo'ladi, lekin eng keng tarqalgan turi parabolik diskdir. Disk qanchalik katta bo'lsa, u shuncha ko'p radiotoʻlqinlarni to'play oladi va uning sezgirligi shuncha yaxshi bo'ladi. Radioteleskop bir nechta asosiy qismlardan iborat:

Antenna: Antenna kosmosdan radiotoʻlqinlarni yig'adi. Eng keng tarqalgan turi parabolik disk bo'lib, u radiotoʻlqinlarni fokus nuqtasiga jamlaydi.
Qabul qilgich: Qabul qilgich antenna tomonidan to'plangan zaif radio signallarini kuchaytiradi. Kosmosdan keladigan radio signallar nihoyatda kuchsiz, shuning uchun sezgir qabul qilgichlar zarur.
Backend (Orqa qism): Orqa qism kuchaytirilgan signallarni qayta ishlaydi. Bu analog signallarni raqamliga o'tkazish, ma'lum chastotalarni ajratib olish uchun signallarni filtrlash va bir nechta antennalardan kelgan signallarni korrelyatsiya qilishni o'z ichiga olishi mumkin.
Ma'lumotlarni yig'ish va qayta ishlash: Ma'lumotlarni yig'ish tizimi qayta ishlangan signallarni yozib oladi va ma'lumotlarni qayta ishlash tizimi tasvirlar va spektrlarni yaratish uchun ma'lumotlarni tahlil qiladi.

Mashhur radioteleskoplarga misollar

Butun dunyoda bir nechta yirik va kuchli radioteleskoplar mavjud:

Karl G. Yanskiy nomidagi juda katta massiv (VLA), AQSh: VLA Y-shaklidagi konfiguratsiyada joylashgan har biri 25 metr diametrli 27 ta alohida radio antennadan iborat. U AQShning Nyu-Meksiko shtatida joylashgan va sayyoralardan tortib galaktikalargacha bo'lgan keng doiradagi astronomik ob'ektlarni o'rganish uchun ishlatiladi. VLA radio manbalarini yuqori aniqlikda tasvirlash uchun juda mos keladi.
Atakama katta millimetrli/submillimetrli massivi (ALMA), Chili: ALMA Chili Atakama cho'lida joylashgan 66 ta yuqori aniqlikdagi antennadan iborat xalqaro hamkorlikdir. ALMA koinotni radiotoʻlqinlardan qisqaroq, lekin infraqizil nurlanishdan uzunroq bo'lgan millimetrli va submillimetrli to'lqin uzunliklarida kuzatadi. ALMA yulduzlar va sayyoralarning paydo bo'lishini, shuningdek, ilk koinotni o'rganish uchun ishlatiladi.
Besh yuz metrli aperturali sferik radioteleskop (FAST), Xitoy: Tianyan ("Osmon ko'zi") nomi bilan ham tanilgan FAST dunyodagi eng katta to'ldirilgan aperturali radioteleskopdir. Uning diametri 500 metr bo'lib, Xitoyning Guychjou provinsiyasida joylashgan. FAST pulsarlarni qidirish, neytral vodorodni aniqlash va kosmik mikrotoʻlqinli fonni o'rganish uchun ishlatiladi.
Kvadrat kilometrlik massiv (SKA), Xalqaro: SKA Janubiy Afrika va Avstraliyada quriladigan yangi avlod radioteleskopidir. Bu umumiy yig'ish maydoni bir kvadrat kilometr bo'lgan dunyodagi eng katta va eng sezgir radioteleskop bo'ladi. SKA ilk koinotdan tortib yulduzlar va sayyoralarning paydo bo'lishigacha bo'lgan keng doiradagi astronomik ob'ektlarni o'rganish uchun ishlatiladi.
Effelsberg 100 metrli radioteleskopi, Germaniya: Germaniyaning Bonn shahri yaqinida joylashgan ushbu teleskop 1972-yilda qurib bitkazilganidan beri Yevropa radioastronomiyasi uchun asosiy asbob bo'lib kelmoqda. U pulsarlarni kuzatish, molekulyar chiziqlarni o'rganish va Somon yo'lini tadqiq qilish uchun tez-tez ishlatiladi.

Interferometriya: Ruxsatni oshirish uchun teleskoplarni birlashtirish

Interferometriya — bu bir nechta radioteleskoplardan kelgan signallarni birlashtirib, ancha katta diametrli virtual teleskop yaratish texnikasidir. Bu kuzatuvlarning ruxsatini sezilarli darajada yaxshilaydi. Teleskopning ruxsati uning tasvirdagi mayda detallarni ajrata olish qobiliyatidir. Teleskop diametri qanchalik katta bo'lsa, uning ruxsati shunchalik yaxshi bo'ladi. Interferometriyada ruxsat alohida teleskoplar o'lchami bilan emas, balki teleskoplar orasidagi masofa bilan belgilanadi.

Apertura sintezi — bu katta aperturani sintez qilish uchun Yerning aylanishidan foydalanadigan interferometriyaning o'ziga xos turi. Yer aylanar ekan, teleskoplarning nisbiy pozitsiyalari o'zgaradi, bu esa aperturadagi bo'shliqlarni samarali ravishda to'ldiradi. Bu astronomlarga juda yuqori aniqlikdagi tasvirlarni yaratishga imkon beradi. Juda katta massiv (VLA) va Atakama katta millimetrli/submillimetrli massivi (ALMA) radiointerferometrlariga misoldir.

Radioastronomiyadagi yirik kashfiyotlar

Radioastronomiya koinot haqidagi tushunchamizni inqilob qilgan ko'plab kashfiyotlarga olib keldi:

Radiogalaktikalarning kashf etilishi: Radiogalaktikalar ko'p miqdorda radiotoʻlqinlar chiqaradigan galaktikalardir, ko'pincha ularning optik nurlanishidan ancha ko'p. Bu galaktikalar odatda markazlaridagi o'ta massiv qora tuynuklar bilan bog'liq. Radioastronomiya radiogalaktikalarning murakkab tuzilmalarini, jumladan, energetik zarrachalarning oqimlari va bo'laklarini ochib berdi. Oqqush A (Cygnus A) mashhur misoldir.
Kvazarlarning kashf etilishi: Kvazarlar elektromagnit spektr bo'ylab, shu jumladan radiotoʻlqinlar orqali juda katta miqdorda energiya chiqaradigan o'ta yorqin va uzoq ob'ektlardir. Ular materiyani yutayotgan o'ta massiv qora tuynuklar bilan quvvatlanadi. Radioastronomiya kvazarlarni aniqlash va o'rganishda muhim rol o'ynab, ilk koinot va qora tuynuklarning o'sishi haqida tushunchalar berdi.
Kosmik mikrotoʻlqinli fonning (KMF) kashf etilishi: KMF koinotni yaratgan hodisa — Katta portlashning qoldiq nuridir. Bu butun osmonni qamrab olgan zaif, bir xil mikrotoʻlqinli nurlanish fonidir. Radioastronomiya KMFning aniq o'lchovlarini taqdim etib, koinotning yoshi, tarkibi va geometriyasi haqida muhim ma'lumotlarni ochib berdi. Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) va Planck sun'iy yo'ldoshlari KMFning batafsil xaritalarini tuzgan kosmik radioteleskoplardir.
Pulsarlarning kashf etilishi: Pulsarlar o'zlarining magnit qutblaridan radiotoʻlqinlar nurini chiqaradigan tez aylanuvchi neytron yulduzlardir. Neytron yulduz aylanar ekan, bu nurlar osmon bo'ylab supurib o'tib, pulsatsiyalanuvchi signal hosil qiladi. Radioastronomiya pulsarlarni kashf etish va o'rganishda muhim rol o'ynab, neytron yulduzlar va ularning magnit maydonlari xususiyatlari haqida tushunchalar berdi. Joslin Bell Bernell va Entoni Xyuish 1967-yilda birinchi pulsarni kashf etishdi.
Yulduzlararo molekulalarni aniqlash: Radioastronomiya astronomlarga yulduzlararo fazoda turli xil molekulalarni, shu jumladan organik molekulalarni aniqlash imkonini berdi. Bu molekulalar hayotning qurilish bloklaridir va ularning yulduzlararo fazoda mavjudligi koinotning boshqa joylarida ham hayot bo'lishi mumkinligini ko'rsatadi.

Radioastronomiya va yerdan tashqaridagi aql-idrokni qidirish (SETI)

Radioastronomiya Yerdan tashqaridagi aql-idrokni qidirishda (SETI) muhim rol oʻynaydi. SETI dasturlari koinotdagi boshqa sivilizatsiyalardan keladigan signallarni tinglash uchun radioteleskoplardan foydalanadi. Asosiy g'oya shundan iboratki, agar boshqa sivilizatsiya mavjud va texnologik jihatdan rivojlangan bo'lsa, ular biz aniqlay oladigan radio signallarini uzatishi mumkin. 1984-yilda tashkil etilgan SETI instituti yerdan tashqaridagi aql-idrokni izlashga bag'ishlangan notijorat tashkilotdir. Ular sun'iy signallarni izlash uchun butun dunyodagi radioteleskoplardan foydalanadilar. AQShning Kaliforniya shtatidagi Allen Telescope Array (ATA) SETI tadqiqotlari uchun mo'ljallangan maxsus radioteleskopdir. Breakthrough Listen kabi global astronomik tashabbus loyihalari Yerdan tashqarida aqlli hayot belgilarini izlash uchun radioteleskoplardan foydalanadi va g'ayrioddiy naqshlar uchun katta hajmdagi radio ma'lumotlarni tahlil qiladi.

Radioastronomiyadagi qiyinchiliklar

Radioastronomiya bir qancha qiyinchiliklarga duch keladi:

Radiochastotali shovqinlar (RFI): RFI uyali telefonlar, sun'iy yo'ldoshlar va televizion eshittirishlar kabi inson tomonidan yaratilgan radio signallaridan kelib chiqadigan shovqinlardir. RFI radioastronomiya kuzatuvlarini ifloslantirishi va kosmosdan kelayotgan zaif signallarni aniqlashni qiyinlashtirishi mumkin. Radio observatoriyalari RFI ni minimallashtirish uchun ko'pincha chekka hududlarda joylashgan bo'ladi. Radioastronomiya chastotalarini shovqinlardan himoya qilish uchun qat'iy qoidalar mavjud.
Atmosfera yutilishi: Yer atmosferasi ba'zi radiotoʻlqinlarni, ayniqsa yuqori chastotalarda yutadi. Bu yerdan kuzatilishi mumkin bo'lgan chastotalarni cheklaydi. Baland tog'larda yoki quruq iqlimli joylarda joylashgan radioteleskoplar kamroq atmosfera yutilishiga duch keladi. Kosmik radioteleskoplar barcha chastotalarda kuzatishlari mumkin, ammo ularni qurish va ishlatish qimmatroq.
Ma'lumotlarni qayta ishlash: Radioastronomiya juda katta hajmdagi ma'lumotlarni hosil qiladi, ularni qayta ishlash uchun katta hisoblash resurslari talab qilinadi. Ma'lumotlarni tahlil qilish va tasvirlar hamda spektrlarni yaratish uchun ilg'or algoritmlar va yuqori samarali kompyuterlar kerak.

Radioastronomiyaning kelajagi

Radioastronomiyaning kelajagi porloq. Dunyo bo'ylab yangi va kuchliroq radioteleskoplar qurilmoqda va ma'lumotlarni qayta ishlashning ilg'or usullari ishlab chiqilmoqda. Bu yutuqlar astronomlarga koinotning chuqurroq qatlamlarini o'rganish va fanning eng fundamental savollariga javob berish imkonini beradi. Kvadrat kilometrlik massiv (SKA) qurib bitkazilgach, radioastronomiyani inqilob qiladi. Uning misli ko'rilmagan sezgirligi va yig'ish maydoni astronomlarga birinchi yulduzlar va galaktikalarning paydo bo'lishini o'rganish, qorong'u materiyaning tarqalishini xaritalashtirish va Yerdan tashqarida hayot izlash imkonini beradi.

Bundan tashqari, mashinaviy ta'lim va sun'iy intellekt sohasidagi yutuqlar radioastronomiya ma'lumotlarini tahlil qilishda qo'llanilmoqda. Ushbu texnikalar astronomlarga zaif signallarni aniqlash, astronomik ob'ektlarni tasniflash va ma'lumotlarni qayta ishlash vazifalarini avtomatlashtirishga yordam beradi.

Radioastronomiyaga qanday hissa qo'shish mumkin

Radioastronomiya haqida ko'proq ma'lumot olish va unga hissa qo'shishni istaganlar uchun bir nechta yo'nalishlar mavjud:

Havaskor radioastronomiya: Professional darajadagi uskunalar qimmat bo'lsa-da, nisbatan oddiy va arzon uskunalar yordamida asosiy radioastronomiyani o'tkazish mumkin. Onlayn resurslar va jamoalar yo'l-yo'riq va yordam ko'rsatishi mumkin.
Fuqarolik ilmiy loyihalari: Ko'pgina radioastronomiya loyihalari fuqarolik olimlariga ma'lumotlarni tahlil qilish yoki qiziqarli signallarni aniqlashga yordam berish orqali hissa qo'shish imkoniyatini taqdim etadi. Zooniverse shunday ko'plab loyihalarga mezbonlik qiladi.
Ta'lim resurslari: Radioastronomiya haqida o'rganish uchun ko'plab onlayn kurslar, darsliklar va hujjatli filmlar mavjud. Universitetlar va ilmiy markazlar ko'pincha kirish kurslari va seminarlar taklif qiladi.
Professional martaba yo'llari: Radioastronomiya sohasida karera qurishni istaganlar uchun fizika, matematika va informatika sohalarida kuchli bilimga ega bo'lish zarur. Odatda astronomiya yoki astrofizika bo'yicha magistratura talab etiladi.

Xulosa

Radioastronomiya koinotni tadqiq qilish uchun kuchli vositadir. U bizga optik teleskoplar uchun ko'rinmas bo'lgan ob'ektlar va hodisalarni 'ko'rish' imkonini berib, kosmosga noyob va to'ldiruvchi nuqtai nazarni taqdim etadi. Radiogalaktikalar va kvazarlarning kashf etilishidan tortib, kosmik mikrotoʻlqinli fon va yulduzlararo molekulalarning aniqlanishigacha radioastronomiya koinot haqidagi tushunchamizni inqilob qildi. Yangi va kuchliroq radioteleskoplarning paydo bo'lishi bilan radioastronomiyaning kelajagi porloq bo'lib, kelgusi yillarda yanada ko'proq inqilobiy kashfiyotlarni va'da qiladi. Uning chang va gazdan o'tish qobiliyati, texnologiyadagi yutuqlar bilan birga, radioastronomiyaning kelgusi avlodlar uchun koinot sirlarini ochishda davom etishini ta'minlaydi.